本文主要是介绍ads传统功放设计笔记(1),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
传统功放设计的流程一般包括以下这些步骤:
1、明确设计目标
2、选择功放管子
3、确定静态工作点
4、设计偏置电路
5、判断稳定性
6、负载与源牵引
7、输入输出阻抗匹配
8、原理图优化
9、单音双音信号仿真
10、版图设计
11、版图联合仿真
12、pcb设计
1、明确设计目标
我们这里以设计一个AB类放大器为例,该放大器工作在3GHz,小信号增益大于17dB。输出功率需要达到41dBm及以上,在该输出功率下效率大于60%。
2、选择功放管子
参看芯片手册可知,CGH40010管子适合用在AB类线性放大器中,适用频率范围为0-6GHz,在PSAT可以达到65%的典型效率,并且在该效率点有13W(41.1dBm)的功率输出。因此在该设计中选择CGH40010F来设计功率放大器。
3、确定静态工作点
这里直接用DC仿真器和扫描控件来对管子直流特性进行仿真。选择静态工作点为Vgs=-2.8V,Vds=28V。选择的静态工作点最好满足芯片手册的工作范围。
4、设计偏置电路
偏置电路的设计目标是使得射频信号不会泄露,一般可以用电感扼流圈来实现通直流遏交流的目的,但是在射频波段,理想电感与实际差别很大,因此这边使用1/4波长线和电容来实现偏置电路设计。
所设计的栅极和漏级偏置电路如图所示,可以看到,偏置电路设计使得在工作频率3GHz附近回波损耗S11和泄露的能量指标S31很大,而插入损耗S21很小。这就基本达到了设计的目标。
5、判断稳定性
放大器电路在设计中还需要考虑的一个重要因素是管子的稳定器,若管子不稳定就容易在工作中变成振荡器。因此,这边需要观察电路的稳定性,其测试电路如图所示。
可以看到在没有稳定电路时,电路的stabfact参数是在某个频率区间内小于1的,存在不稳定的区间。因此需要想办法稳定电路,常用的方法有在栅极并联一个小的电阻、在源极加电感等。这边选择的稳定方式是在栅极串联一个RC电路。可以看到,再加了稳定电路后在0-6G频率范围内,稳定系数恒大于1,并且这个系数应该稍微大一些。
还应该注意到,稳定电路是消耗能量的,因此它会影响管子的增益。所以在做管子的稳定电路时要考虑好管子的最大增益。可以看到,管子在3GHz附近还有接近18dB的小信号增益,因此符合设计要求。
PS:这次设计使用的板材信息如下:介质厚度为30mil,介电常数是3.66,磁导率为1,电导率为5.8E7,铜厚度为35um,损耗角正切为0.0037。微带线的最大承受电流与微带线的厚度有关系,具体可以参照下图的美国军方铜宽与承受电流表格。因为我们这里的铜层厚度为35um为1盎司,我们这里设计所需要的输出功率是要输出13W左右,所以漏源级电流大小可以达到0.5A以上,为了保险起见,我们选择铜的宽度都大于10mil,也就是大于0.25mm。
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