放大器在ГL 输入平面上绝对稳定的充分必要条件定义为公式(9) :
晶体管选择
采用了NEC的2SC5507 (NE661M04) ,它具有频率高、噪声低和低温性能好等优点。2SC5507 的Datasheet提供了宽频段的S 参数,ADS设置中也选用S 参数模型,因此用S 参数模型比较精确。选好器件以后可以先利用S参数来判断它的稳定性。由VDS = 2 V, ID = 5 mA, f = 2.0 GHz时的S 参数可得直流不是绝对稳定,需要进行稳定性设计。
ADS仿真
基本原理
为了使晶体管工作在放大区,需确定静态直流工作点。由2SC5507 的Datasheet可以得到:VDS = 2 V, ID = 5 mA。基本仿真原理图的各个元件放置如图1所示。
K1 : K = stab_fact ( S) , stab_fact ( S)函数返回Rolette稳定因子。K 》 1时电路绝对稳定,此时稳定量B1 》 1。
M1 :Mu = Mu ( S ) ,Mu ( S )函数返回负载的几何导出因子。Mu 》 1时电路绝对稳定。B1 : B1 =stab_meas ( S) , stab _meas ( S) 函数返回稳定量。由仿真结果可见2. 0 GHz以上频率的Mu 没有满足都大于1,在未增加输出稳定性电路前,晶体管输出是不稳定的,因此需要对其进行稳定性设计,增加输出稳定性电路。
增加输出稳定性电路
在原图的基础上并联一个RC串联电路,也可以添加LC或RL电路,具体可以和输出匹配电路同时考虑来设计。这里R1 = 50 Ω, C1 = 2. 0pF。电路图如图2所示。
增加输出稳定性电路后仿真结果为,当晶体管频率在2 GHz~3 GHz之间Mu 》 1,由此可知系统是绝对稳定的。
最佳噪声匹配
对于LNA,如果输入口有一定的失配,反而可以调整器件内部各种噪声之间的相位关系,从而降低噪声系数。为了获得最小的噪声系数, ГS有个最佳值Гopt ,此时LNA达到最小噪声系数,即达到最佳噪声匹配状态。其中Гopt是最佳信源反射系数(微波晶体管等效噪声参数) 。当匹配状态偏离最佳时,LNA的噪声系数将增大。Гopt可以从器件的Datasheet文件中获得。SOPT为最小噪声的最优匹配系数。利用这个最优系数可以进行输入匹配电路的设计。噪声系数仿真电路如图3所示。
由匹配结果得SOPT = 0. 32 /29. 4 (幅度和角度) 。