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使用安捷伦ADS助力功率放大器精确设计


使用安捷伦ADS助力功率放大器 精确设计
EEsof EDA 应用工程师 谢成诚 cheng-cheng_xie@agilent.com

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日程安排
? 功放模型 ? 功放匹配阻抗确定 ? 具体匹配电路实现 ? 电磁效应仿真 ? 使用调制信号进行激励 ? 高级功放设计

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功放模型
在能够获得厂商模型的前 提下,功率放大器仿真可以获 得和实测非常接近的结果。但 目前能够获得的模型主要为民 用频段的放大器管芯。

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从功放厂商网站下载模型

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使用模型进行功放仿真

电路版图

ADS仿真环境设置

功放型号: 功率:

6S19100 34W
1st, Sep 2008

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功放测试/仿真比对

基本一致

测试数据(Measurement results)

ADS仿真数据(Sim results)

差异是因为滤波网络的电容具体位置不一致、板材加工精度、元器件误差、实际测试引入误差 (半钢电缆的插损、SMA接头插损、接头和微带线的不匹配等)等导致。 结论:利用ADS进行PA的匹配仿真是能够对PA的实际工作特性进行精确预测,缩短调试周期、提高成品率。

1st, Sep 2008
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厂商不提供模型怎么办?
针对MA/COM等军用放大器生产厂商,通常不能拿到管芯模型,设计师 只能依据S参数、厂商提供点频阻抗进行设计,仿真意义不大。

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功率放大器X参数提取

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X参数导入及建模
在ADS2009之后,使 用插件可以将NVNX 测得的X参数导入 ADS,并自动生成 PHD模型供仿真使用。

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PHD模型调用
可以从模型库中调用生成的PHD模型用于仿真。

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单音Loadpull设置
根据设计重点(最大传输功率、高效率、高线性度等)来选 择适当的输入、输出阻抗。

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单音Loadpull结果

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双音Loadpull结果

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匹配电路实现——阻抗匹配综合
ADS拥有功能非常强大 的阻抗匹配工具,可 以自动综合多种匹配 网络、并进行成品率 分析。

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匹配电路实现——使用史密斯圆图
史密斯圆图更 适合于工程师 进行高级匹配 网络构建。

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匹配电路实现——一步步接近真实
使用传输线模型快速优化匹配网络; 使用电磁场模型更精确考虑阻抗跳变、直流馈电网络等影响。

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电磁效应仿真——整版电磁场仿真

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电磁效应仿真——考虑频蔽盒效应
只需要导入层叠文件并正确设置 层信息,ADS可以构建三维频蔽 盒特征。

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电磁效应仿真——使用有限元法考虑频蔽盒效应

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在原理图中进行联合仿真

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使用调制信号进行激励——ACPR仿真

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使用调制信号进行激励——BER仿真

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使用调制信号进行激励——BER半实物测试

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使用调制信号进行激励——BER半实物测试结果

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反向设计

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功放扩展设计
? Doherty功放设计 ? 功放线性化设计 ? 功放半实物仿真 ? MMIC/RFIC功放设计

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PA真实案例分析 I (IEEE 2004)

FLL107ME

预失真设计和功放设计均由ADS完成。 功放采用FLL107ME 功放测试平台采用ADS连Agilent仪器的Connected Solution完成 AM/AM, AM/PM, ACPR,PAE均得到很大改善。

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国内类似应用

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测试结果

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PA真实案例分析 II
(IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, VOL. 15, NO. 11, NOVEMBER 2005)

Simulated Results Frequency (MHz) Bandwidth (MHz) Gain (dB) 2130 ~ 2150 20 56 (Included Drive) 300 W 38 % 34 %

Measured Results 2130 ~ 2150 20 55 (Included Drive) 260 W 40 % 37 %

功放设计,DPD设计由ADS完成。 由于Freescale模型准确度提高,因此仿真结果 跟实测比较接近。

P1 dB (W)

P A E [ % ]

PEP 6 dB Backed off

10 dB Backed off

23 %

30 %

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PA真实案例分析 III(IEEE 2007)

功放设计,DPD设计由ADS完成。 实测数据和仿真数据完全一致。 (仿真PAE39.5%,实测PAE39.5%)

通过调整匹配,ACPR有7dB改进 DPD大大改善了ACPR, 达到54dBc。

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PA真实案例分析 IV(Samsung, 2007 Radio Frequency Integrated Circuits Symposium)

ADS被大量用于Samsung的电路、系统设计,以及IC 设计。 该文章有Samsung的Atlanta研发中心提供。实测和仿真非常接近 电磁场部分采用ADS的Momentum完成。
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