ADS系列 – 低噪声放大器（LNA）模型下载安装及 LNA仿真设计

1.概述

低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）作为接收系统的第一个电路单元，它的性能直接影响着整个接收机的性能。低噪声放大器的功能是在保证产生最低的噪声前提下，将信号进行放大，以降低后续模块所产生的噪声对信号的影响。系统的噪声计算公式如下：

从上式可以看到，整个系统的噪声主要由第一级噪声决定，所以作为第一级的LNA，它的性能至关重要。

从低噪声放大器的字面意思可以知道，低噪声放大器既需要有低的噪声，也需要有大的增益，因为接收机从天线接收来的信号一般都很微弱，拿GMS来说，最低只有—100dBm，所以低噪声放大器在要有最小的噪声性能的同时还要有大的增益。而事实上这两个是很难同时满足的，因此设计人员需要在设计过程中对最低噪声系数和最大增益进行折中考虑。

2.LNA模型库下载和安装

很多教程给的模型下载地址不能用，比如一些资料中是Avago的模型，但是现在很难下载到。本文将根据最新的一些信息，给出英飞凌公司的LNA下载地址。

英飞凌关于LNA提供了一个集成库：http://www.infineon.com/32lib

进去之后，可以直接下载仿真类型中的LNA库。该库文件包含英飞凌目前所有的LNA器件。可以一次直接安装到ADS中。

2.1

（1）下载最新版本的LNA到本地。

（2）打开ADS（本文使用的ADS版本为2016版本），如下图，点击 DesignKits >Unzip Design Kit... .，将下载的库文件解压到ADS库目录下（目录可以自己设置，建议在ADS安装目录下单独建立一个文件夹，方便自己寻找。）

（2）加压后，需要安装。点击：DesignKits>Manage Libraries…>Add Design Kit from Favorites… ，勾选Infineon_LNA..这个。

到此，英飞凌的所有LNA库文件安装好了，可以在原理图中直接用。

（3）可以看到按应用程序排序的组件库已经成功添加到调色板菜单中的示意图窗口。选项中选择需要模拟的组件调色板，并将其拖动到示意图中进行模拟。

3.英飞凌LNA器件仿真

不同LNA模型中的器件参数是不一样的。相关器件参数可以根据LNA型号在官网上下载数据手册。里面有详细介绍介绍LNA器件的信息。

根据器件手册可以详细了解LNA器件的参数，从而可以根据需要进行仿真建模。

如下图，比如打开 Infineon_WLAN里面的BGA622器件，可以看到器件的详细射频参数，频率0.5GHz-6GHz，电压电流参数，增益、NF、IP1、IIP3,以及封装信息。

其中：File="BGA622L7_2p75V_OnMode.s2p"是该器件的S2P文件，里面有该器件的S11/S12等端口的S参数。

3.1 BGA622L7介绍

本文对LNA的研究主要基于BGA622L7器件。

BGA622L7 是一款基于英飞凌科技的硅锗技术 B7HF 的宽带低噪声放大器。输出引脚同时用于 RF 输出和开启/关断开关。在 Out 引脚上使用 RF 扼流圈可以使用此功能，其中 0 V 或开路的直流电平开启设备，VCC 的直流电平关闭设备，它提供了一个 26 dB 的插入损耗以及 GPS 频率下高达 24 dBm 的高 IIP3。

特征描述：

?增益：高/低增益模式下为 17 / -8 dB

?噪声系数：高低增益模式下为 1.1 dB

?电源电流：高/低增益模式下为 3.6 / 0.5 mA

?待机模式（通常 < 2 μA）

?输出内部与 50 Ω 匹配

?输入预匹配达 50 Ω

?2 kV HBM 静电放电 (ESD) protection

?外部元件数量少

?小型无铅 TSNP-7-1 / TSNP-7-2 封装 (2.0 x 1.3 x 0.39 mm)

?无铅，符合 (RoHS )封装

潜在应用：

?用于 GSM、GPS、DCS、PCS、UMTS、蓝牙、ISM 和 WLAN 的 LNA

3.2.直流仿真

对于LNA的设计来说，第一步是对低噪放芯片进行直流仿真分析，确定芯片的静态工作点。然后需要设计偏执电路。

但是英飞凌的这些LNA器件中并没有给出栅极、漏级端口。直接VCC/GND就可以。因此，并不需要仿真直流特性以及设计偏执电路。但是有些厂家的元器件还是会有，因此，对于直流仿真步骤，下文给出，但是不做详细描述。

在ADS的主界面上新建原理图。有两种方法可以新建原理图：

① 在主菜单工具栏中执行命令【File】→【New】→【Schematic】；

② 在工具栏中使用快捷按钮“New Schematic Window”。

（2）在新建的DC test原理图中调出直流仿真控件：【Insert】→【Templates】→【ads templates：DC_FET_T】，如下图所示。调出的直流仿真，图中VGS表示栅极偏置电压，VDS表示漏极偏置电压，

“VGS_start”、“VGS_stop”表示栅极偏置电压的扫描起始值，“VGS_points”表示扫描点的个数。同理，“VDS_start”、“VDS_stop”、“VDS_points”分别表示漏极偏置电压扫描的起始值和扫描点的个数。

3.3 S参数仿真分析

由于模型给的只有两个端口，默认的电压等参数不需要设置，直流偏执电路也不需要设置，因此，可以直接对芯片的S参数进行仿真。

（1）建立原理图。利用快捷键建立原理图，设置原理图名称为“SP”，然后确定，方法与建立直流原理图一样。

建立好原理图之后，有两种方法建立S参数仿真原理图：

① 调用系统自带的S参数仿真控件：【Insert】→【Templates】→【ads_templates：SP_FET_T】，如图4-26所示。

② 手动调出各个元件：在工具栏左上角的下拉菜单中选择“Simulation-S_Param”，如图4-27所示。在“Simulation-S_Param”

（2）双击“S_Param”控件，设置S参数仿真参数，如图4-33所示。在“Frequency”选项卡中，“Sweep Type”选择线性“linear”，“Start”、“Stop”、“Step—size”分别表示扫描频率的起始点和扫描步进，在本设计中选择起始频率为100MHz，截止频率为6.5GHz，扫描步进为 10MHz，这里步进一般设置得多一点。在“Noise”选项卡中，勾选“Calculate noise”，加入噪声分析。其他选择默认的设置。

S参数仿真如下：