Согласование в МШУ Опции

[San_r]

Есть задача по разработке приёмного тракта в полосе от 3 до 3,5 ГГц. Естественно необходим МШУ и при этом хочется сделать его на FET транзисторах для собственного инженерного развития.
Опыт проектирования на таких частотах мал (в основном пару сотен МГц). В помощь использую ADS.
Прикрепляю картинку из ADS. В ней МШУ на двух FET транзисторах (Х1 и Х2). Схема, как видно, "сырая". В ней вперемешку дискретные элементы с распределёнными. На входе согласующий ФНЧ, при этом S11 и S22 в полосе порядка -15 дБ. Как только соединяю стоки (d) транзисторов полосковой линией 50 Ом любой длины, согласование рушится!
Вопрос1: нужно согласовать выход Х1 на 50 Ом и вход Х2 на 50 Ом, а потом "слепить" две согласующие цепочки? Или как то по другому? Может кто подскажет хотя бы куда двигаться.
Вопрос2: S11 и S22 = -15д это хорошо или надо обеспечить ещё лучшее согласование.

[arhiv6]

Вопрос1: Напрямую соединять выход первого каскада со входом второго нельзя. Как минимум - у Вас во втором каскаде отсутствуют цепи смещения, разделительный конденсатор. По соглавсованию: нужно или согласовать их на 50ом и тогда соединять, или просто согласовать между собой (активные сопротивления равны, реактивные равны, но с разными знаками).
Вопрос2: S11 и S22 = -15д для МШУ хорошо, но для мшу согласование - вторичный параметр. Первичный - коэффициент шума, для достижения которого согласование скорее всего ухудшится.

[San_r]

Вопрос1: Напрямую соединять выход первого каскада со входом второго нельзя. Как минимум - у Вас во втором каскаде отсутствуют цепи смещения, разделительный конденсатор. По соглавсованию: нужно или согласовать их на 50ом и тогда соединять, или просто согласовать между собой (активные сопротивления равны, реактивные равны, но с разными знаками).
Вопрос2: S11 и S22 = -15д для МШУ хорошо, но для мшу согласование - вторичный параметр. Первичный - коэффициент шума, для достижения которого согласование скорее всего ухудшится.

Напрямую можно. Уточняю тип транзистора: ATF38143. У него отрицательное смещение затвор-исток для установки тока стока. Потенциал на стоке транзистора X1 и потенциал на истоке транзистора Х2 задают рабочий ток истока Х2. Если поставить конденсатор, то необходимо будет отдельно для Х2 задавать напряжение затвор исток. В цепи стоков стоят токовые пробники.
Прикрепляю графики полученных характеристик. В графиках: mu - это мю, то есть коэффициент устойчивости.



Ещё прикрепляю шумы. Чем отличается Nfmin от nf(2) не знаю, не разбирался. Но в примерах проектирования усилителей, которые идут с ADS, именно эти параметры определяют шум.

[Pir0texnik]

Вам нужен только nf(2) - это и есть noise factor вашего устройства, NFmin не сильно нужен - афайр это то, что можно было бы получить, связан с шумом собственно транзисторов (кстати, модели шум учитывают? в sNp файлах есть внизу приписка про nf? на каких частотах?).
Точно также вам не нужен nf(1) - он по идее должен быть огромным относительно nf(2).
И как-то КШ = 0,5... кажется сильно круто...

[San_r]

Спасибо arhiv6, навёл меня на мысль. Поставил последовательно между стоком Х1 и затвором Х2 резистор 15 Ом и полосковую линию длинной 15 мм (правда ширина не 1,1 мм (50 Ом), а 3,4 мм). При этом я немножко подстроил входную согласующую цепь, получились характеристики приведённые в изображении.
Спасибо Pir0texnik. По шумам понятно. На счёт модели: используются не .snp файлы, поскольку в таком случае модели не нуждались бы в задании рабочей точки. Используется модель от производителя (Avago tech.) заточенная под ADS. Её можете посмотреть во вложении. Она содержит модель FET транзистора и обвес.
Меня ещё смущает неравномерность в полосе примерно 2.5 дБ. Я понимаю, что она получается из-за использования согласующего ФНЧ на входе. Использовал ФВЧ с замкнутыми штырями на входе, но Кш взлетает резко вверх, зато неравномерность порядка десятых долей дБ. Хотелось бы компромисс, мне кажется что для полосы 500 МГц неравномерность 2,5 дБ многовато.
Может кто-нибудь подкинет мысли?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Pir0texnik]

У аваги есть snp файлы, их и надо использовать. Модель выше пойдет для расчета режима покоя (НО сперва смотрите для каких режимов есть snp и выбираете подходящий режим) и потом прикидки IP3 и компрессии (если надо).
После подстановки snp возможно найдете много нового и неожиданного в шумах и согласовании.
Не забудьте, что шумы должны быть прописаны в snp на нужных частотах, иначе никто ничего не обещает.
И бооолее того, никто ничего не обещает пока вместо идеальных капаситоров и индукторов не встанут реальные из дизайн китов (мураты, панасоники, коилкрафты и тд).
Ну а там и лейаут неплохо бы в моментуме замутить.
Так, что говорить про 2.5дБ неравномерность пока еще рано, надо хотя бы с s-параметрами посчитать.
Де-то так, трудитесь.

[San_r]

У аваги есть snp файлы, их и надо использовать. Модель выше пойдет для расчета режима покоя (НО сперва смотрите для каких режимов есть snp и выбираете подходящий режим) и потом прикидки IP3 и компрессии (если надо).

Да .snp файлы есть. Есть такая программа Appcad от Agilent. Она работает с .snp файлами строит графики и т. д. Так вот я сравнивал S-параметры snp файла в Appcad с S-параметрами в ADS полученными от использования модели, указанной в предыдущем сообщении. При этом для этой модели я задал режим покоя в ADS тот же, что и в snp файле. Хочу сказать, что с достаточной точностью они совпадают. Поэтому я решил ориентироваться на нелинейную модель.
Вообще для меня проектирование МШУ вещь новая, поэтому делаю в schematic, что бы посмотреть возможность реализации в целом.
Далее конечно планирую создать всю топологию в momentum с контактными площадками.
Но всё таки смущает пока завал в области верхних частот. Хотелось бы его как нибудь нивелировать без сильной потери в шумах

[Pir0texnik]

Да .snp файлы есть. Есть такая программа Appcad от Agilent. Она работает с .snp файлами строит графики и т. д. Так вот я сравнивал S-параметры snp файла в Appcad с S-параметрами в ADS полученными от использования модели, указанной в предыдущем сообщении. При этом для этой модели я задал режим покоя в ADS тот же, что и в snp файле. Хочу сказать, что с достаточной точностью они совпадают. Поэтому я решил ориентироваться на нелинейную модель.
Вообще для меня проектирование МШУ вещь новая, поэтому делаю в schematic, что бы посмотреть возможность реализации в целом.
Далее конечно планирую создать всю топологию в momentum с контактными площадками.
Но всё таки смущает пока завал в области верхних частот. Хотелось бы его как нибудь нивелировать без сильной потери в шумах

ADS от этого же Аги...эээ...Кисайта работает с sNp не хуже.
По шумам сравнивали модель и snp?
По остальному, в адс есть совсем неплохой оптимизатор, начальное приближение вроде как уже сделали, к вечеру управитесь.

[San_r]

ADS от этого же Аги...эээ...Кисайта работает с sNp не хуже.
По шумам сравнивали модель и snp?
По остальному, в адс есть совсем неплохой оптимизатор, начальное приближение вроде как уже сделали, к вечеру управитесь.

К сожалению у меня ADS в какой-то момент стал произвольно закрываться при использовании snp файлов. Пока разбираться в этом не хочется (на будущее), поэтому пользуюсь Appcad дополнительно.
В качестве сравнения представляю вам данные s2p файла atf38143 (Iсток= 20 мА и Uсток_исток= 2 В) и результат моделирования в ADS при равносильных значениях Iсток и Uсток_исток. Как видите результат примерно одинаков, ADS даже ухудшает коэфф. шума.
На счёт оптимизатора: как то не заладилось изначально. Оптимизирую в ручную, удобно, видно что за что отвечает и в какой степени. Просто в реальном устройстве регулировать мне.
Хотя может я не оценил оптимизатор. Буду рад любому совету и критике!

Эскизы прикрепленных изображений

 

[sp1noza]

Nfmin это минимально достижимый коэффициент шума транзистора в данном включении, один из четырех шумовых параметров. Обычно он еще указан в snp файлах от производителя. Скорректировать неравномерность можно при помощи обратной связи, корректирующей цепочки на выходе или межкаскадной СЦ.

Кстати, что все-таки показывает nf(1) в ADS?

[San_r]

Nfmin это минимально достижимый коэффициент шума транзистора в данном включении, один из четырех шумовых параметров. Обычно он еще указан в snp файлах от производителя. Скорректировать неравномерность можно при помощи обратной связи, корректирующей цепочки на выходе или межкаскадной СЦ.

Кстати, что все-таки показывает nf(1) в ADS?

Попробую использовать эти идеи. По просьбе прикладываю nf(1) общей схемы с двумя транзисторами. Пока не разбирался, что такое nf(1).



Интересно услышать мнения по поводу автоматической оптимизации! Я пока провожу оптимизацию вручную...

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Maksa]

San_r, несколько моментов по вашей схеме:
1 По даташиту, рабочее напряжение сток-исток + 2В, максимальное + 4,5 В, у вас + 5 В.
2 В первой схеме у вас 2 каскада усиления, первый каскад включен по схеме автосмещения (катушка на землю по затвору), у второго каскада на затвор и исток подаются + 5 В, такой усилитель у вас сгорит. Между каскадами, как уже писали, нужен конденсатор, и также по затвору индуктивность для автосмещения.
3 Во второй схеме у вас 1 каскад, причем на затворе + 2,2 В, на стоке +5 В. Такой усилитель у вас тоже сгорит. Посмотрите ваш ток потребления. На затворе нужно подавать отрицательное напряжение, либо работать с автосмещением.

[San_r]

San_r, несколько моментов по вашей схеме:
1 По даташиту, рабочее напряжение сток-исток + 2В, максимальное + 4,5 В, у вас + 5 В.
2 В первой схеме у вас 2 каскада усиления, первый каскад включен по схеме автосмещения (катушка на землю по затвору), у второго каскада на затвор и исток подаются + 5 В, такой усилитель у вас сгорит. Между каскадами, как уже писали, нужен конденсатор, и также по затвору индуктивность для автосмещения.
3 Во второй схеме у вас 1 каскад, причем на затворе + 2,2 В, на стоке +5 В. Такой усилитель у вас тоже сгорит. Посмотрите ваш ток потребления. На затворе нужно подавать отрицательное напряжение, либо работать с автосмещением.

Внимательно смотрите на схему.
Напряжение затвор-исток - это разность потенциалов и она может быть отрицательной при положительных потенциалах!

[San_r]

Продолжая данную работу, начал приближаться к реальной топологии. Вставляю линию передачи для подсоединения к истоку 1-го транзистора резистора и конденсатора, всё ломается напрочь. Причём чем уже проводник, тем хуже. Длины тоже разные. Я в ступоре. Понимаю, что через эту цепь проходит сигнал, и любая линия влияет.