番外5:ADS功放设计之负载牵引与源牵引

在功放电路设计中,负载牵引和源牵引至关重要,合适的负载阻抗直接影响了设计的性能和效率。有研究表明,负载牵引和源牵引在实际设计中会相互影响,因此在实际设计过程中,负载牵引和源牵引需要交替进行,反复迭代并以此来获得最佳阻抗。 对基波阻抗如此,对谐波阻抗亦如此。

1、基波的负载牵引和基波的源牵引

第一次负载牵引 对于某些情况,对基波进行牵引即可满足设计要求。此处介绍使用ADS对基波进行牵引的方法。首先按照下述路径打开功放的负载牵引模板: 打开后界面如下所示(此处电路图已经进行了一些修改,下面一一讲述): 首先需要将此次设计所使用的管子插入到图中,如果有稳定电路需要将稳定电路一起插入到图中:

其次需要对频率、偏置、输入功率进行设置,此处使用的管子的最大输出功率为40w,大信号增益一般为10db左右,设置输入功率为28dbm使其近似达到饱和状态。此次负载牵引频点选择为2400Mhz,按照数据手册推荐的栅极电压和漏极电压供电: 全部设置完成后对原理图进行仿真,发现系统的最高效率可达百分之72左右,记录此时的阻抗数值(此处使用右下角的圆图读取数值,可以看到此时数值为12.543+j15.757): 第一次源牵引 通过第一次负载牵引我们得到了第一次负载牵引的最佳的基波阻抗,此处进行下一步,打开源牵引模板: 打开后如下所示: 首先插入此次设计所使用的管子,合理设置频率、偏置、输入功率等相关参数,设置的原因和上述一样: 在原理图右下角可以设置相关基波与谐波阻抗,将之前得到的基波负载阻抗填写进去,其他保持默认即可: 点击仿真按钮运行源牵引仿真: 依旧使用右下角图表获取相关源阻抗,此处基波源阻抗为4.757-j*9.773,获取基波源阻抗后可以进 行第二次负载牵引。

第二次负载牵引 回到负载牵引模板,将红框中的源阻抗数值填入刚刚源牵引所获得的源基波阻抗值: 再次点击运行进行仿真,发现效率相比与第一次的负载牵引提升一点点,但是最高效率处的负载阻抗没有变化,由此基波牵引全部执行完毕(如果此处的负载牵引最佳阻抗值发生变化,需要将其再次带入源牵引原理图中做第二次源牵引,如此反复迭代,直至获取满意的性能):

基波源牵引和负载牵引原理图最终截图如下所示,首先是负载牵引: 其次是源牵引:

2、二次谐波的负载牵引和源牵引

二次谐波的第一次负载牵引 将原来的负载牵引原理图改个名字,从designguide中再次打开一个原理图(因为负载牵引原理图叫这个名字的同时只能存在一张): 在新的原理图中插入所使用的晶体管,设置好相关频率、偏置参数: 修改阻抗参数,将原来的Z_l_2修改为Z_l_1,修改完成后填入之前牵引获得的基波阻抗值: 同时填入基波源阻抗和基波负载阻抗: 修改完成后双击如下变量控件: 修改其中LoadArray中的数值,修改完成后如下所示,修改后点击确定:

运行仿真,对二次谐波负载阻抗进行牵引,得到结果如下所示,可以看到在进行二次谐波的牵引后效率最高可到百分之78左右,比只考虑一次谐波提升百分之5左右,此处任然使用右下角获取二次谐波阻抗数值,二次谐波最佳负载阻抗为10+j*31.17: 二次谐波的第一次源牵引 同样修改原来源牵引原理图的名字,按照同样的路径再次打开一个源牵引模板,在源牵引原理图中插入原来所使用的管子,合理设置偏置、频率等参数: 双击变量控件,修改其中的参数如下所示,主要是修改蓝色那一栏的参数: 修改完成后在阻抗填写栏填入相关的基波源阻抗和负载阻抗、二次谐波负载阻抗(当然要将原来的Z_s_2改为Z_s_fund): 修改输出源,dbmtov(Pavs,Z_s_2):

运行仿真,观察结果: 按照同样的方法,选取效率最高的阻抗值,此处为4.839+j*27.818

二次谐波的第二次负载牵引 将上述二次谐波的源阻抗带入负载牵引模板: 运行仿真得到结果: 可以看到结果没有太大变化,最佳负载阻抗也没有变化,由此二次谐波的牵引已经全部完成。