基于ADL5605的功率放大器设计

论文总字数：16724字

摘 要

Abstract:With the development of electronic and communication technology, the modern communication has the characteristics of large capacity, multi carrier, broadband and high peak to become more and more significant. This also puts forward higher requirements for the communication system, and the power amplifier as the core component of the transmitter, its performance has a significant impact on the whole communication system. Now the use of electronic design EDA software is also very extensive, ADS software is the industry a mainstream RF circuit design software, its powerful, rich simulation means. In the design process of the power amplifier using the the microstrip line design tool, s parameter simulation tools, and Smith circle diagram tool for impedance matching, greatly reduce the design difficulty and the strength calculation, plays a crucial role. This paper mainly introduces a power amplifier designed by adl5605 in GSM. Adl5605 is a broadband, two order structure, with RF output ability of the 1W power amplifier, while working between 700MHz to 1000MHz. The working voltage of 5V is ADL5605 while the supply current is about 307mA. The power amplifier chip provides a fast / power down feature for the TDD application, and provides power saving mode for the application of power saving and intermittent transmission data.. ADL5605 is manufactured by GaAs HBT process and is encapsulated in a 4mm x 4mm 16 pin LFCSP. At the same time, there is a piece of exposed heat welded plate to provide good grounding and heat sink. And it has the wide operating temperature range from -40 to 85.. The power amplifier achieved a gain of 900MHz at 21dB, and the gain fluctuations between 850 and 0.3dB are less than 950MHz, and the 1dB compression point of 900MHz is 30dBm, and the value is close to the chip manual.. At 5V, the quiescent current is 0.3A, and the current is 0.38A when output is 27.3dBm.

关键字：功放 adl5605 ADS软件仿真

目录

摘要1

功率放大器的基本参数 4

增益4

反射功率增益4

转换功率增益4

工作功率增益4

资用功率增益4

功率附加效率(PAE)4

非线性5

1dB压缩点5

三阶互调阻断点5

谐波失真6

功率放大器的基本种类和功率附加效率6

A类功率放大器7

B类功率放大器7

C类功率放大器7

D类功率放大器7

E类功率放大器7

F类功率放大器7

S类功率放大器7

阻抗匹配7

阻抗匹配的意义7

共轭匹配8

L型匹配网络9

微带传输线设计11

PCB设计13

电子设计的散热15

射频电路走线16

长度16

宽度16

平行走线或弯曲线16

散射参量16

S参数的定义17

S参量仿真18

最终电路原理图和实物图20

致谢20

参考文献20

一 功率放大器的基本参数

1.增益

一般来说，电子电路模块中有三个众所周知的增益：功率增益、电压增益和电流增益。电压和电流增益含义相当明确。它们是输入和输出的简单比值。然而功率增益的含义却不尽相同。

①反射功率增益

不难理解，因放大产生的放大功率增益可由放大器的输出功率和输入功率之比得到。反射功率增益可由在一个终端或一个负载处的功率反射得到。反射功率增益的定义只与输出节点有关。现在，将放大产生的功率增益定义为放大器存在时的输出功率和放大器不存在时的输出功率的比值，放大器不存在时输入输出节点就直接连在一起。

可以发现，功率增益的表达式基本不变。

同放大功率增益类似，反射功率增益定义为，和存在或不存在时由源传输到负载的功率的比值，其中为源电压反射系数，为负载电压反射系数。即

上式中为因反射产生的功率增益，是当反射存在时由源到负载的传输功率，是当反射不存在时由源到负载的传输功率。

通过推导这两个功率的表达式，可以将反射功率增益用和表示如下

可以看出当和小于1大于0时反射功率增益可以是正数，因为负载上的功率在有反射的情况下可能比在负载处而在源处有反射的情况下要高。

②转换功率增益

转换功率增益是在输入和输出阻抗都不匹配的情况下从源到负载的功率增益。其表达式如下

其中为传输到负载的功率，而为源的资用功率。

③工作功率增益

工作功率增益定义为传输到负载的功率与模块的输入功率的比值。即

④资用功率增益

资用功率增益被定义为模块的资用功率和源的资用功率的比值。即

2.功率附加效率(PAE)

功率附加效率是指射频输入功率和射频输出功率的差与提供给器件的直流功率之比。它反映器件将直流功率转换为射频功率的能力，同时又反映了器件放大射频功率的能力。

3.非线性

一个系统的非线性主要来自于器件的非线性，实际上，器件都多少存在一定非线性。理想的线性器件在现实中是不存在的，任何线性器件不过是合理的近似。

器件或系统的非线性产生的是杂散分量，所有的杂散分量都是信号的干扰源并最终导致信号失真。

1. 1dB压缩点

1dB压缩点(P1dB)是表征输出性能的参数。压缩点越高意味着功放的输出能力越强。P1dB是指与相对较低的输入功率时相比增益减少1dB时的输入(或输出)功率点（参见图1增益随输入功率变化的曲线）。注意当输入功率升高时增益是如何下降的。这是因为在其最大输出功率时器件达到饱和，于是功率不能继续上升。1dB压缩点既可以在输入也可以在输出定义。例如，如果输出P1dB压缩点是20dBm，则这个元件的最大输出功率约为20dBm，减小输出功率使之低于P1dB就可以减小波形失真。

图1器件增益随输入功率变化的曲线。

1. 三阶互调阻断点

三阶互调阻断点(IP3)是表示器件线性度或失真性能的参数。IP3越高表示器件线性度越好同时具有更小的失真。IP3通常用使用两个输入频率测试。图2所示为双频率IP3测试在频域表示的情况。放大器的输入是两个正弦波(基波)，本例子中一个在900MHz，另一个在901MHz。放大器的输出是两个希望得到的基波信号。因为放大器不是理想线性的，它还会产生两个三阶互调(IM3)产物。IM3通常以dBm给出。这里显示的IM3失真产物在频率上与有用（基波）信号非常近，因此不能用滤波器轻易地去滤除它们。为了减少三阶互调失真产物，必须提高IP3的值。

三阶互调产物是由放大器或混频器的非线性特性造成的对两个频率输入相互混频(或调制)的结果。这两个IM3产物是：

图2 双频率IP3测试(左)。两个输入基波(右)。输出包含两个被放大的基波、IM3产物和谐波失真。

从数学角度看，IP3是在基波和三阶失真输出曲线交点的理论输入功率(见图3)。A线是基波(有用的)信号输出功率随输入功率变化的曲线，B线是三阶失真输出功率随输入功率变化的曲线。B线的斜率是A线斜率的3倍(以dB为单位)，理论上会与A相交。这个交点就是三阶互调阻断点。在这一点时假设的输入功率就是输入IP3，输出功率就是输出IP3。

图3. IP3的定义。A线和B线的交点就是假设的IP3。

1. 谐波失真

谐波失真是另一个表示失真的规范。它定义了在基频的整数倍频率产生的失真产物(图3)。例如，二次谐波失真-60dBc的意思是在二倍基波 频率的失真输出幅度比基波低60dB。dBc是低于基波的dB数(dBc的传统意义是低于载波的dB数)。谐波失真规范在如有线电视这类宽带应用中是十分重要的，但是在手机这类窄带应用中的重要性并不大，因为失真产物之间的频率差别比较大从而可以被容易地滤除。

二．功率放大器的基本种类和功率附加效率

功率放大器是一种放大输入信号功率的器件。它的输出功率为输入功率的G倍，其增加的交流功率由直流功率转换得到，增加的功率部分和直流功率之比为PAE（功率附加效率）。

下面简要介绍几种类型的功率放大器

1.A类功率放大器

当晶体管以A类方式工作时，在整个周期内是全通的。漏电流和输出电压波形为正弦波。A类功率放大器工作时实际PAE大约30%。

2.B类功率放大器

当晶体管以B类方式工作时，晶体管的导通周期在一个周期与半个周期之间（通常B类的导通角为半个周期）。漏电流和输出波形为略大于半个周期的部分正弦波，输出电流和电压波形为正弦波。B类功率放大器的实际PAE大约为60%。

3.C类功率放大器

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