传统功放设计的流程一般包括以下这些步骤: 1、明确设计目标 2、选择功放管子 3、确定静态工作点 4、设计偏置电路 5、判断稳定性 6、负载与源牵引 7、输入输出阻抗匹配 8、原理图优化 9、大信号仿真 10、版图设计 11、版图联合仿真 12、pcb设计 第二节我们设计仿真了功放的原理图。之后我们需要对版图进行设计和仿真。
10、版图设计
首先将S参数控件都打叉,还要去掉电源、源负载阻抗、地、芯片、电容。在原先电容和芯片的位置加上gap,设置好长度和间隔。之后在电源引脚、输入输出引脚和隔离的两端加上端口。总的原理图如下所示。 之后layout得到我们的版图,在版图中考虑到实际焊接,我额外增加了一些接地,并且在各个地上添加了端口用于联合仿真。此外,我还增加了几个3mm的过孔,用于固定功放板子和散热铝板。中间的两个通孔直径为2.54mm,是为了固定CGH40010F芯片,芯片的封装如下图所示:因此两个2.54mm圆孔的圆心间距为9.5mm,芯片的宽为4.2mm。
在设置号版图,并且添加好所有端口之后,我们需要对仿真进行一些设置。我们打开EM的simulation setting,首先界面选择EM仿真,微波仿真。 之后需要对板子各个层进行设置 首先是顶层,选择strip plane,这个是说明,这层是条状平面 之后是空气层,这层选择air即可 然后是与铜层相同层,也是选择strip plane就可以 在之后的铜层设置厚度为0.035mm,选择材料为导体1,导体1的导电率为5.8e7。 之后是介质层,介质层的厚度为30mil,选择的介质是rogers的板材,板材相关参数是介电常数3.66、磁导率为1、损耗角正切0.0037。 因为在设计中我们添加了通孔,所以这里我们右键单击介质层,选择添加map conductor via,通孔的导电率和铜层保持一致。 最后是地层,这层厚度也是0.035mm,材料和铜层保持一致。 在设置完了板材的参数后,设置扫描频率,在这边需要添加一个直流频率,这是为了便于联合仿真。扫描的频率范围选择你想要的频率区间,取合适的扫描间隔,我这边因为端口较多,扫描时间会很长,所以扫描点数不多。 此外,在option选项中cells/wavelength代表了网格密度,这个网格密度应当稍微大一些,设置在50或者以上,其默认值为20。 设置完所有的参数后我们就可以点击仿真,仿真完成后生成了带有网格的版图和仿真结果如下图所示。 我们保存以上的设置后在版图中选择生成EM模型和符号
11、版图联合仿真
重新新建一个原理图叫layout_sim来仿真版图小信号,添加S参数控件、电源以及电容电阻后完成连接。之后仿真观察其散射参数、稳定性等。 可以从仿真结果中看到在3GHz处的S11在-20dB以下,S21在18dB左右,S22在8.9dB左右,并且stabfact在带内都是大于一的,因此绝对稳定。观察完小信号后,与之前原理图相似,去掉S参数控件,添加端口后生成版图大信号仿真模型。 这边也是同样调用ADS的单音仿真模板即可,最终观察单音信号下的功率和效率。可以看到,在输出功率为41dBm的时候效率可以达到63.7%,符合设计要求。 在1dB、2dB和3dB压缩点分别有PAE为39%、57%和62%,基本符合设计要求。这里就完成了传统功放设计的流程,之后只需要将版图导入到AD中对PCB进行设计就可以了。
|