【技术大神】运用微带线进行UMS氮化镓射频大功率放大器匹配设计

时间： 2018-02-10 来源：UMS（世强编辑整理） 作者：搬砖的奶爸

技术问答

‍笔者希望通过本文和大家浅谈一下运用微带线进行射频大功率放大器匹配设计。我们以世强代理的UMS的氮化镓射频大功率放大器CHK025-SOA为设计原型。CHK025-SOA是一款性能非常强大的射频功率放大器，工作频段可以达到0~5GHz，在CW波的工作条件下，最高输出功率典型值可以达到35W，线性增益典型值可以达到16dB。在SPEC不仅详细介绍了这款射频功率放大器的性能，也介绍了这款芯片的参考设计，其中在最后也给出了参考电路板的截图（如图一），在里面我们可以发现在输入、输出匹配上面用的是微带线匹配。由于篇幅有限，我们这里我们讨论相对复杂一点的输出微带线匹配，输入的匹配方法和输出的类似，请读者自行尝试。

图一 CHK025-SOA DEMO BOARD 截图

笔者个人理解用微带线匹配的优势主要有：

·高Q值电感成本比较贵，用微带线可以很好的节省成本。

·有时候需要匹配的电感值比较小，精度不好掌握，所以需要微带线匹配。

·分立贴片电感本身的误差和寄生参数影响较大，所以需要微带线匹配。

匹配以前，我们需要仔细阅读芯片的SPEC和确认我们产品频段需求，在SPEC里针对4GHz这个频点做了性能介绍，我们这里也针对4GHz这个频点做匹配。根据SPEC描述，关于各个频点的阻抗值为图二所示。这里面要和大家确认一个细节，其实理想的仿真方法是下载CHK025-SOA的模型，在上面加上电源电路、输入匹配电路、输出匹配电路来实现整个系统的评估。但是在查找官方网站查找模型时，发现UMS官网上的模型是已经帮客户匹配好的，而且连有源电路都不需要提供，这样的优势是可以在任意频点给客户一个数据指导，例如客户想大概评估一下1.5GHz这个频点的性能，虽然SPEC上面没有描述，但是通过高度集成好的模型就大概可以知道。但是我们这篇文章的主旨是要和大家讨论:在确认好该频点的性能之后，我们如何进行实际的微带线匹配调试,针对这个需求官网上的模型对我们帮助不大，以上请大家知悉。

图二 CHK025-SOA 阻抗值

在这里我们用ADS进行匹配仿真，先制作原理图，在Term1中先把阻抗修改为CHK025-SOA的Zl的共轭匹配：4.27+j0.38（如图三）。另外smith的插件里面的参数也要设置，具体设置请看图四。

图三 ADS原理图建立

图四 SMITH插参数设置

这里要和大家确认几个事:针对匹配带宽、系统工作频率、电容电感选型、电路板叠层设置等因素匹配的方式也会不一样，所以在不了解原厂DEMO板这些细节的情况下，我只能尽量和demo板的匹配方式保持一致，以上几点请大家理解。最后在SMITH圆图上，匹配方式如图5。

图五输出阻抗的匹配

点击“Build ADS Circuit”先生成电路如图六，里面的C1暂时是理想电容，先确认一下S11，发现4GHz频段时匹配结果暂时不符合我们的预期（如图七）。这里我们把C1换成实际的电容模型，注意要用0603封装的电容，然后把理想传输线转化为微带线（转换工具使用方法请看我在世强发布的《电路板不同参数对应的射频微带线宽与插损的评估》），最后原理图和仿真结果如图八和图九，在设计中主要优化TL14和TL15的宽度和长度,并且需要把TL15的走线方式换成CHK025-SOA的弧线方式最后仿真验证。

图六生成的匹配电路

图七理想电容的S11仿真结果

图八使用实际模型电容并且优化微带线生成的匹配电路

图九使用实际电容并且优化微带线仿真结果

接下来我们把原理图转入到PCB，点击“layout”→“Generate/Update layout ”后自动生成PCB版图，经过优化大概摆放成DEMO BOARD的形状，如图十。

图十生成的PCB版图

转化为PCB之后再通过“EM”控件可以生成module进行联合仿真，经常会发现仿真数据和在原理图中的数据不一致（如图十一），这个很正常，因为在原理图层面上是相对理想的环境，转化为PCB之后数据肯定会失真，这个就需要根据之前的优化经验重新反复验证，最后联合仿真结果如图十二。

图十一第一次生成的PCB版图仿真数据

图十二再次优化的PCB版图仿真数据

如图十二，基本符合我们的需求，然后点击“export”转化成“DXF/DWG”格式，最后和EDA同事沟通即可。

最后做一下总结：

·本文只是尽量要符合CHK025-SOA的DEMO BOARD的匹配方式，未和大家讨论匹配带宽等信息。

·本文的目的是和大家分享如何进行微带线匹配，但是每个芯片肯定是有各自的相关细节，在大家决定选用某一芯片时要询问世强的FAE有没有其他细节需要关注，世强可以提供非常全面系统的服务。

由于篇幅有限，如果大家还有别的问题请留言，我根据大家的问题可以进行一一回复。

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全部评论（2）

FENT Lv8. 研究员 2018-11-30

很好
用户98469832 Lv3. 高级工程师 2018-06-28

受教了！

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