【技术大神】运用微带线进行UMS氮化镓射频晶体管的偏置电路设计

时间： 2018-03-14 来源：世强作者：搬砖的奶爸

技术问答

今天在这里和大家浅谈一下运用微带线进行UMS氮化镓射频晶体管的偏置电路设计，熟练掌握后可以帮助大家在设计上节省成本。

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不仅输入、输出匹配上面用的是微带线匹配，连给输出电路上电源偏置电路也用上了微带线电路，但是这里有一个疑问了：这个微带线电路是通过阻抗理论特意计算的还是不需要计算直接起到供电作用即可呢？

图一 CHK025-SOA DEMO BOARD 截图

设计原理

实际上，在设计PA偏置电路设计时不仅要保证稳定持续的供电，而且要保证射频信号不会通过这段微带线泄露出去或者改变输出阻抗，并且还要保证在芯片工作频段范围内，该偏置微带线电路的阻抗要尽量的大。

设计方法

关于供电电流的话首先需要通过芯片资料（参照图二）和实际项目需求，先要确定和评估电流大小。在这里我们假定项目需求输出功率为25W（44dBm），此时电流应该是1A左右。当电流为1A时，我们把微带线宽度定为1mm，另外我以前在世强官网上写过一篇针对CHK025-SOA的输出匹配的文章名为《运用微带线进行UMS氮化镓射频晶体管的大功率放大器设计》，为了和这篇文章相互配合，工作频点我们也取4GHz，这样初步的基本信息我们就可以确定了。

关于偏置的设计主要是利用到短路短截线的输入阻抗公式Zin=Z0*tan（BL）,其中BL是电长度，Z0时微带线特性阻抗。这里面选择当L设定为¼波长是，Zin为无穷大，也就是开路。经过用ADS软件计算，当微带线宽度为1mm时，特性阻抗约为55欧姆；当L取四分之一波长时，长度约为11.8mm。具体软件操作方法我在世强官网上写过的一篇文章《电路板不同参数对应的射频微带线宽与插损的评估》提到过，在这里就不浪费篇幅重复介绍了。由于前面算到的11.8mm是针对4GHz频段的，所以看demo板的走线长度明显要长于11.8mm，因为CHK025-SOA支持的频段是DC~5GHz，所以图一肯定是针对他需求的频段设计的，因为在不加入电感或者磁珠的情况下，通过微带线偏置电路是不可能覆盖全频段的。可以观察到图一输出端口的电源走线没有走直线，而是走了3次弧线最后到电源输出端口。其实这么做的原因是：由于设计电路板时电源供电管脚位置确定、匹配位置确定、为了节省PCB空间等因素，最后为了保证走线长度的一种设计。因为我们是针对4GHz频段设计，走线长度相对较短，所以我们用一段弧形走线。所以最后的微带线我们采用3+2+6.8mm。在ADS绘制原理图如图二。

图二绘制电源偏置原理图

仿真结果

通过仿真，可以看到仿真结果如图三

图三最后仿真结果

由仿真结果可知，在4GHz的频点，阻抗已经达到了2.437E3-45.944，对于4GHz的射频信号而言，这个偏置的阻抗已经非常大了。最后转化成PCB如图四。

图四原理图转化为PCB

点击“export”转化成“DXF/DWG”格式，最后和EDA同事沟通即可。

最后我们做一下总结：本文在CHK025-SOA芯片工作在4GHz时针对电源匹配电路向读者讲解了一下设计原理和设计方法。如果大家在实际项目中遇到问题，请在评论区留言，我会和大家一一探讨。由于不是这篇文章的讨论重点，我没有把输出匹配和偏置电路联合做一下仿真，如果大家有需求，请在留言区留言，我会在下一篇技术文章中做一下详细设计。

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全部评论（26）

北冥之鲲 Lv8 2019-03-14

氮化镓功放输出标称功率，需要注意仿真输入、输出和电源微带匹配电路。
duanmaxie Lv8. 研究员 2019-05-12

学习
yingqiming Lv7. 资深专家 2019-05-07

不错
jishizhong Lv9 2019-04-11

学习了
用户33601407 Lv7. 资深专家 2019-03-28

收藏学习

wch7475 Lv8. 研究员 2019-03-26

学习
duanmaxie Lv8. 研究员 2019-01-05

学习一下
用户82979705 Lv4. 资深工程师 2018-12-31

学习
kaka520amy Lv8. 研究员 2018-12-31

学习了
波哥 Lv7. 资深专家 2018-12-30

学习了。

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产品型号	品类	RF Bandwidth (GHz)min	RF Bandwidth (GHz)max	Gain(dB)	IP3(dBm)	P-1dB OUT(dBm)	Sat. Output Power(dBm)	PAE(%)	Bias(mA)	Bias(V)	Case
CHA1008-99F	低噪声放大器	80	105	17	DC	5	DC	DC	115	2.5	Die