THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT PA Ở TẦN SỐ 2.6GHz CHO 5G SUBBAND

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Điện tử - Viễn thông Điện tử tương tự II Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUÂT PA Ở TẦN SỐ 2.6GHz CHO 5G SUBBAND GVHD: TS.Nguyễn Anh Quang SVTH:  Nguyễn Tất Đạt  Nguyễn Khắc Trung  Lê Văn Tuấn 20172455 20175665 20175666 January 11, 2022 Lời nói đầu Bộ khuếch đại công suất (PA) khối tiêu tốn nhiều lượng hệ thống truyền phát RF (Radio frequency) Khối PA sử dụng để khuếch đại tín hiệu nhỏ tần số cao lên tín hiệu lớn tần số cao anten để đủ công suất truyền xa Việc thiết kế PA ln vấn đề khó Ở báo cáo này, bọn em trình bày thiết kế PA hoạt động tần sô 2.6GHz cho 5G sub band sử dụng transitor MOSFET MỤC LỤC Lời nói đầu .ii Chương Phương án thiết kế .1 1.1 Yêu cầu khuếch đại 1.2 Thiết bị sử dụng 1.3 Bias network 1.4 Xác định S-parameters 1.5 Thiết kế mạch Chương Thiết kế mạch .2 2.1 Mô chiều 2.2 Ma trận tán xạ cổng S-parameters 2.3 Mạch phối hợp trở kháng .5 2.4 Thiết kế mạch 2.5 Mô .8 Chương Kết luận .10 Tài liệu tham khảo 11 Danh mục bảng biểu Hình 2.1 Mạch mô IV Curve Hình 2.2 Đường đặc tuyến transistor sử dụng Hình 2.3 Mơ S-param K stab Hình 2.4 S parameters transistor .4 Hình 2.5 Sơ đồ khối PA với gain tầng Hình 2.6 SmithChart cho mạch matching đầu vào Hình 2.7 SmithChart cho mạch matching đầu .7 Hình 2.8 Mạch khuếch đại PA tần số 2.6GHz Hình 2.9 S11 mạch Hình 2.10 Thống số S21 mạch Hình 2.11 Cơng suất đầu ra[dBm] Chương Phương án thiết kế 1.1 Yêu cầu khuếch đại  Bộ khuếch đại phải hoạt động tần số 2.6GHz  Đảm bảo khuếch đại đủ công suất để truyền anten 1.2 Thiết bị sử dụng Thiết bị sử dụng CG2H40010F, HEMT (high electron mobility transistor) cung cấp hãng Wolfspeed Thiết bị lựa chọn hoạt động tốt tần số 2.6GHz yêu cầu có hiệu suất tốt (60%-70% nhiệt độ 250 C ) 1.3 Bias network Mơ chiều cho transistor để tìm đường làm việc chiều, từ định chế độ làm việc cho transistor 1.4 Xác định S-parameters Ma trận phân tán S cần thiết thiết PA, xác định hệ số phản xạ độ lợi thiết bị sử dụng từ tính tốn tính ổn định (K factor) có phương án phối hợp trở kháng phù hợp 1.5 Thiết kế mạch Từ mô xác định thông số mà định điểm làm việc transistor, class sử dụng mạch phối hợp trở kháng phù hợp Trở kháng tải trở kháng nguồn 50 Ω Chương Thiết kế mạch Trước vào thiết kế cụ thể nhóm đưa định lựa chọn cho mạch Khi xem xét đến việc lựa chọn class khuếch đại nhóm định chọn khuếch đại tuyến tính chưa có kinh nghiệm nhiều thiết kế mạch, class AB lựa chọn vừa đảm bảo hiệu suất độ tuyến tính so với class A B Với trở kháng tải trở kháng nguồn 50 Ω , mơ hình mạch gồm tầng khuếch đại, tải nguồn khối matching cho đầu vào đầu ra: Source 2.1 Input Matching Amplifier Mô chiều Thực mô IV Curve cho transistor: Output Matching Load Hình 2.1 Mạch mơ IV Curve Tham khảo datasheet thiết bị nhiệt độ 250 C , điểm làm việc thiết bị Q{VDS=28 V, VGS=-2.7 V, ID=200 mA} Từ mô ta có đường đặc tuyến thiết bị sau: Hình 2.2 Đường đặc tuyến transistor sử dụng Điểm hoạt động m2 tính gần điểm có dịng điện IDS cực đại từ có đường tải chiều nối từ m2 đến m1 (điểm làm việc Q) Nhóm định chọn m1 điểm làm việc transistor class AB lựa chọn 2.2 Ma trận tán xạ cổng S-parameters Để xác định tham số S transistor nhóm mơ thơng qua ADS: Hình 2.3 Mơ S-param K stab Trong q trình mơ nhóm nhận thấy đặt trước cổng G transistor điện trở 5Ω độ ổn định K mạch tốt hơn, đảm bảo K > Mô thực theo điểm làm việc m1 VDS = 28V VGS = -2.7V Kết thu sau: Hình 2.4 S parameters transistor Kết tham số S tần số 2.6GHz ghi lại sau: [ S ] = 0.667 L 166 [ 4,47 0.023 0,494 L−166 ] Với |S11|