電磁解析シミュレータによるRFアンプ設計(4)|いちろ工房 (ichiro Labo)

今回は、実際にSonnet上で基板パターンを作り、素子を配置して挙動を調べていきます。

まず、使用する高周波トランジスタBFS505だけを基板に乗せ、入出力ラインとアースをとって解析してみます。結果は、前回のネットリスト分析の結果とほとんど変わらないようです。

それでは、コンデンサやインダクタなどの整合素子をいれてみます。
まず入力側には並列コンデンサ5pFをいれ、直列インダクタはミアンダ線路で作りました。そして、出力側には直列にチップインダクタ24nHを入れます。
回路パターンやチップ部品の寄生容量があるので、ネットリストの分析結果よりも若干定数は変更してあります。同様に、ミアンダ線路も長さを最適化してあります。

その結果、ネットリスト分析とほとんど同じチャートが得られています。

次は、トランジスタに電流を供給するバイアス回路です。この設計は結構重要です。

このシリーズの最初のほうで、トランジスタ増幅回路の固定バイアスの定数を決めました。これはトランジスタを安定的に作動させるための抵抗値です。

このアンプ回路が比較的低い周波数で動作する回路なら、ここの周波数特性については、あまり気にしなくてもよいのです。しかし、今回の回路は高周波回路です。電流を供給する回路が共振を起こさないように、また信号の回り込みに注意しなければなりません。

このため、DC（つまり電源）は素通し、逆に高周波のノイズはブロックするようにします。インピーダンスでいえば、信号の入出力点からみたバイアス回路は高周波域でインピーダンスが無限大であり、バイアス回路側から見たトランジスタ回路は高周波域でインピーダンスがゼロであるのが理想的です。

これを実現するには、インダクタとコンデンサで共振回路をつくり、電源ラインに入れて高周波をトラップしてあげればいいでしょう。トラップしたい周波数と一致するような自己共振周波数を持つインダクタとコンデンサの組み合わせを作ればよいです。これもSonnetで作ります。

まず0.9GHz付近に自己共振をもつLとCの値を調べます。おおよそ、インダクタが560nH、コンデンサが20pFとなります。