ADS中混频器噪声仿真的问题

首先我们来复习一下混频器噪声相关的基础知识。理解混频器的噪声系数，了解SSB和DSB的区别很重要。基础知识我不赘述了，放几张PPT这边。

按我自己的理解，用最简单的话概括，为什么通常SSB比DSB大3dB呢，因为计算时SSB同样的噪声功率但信号功率却少算了镜频那一半。因此假设理想的无噪混频器，其NFssb也有3dB。

值得关注的一点是，IEEE 1963年 “Description of the Noise Performance of Amplifiers and Receiving Systems”的文件中关于噪声的定义是这样的：

这样一来，很多人容易把IEEE的SSB的定义跟我们通常认知的SSB的定义混淆，IEEE的定义并不考虑镜像频率处的噪声，因此这样的话，对于理想的无噪混频器，NFieee_ssb为0dB。不过，仿真软件ADS、SpectreRF等还是按照我们通常定义的SSB和DSB来计算的。

那么，ADS、SpectreRF是怎么计算混频器的噪声呢？ADS中NFssb和NFdsb计算公式可以在Help文档中的Mixer2词条下看到，如下：

SpectreRF中的公式如下：

对比可以发现，两者在DSB计算时有差异，下面来介绍下公式的含义。

我们先捋一捋噪声电压Vn，噪声功率N和等效噪声温度三者的关系：

其中k是玻尔兹曼常数。公式中的R对应混频器所求输出port口负载阻抗。值得注意的是，我们在ADS中仿真时，经常看到模板的Option设置温度为16.85摄氏度，对应T0=290K，其实这是IEEE定的计算噪声的温度标准，如果你不设成16.85度，会有一个Warning，不过其实也没什么。噪声电压的平方除以负载，对应的是由混频器中的各器件引入的噪声。G1是输入噪声频率到输出频率的功率增益，对于下混频，即射频到中频的变频增益。G2对应的则是镜频到输出频率的增益，Gn对应的是各高次谐波对应到输出频率的增益。从公式也可以看出，DSB相对SSB的噪声，其实就是分母多考虑了镜频部分。通常镜频G2约等于G1，因此3dB的差别就出来了。ADS中双边带噪声的定义，分母中还考虑了高次谐波的等效噪声功率。

我阅读了一份早年Agilent以环形混频器的设计实例分析其软件计算噪声的详细报告。

• 只考虑混频器自身引入的噪声和射频处的噪声时

• 多考虑了镜频噪声

• 进一步考虑了高次谐波引入的噪声

• 考虑负载不匹配的影响

• 考虑自混频的影响

• 噪声贡献统计

由此可见混频器的噪声来源有很多，射频接无源巴伦时，引入的噪声也很大，损耗直接就是噪声啊。设计好低噪声的混频器需要考虑的因素很多，有时间我会专门做一个专题来深入学习。

最后，关于ADS中混频器的噪声仿真。基本的仿真方法大家应该都知道，就在谐波平衡的noise中设置即可，在ADS的example中都有。

我比较诧异的是自己在仿真的时候，按上面这样仿真得到的噪声特别大，都是近百dB的噪声。

同样的电路，我用HB中的小信号模式仿真，得到的噪声为正常值13dB左右。参考了ADS中混频器谐波平衡仿真的词条。

对于Small-Signal Mode的仿真，它把射频信号的看成足够的小，因而其谐波小到可以忽略。谐波平衡的控件中只需要设置一个本振频率；设置射频端口时，功率设置在边带上，不需要设置频率，其实对应上边带的射频频率即为RFfreq=LOfreq+IFfreq。

• 小知识点：设置变量时Power_RF写成Power_RF=-20_dBm，有人问，是不是单位重复了，其实这边的_dBm系统会自动忽略，软件允许这样的规则就是增加电路的可读性。

对于小信号模式的仿真，我还是不太明白，为什么我设计的电路，只能在小信号模式的谐波平衡中才能仿出噪声呢？

此外，ADS还有一个高级的噪声仿真器，HB noise controller，它可以监测电路中各电路节点的噪声电压和等效噪声温度，可以看差分节点相互之间的噪声电压，我试了一下，仿真得到的电路噪声系数和我小信号模式下仿真的是一致的。控件还可以考虑本振相噪对混频噪声的影响。还有什么高级的应用，还望得到大家的指点。

最后，感谢大家支持，如有对相关课题有兴趣的朋友，我们可以私下交流，记得给我点个赞啊啊啊啊。