本文選題：低噪聲放大器 + 壓控振蕩器�。� 參考：《東南大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：無線通信事業(yè)的迅速發(fā)展和個(gè)人無線產(chǎn)品的快速普及,對(duì)射頻接收機(jī)的性能提出了越來越高的要求。低噪聲放大器(LNA)作為射頻接收機(jī)的第一級(jí)有源模塊,對(duì)接收機(jī)系統(tǒng)的整體性能有著重要的影響。鎖相環(huán)(PLL)為射頻接收機(jī)提供變頻所需的本振信號(hào),是射頻接收機(jī)的核心模塊,壓控振蕩器(VCO)作為PLL環(huán)路中提供頻率輸出的模塊,直接決定了本振信號(hào)的頻率調(diào)諧范圍和帶外相位噪聲。因此,研究和設(shè)計(jì)高性能的LNA和VCO,具有重要的意義和價(jià)值�？紤]到SiGe工藝的特殊性,本文首先對(duì)設(shè)計(jì)LNA所采用的SiGe BiCMOS工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹并分析了器件中的噪聲,然后比較了LNA的幾種基本結(jié)構(gòu)和性能差異,敘述了窄帶單端LNA的設(shè)計(jì)原理。在考慮LNA的各種性能參數(shù)折中的情況下,最后選擇了采用射極電感負(fù)反饋和電阻負(fù)反饋的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)噪聲匹配與功率匹配,設(shè)計(jì)了一種工作在北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)B3頻點(diǎn)的窄帶LNA,完成了版圖設(shè)計(jì)并通過了后仿真驗(yàn)證。后仿真結(jié)果表明,在工作頻率1268.520MHz處LNA的噪聲系數(shù)為1.05dB,增益為20.3dB,S11和$22分別為-12.2dB和-11.8dB,功耗為13mW。在設(shè)計(jì)VCO之前本文首先簡(jiǎn)單介紹了振蕩器的分析方法及LC VCO的設(shè)計(jì)原理,然后詳細(xì)分析了VCO的相位噪聲模型,并總結(jié)了幾種常用的相位噪聲優(yōu)化技術(shù)。在考慮VCO的各種性能參數(shù)折中的情況下,本次設(shè)計(jì)的VCO采用尾電流型全NMOS交叉耦合結(jié)構(gòu),利用四組差分開關(guān)電容陣列將整個(gè)頻率調(diào)諧范圍劃分為十六個(gè)子頻帶,實(shí)現(xiàn)了寬帶覆蓋,采用二次諧波濾波網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化VCO的相位噪聲性能,基于0.13μm CMOS工藝設(shè)計(jì)了一種寬帶低相位噪聲LC VCO。文中給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程,完成了版圖設(shè)計(jì)、后仿真驗(yàn)證并流片測(cè)試。在片測(cè)試結(jié)果表明,VCO的功耗與輸出信號(hào)幅度與后仿真結(jié)果基本一致,在1.2V電源電壓下,消耗總電流都為12.8mA,頻率調(diào)諧范圍較后仿真的11.6GHz～15.1GHz整體下降了大約1.7GHz,相位噪聲性能也較后仿真的-111.2dBc/Hz@1MHz有所下降。經(jīng)過分析,VCO性能的下降主要是由于高頻下寄生電容提取不準(zhǔn)確和壓控信號(hào)線上存在的噪聲引起的。
[Abstract]:With the rapid development of wireless communication and the rapid popularization of personal wireless products, the performance of RF receiver is required more and more.LNA (low noise Amplifier), as the first stage active module of RF receiver, has an important effect on the overall performance of the receiver system.Phase locked loop (PLL) is the core module of RF receiver, which provides the local oscillator signal for RF receiver frequency conversion. VCO is used as the module of frequency output in PLL loop.The frequency tuning range and out-of-band phase noise of the local oscillator signal are directly determined.Therefore, it is of great significance and value to study and design high performance LNA and VCO.Considering the particularity of SiGe process, the SiGe BiCMOS process used in the design of LNA is introduced in this paper, and the noise in the device is analyzed. Then, several basic structures and performance differences of LNA are compared.The design principle of narrow band single terminal LNA is described.Considering the compromise of various performance parameters of LNA, the structure of emitter inductor negative feedback and resistor negative feedback is adopted to realize noise matching and power matching.A narrow band LNA working at the B3 frequency point of Beidou second generation navigation system is designed, and the layout design is completed and verified by post-simulation.The simulation results show that the noise coefficient, gain and power consumption of LNA are 1.05dB, 20.3dB S11 and -11.8dB, respectively, and the power consumption is 13mW at the operating frequency 1268.520MHz. The simulation results show that the noise coefficient is 1.05dB, the gain is 20.3 dB, and the gain is -11.8dB, respectively.Before the design of VCO, this paper briefly introduces the analysis method of oscillator and the design principle of LC VCO, then analyzes the phase noise model of VCO in detail, and summarizes several commonly used phase noise optimization techniques.Considering the compromise of various performance parameters of VCO, the VCO designed in this paper adopts the full NMOS cross-coupling structure of tail current mode, and divides the whole frequency tuning range into sixteen subbands by using four sets of differential switched capacitor arrays.The second harmonic filter network is used to optimize the phase noise performance of VCO. Based on 0.13 渭 m CMOS process, a wideband low phase noise LC VCO is designed.The detailed design process is given, the layout design is completed, the post-simulation is verified and the chip is tested.The results of chip test show that the power consumption and output signal amplitude of VCO are in good agreement with the simulation results, and at 1.2V power supply voltage,The total current consumption is 12.8mA. the frequency tuning range is about 1.7 GHz lower than that of the post-simulated 11.6GHz~15.1GHz, and the phase noise performance is also lower than that of -111.2dBc / Hz @ 1MHz.The degradation of VCO performance is mainly caused by the inaccurate extraction of parasitic capacitance at high frequency and the noise in the voltage control signal line.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN752;TN722.3;TN851

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本文編號(hào)：1758085