【摘要】：隨著無線通信技術的快速發(fā)展,由于低頻段的頻譜資源都已被占用,越來越多的應用工作在毫米波頻段;而CMOS工藝的發(fā)展促使晶體管的截止頻率大幅增大,使設計毫米波頻段的電路成為可能;低噪聲放大器作為射頻接收機的第一級放大器,其對接收機性能有著至關重要的影響。本論文基于65nm CMOS工藝設計了兩款E-波段低噪聲放大器,主要工作如下:1.對幾種常用的低噪聲放大器結(jié)構(gòu)進行了性能分析,對各個性能進行折中考慮后,確定電路的拓撲結(jié)構(gòu);對單個晶體管的幾何參數(shù)與最大增益和最小噪聲系數(shù)的關系進行了仿真分析,確定晶體管的柵寬、柵指數(shù)和直流偏置,為構(gòu)建電路仿真做好前期準備工作。2.對無源器件進行了建模和仿真,主要是對螺旋電感、變壓器和巴倫的特性進行了詳細介紹,并建立準確的模型來分析電感和變壓器的損耗機理,為后續(xù)的無源器件設計奠定理論基礎。最后本文設計出了一款新穎的片上電感和一款新穎的片上變壓器,并在變壓器的基礎上設計了一款可重構(gòu)變壓器和一款片上巴倫,并且能獲得良好的性能。3.最后基于TSMC 65nm CMOS工藝設計了兩款應用在E-波段的低噪聲放大器,第一款是采用四級級聯(lián)的共源級結(jié)構(gòu),其中第一級采用源級退化電感來減小噪聲,匹配網(wǎng)絡由螺旋電感和電容組成。在1.5 V的電源電壓下,增益最高為12.6dB,最小噪聲系數(shù)6.8 dB,70-84 GHz的輸入輸出匹配良好,由于采用多個片上螺旋電感,芯片面積較大;第二款在第一款低噪聲放大器的基礎上,采用了變壓器來設計匹配網(wǎng)絡,仿真結(jié)果顯示最低的噪聲系數(shù)可實現(xiàn)4.9 dB,并且可以減小芯片面積。
【學位授予單位】：溫州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN722.3
【圖文】：

1.1 研究背景與意義近年來，無線通信技術得到了飛速的發(fā)展，通信技術的傳輸速率高到 10Gbps，如此高的傳輸速率不僅需要更有效的調(diào)制方式，還要更大的工作帶寬，而當前低頻段的頻譜資源十分的擁擠，電磁環(huán)境復雜，難以實現(xiàn)超高速和超寬帶[1]。因此，30 GHz 到 300GHz 的毫米波頻段受到研究人員的重點關注，該頻段頻譜資源豐富，而且具有工作波長短，器件小型化易于集成等特點。此外，毫米波頻段的信號傳輸距離較短，有利于頻率復用，并降低區(qū)域間信號干擾。毫米波頻段中 60GHz 頻段是免許可證的工業(yè)、科學、醫(yī)療（ISM）頻段；71-76 GHz、81-86 GH用于點對點的高速無線通信[2]；77GHz 都被用在汽車領域的無人駕駛技術上，其中一個重要的傳感器是毫米波雷達，在技術上，77 GHz 雷達傳感器性能更加有力，其目標識別率、測速率和測距離的精準率較 24 GHz 雷達傳感器提高了三至五倍。

在毫米波頻段電路的集成度、性能和成本等方面的突破。1.2 毫米波 CMOS 低噪聲放大器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，越來越多的研究人員展開了對低噪聲放大器的研究與設計，性能到了極大的提升，頻率從兆赫茲到吉赫茲；由于有源器件對噪聲性能的影響，們越來越傾向于使用更少的晶體管，而通過不斷改進和優(yōu)化無源器件的結(jié)構(gòu)和能，從而改善電路整體的性能。接下來是闡述近幾年國內(nèi)外對低噪聲放大器電研究的發(fā)展。2011 年，同樣來自臺灣大學的 Han-Chih Yeh 提出來基于變壓器的噪聲抑技術，論文中設計了兩款多級堆疊的 cascode 結(jié)構(gòu)的超低功耗 LNA，分別工作Q 波段和 V 波段，如圖 1-2 所示，變壓器原副線圈分別放置在堆疊晶體管之間改善了 LNA 的噪聲性能；兩款 LNA 都采用的是 3V 的供電電壓，最終實現(xiàn)的益為 20.3 dB 和 12.7 dB，噪聲系數(shù)最小為 4.6 dB@40 GHz 和 4.7 dB@58 GHz消耗的功率分別為 15 mW 和 18 mW[4]。

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 呂育澤;李晉;萬天才;;一種應用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的低噪聲放大器[J];微電子學;2018年03期

2 武帥;高炳西;馮輝;;一種W波段寬頻帶低噪聲放大器設計[J];電子世界;2018年12期

3 童華清;許石義;黃劍華;莫炯炯;王志宇;郁發(fā)新;;帶有源偏置的系統(tǒng)級封裝低噪聲放大器模塊[J];浙江大學學報(工學版);2017年04期

4 付鯤;朱紅雷;劉偉;仝飛;;平衡式寬帶低噪聲放大器設計[J];電子科技;2017年08期

5 胡詩錦;石玉;尉旭波;;0.03～4.5GHz超寬帶低噪聲放大器設計與實現(xiàn)[J];磁性材料及器件;2017年04期

6 程遠W

本文編號：2741729