近年來(lái)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,射頻接收機(jī)是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與用戶之間的重要媒介,成為研究設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。射頻接收機(jī)前端的第一個(gè)有源電路模塊是低噪聲放大器,其功能是對(duì)天線捕捉到的微弱有用信號(hào)做放大,防止噪聲過(guò)大干擾,從而使后續(xù)模塊解調(diào)有用的信息。LNA的噪聲、增益以及穩(wěn)定度等方面的性能對(duì)于整體RF接收機(jī)的性能有決定性的影響,因此設(shè)計(jì)出一個(gè)性能優(yōu)越的LNA對(duì)于RF接收機(jī)十分重要。本論文基于TSMC 0.18um CMOS工藝設(shè)計(jì)仿真了兩種應(yīng)用在我國(guó)導(dǎo)航接收機(jī)中的低噪放,分別為級(jí)聯(lián)共柵結(jié)構(gòu)低噪放以及帶源極電感負(fù)反饋的共源共柵結(jié)構(gòu)低噪放。并針對(duì)共源共柵結(jié)構(gòu)的LNA進(jìn)行了版圖設(shè)計(jì)和后仿真。論文先對(duì)于LNA設(shè)計(jì)中的主要性能參數(shù)做簡(jiǎn)單介紹,對(duì)于當(dāng)前常見(jiàn)的幾種LNA電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了總結(jié)和噪聲分析,通過(guò)對(duì)比最后采用共柵結(jié)構(gòu)和源極電感負(fù)反饋結(jié)構(gòu)作為本次LNA設(shè)計(jì)的主體結(jié)構(gòu)。為了使設(shè)計(jì)的LNA具有良好的噪聲性能,本文介紹了兩種噪聲優(yōu)化技術(shù),即電容交叉耦合跨導(dǎo)提高技術(shù)和功耗約束下的最佳柵寬確定。接著對(duì)本次設(shè)計(jì)選用的主體結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)做了分析,分別使用所介紹的兩種噪聲優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)了級(jí)聯(lián)共柵結(jié)構(gòu)LNA和共源共柵結(jié)構(gòu)LNA并進(jìn)行了ADS仿真優(yōu)化,得到了理想的結(jié)果。由于單端天線和差分LNA之間信號(hào)接口是不匹配的,所以又設(shè)計(jì)了LC結(jié)構(gòu)的BALUN,并進(jìn)行了ADS仿真。最后使用Cadence針對(duì)設(shè)計(jì)的共源共柵結(jié)構(gòu)LNA進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)和后仿真,對(duì)后仿參數(shù)與前仿真的結(jié)果做了分析對(duì)比,總結(jié)變化的原因。論文采用ADS和Cadence軟件,對(duì)LNA進(jìn)行了電路的前仿真、版圖的設(shè)計(jì)、提取寄生參數(shù)后仿真。前仿真結(jié)果顯示,在中心頻率1.561 GHz處,級(jí)聯(lián)共柵LNA的噪聲系數(shù)是2.259 dB,比傳統(tǒng)共柵結(jié)構(gòu)下降了近一半,增益18.909d B,反向隔離度-40.694d B,1dB壓縮點(diǎn)-26.61 dBm,穩(wěn)定性和輸入輸出匹配滿足參數(shù)要求,共源結(jié)構(gòu)LNA的噪聲系數(shù)1.522 dB,增益為25.797d B,反向隔離度-40.934d B。穩(wěn)定性和匹配良好,但是其1dB壓縮點(diǎn)小于共柵結(jié)構(gòu)LNA的值,然而功耗只有10.26m W,要比共柵結(jié)構(gòu)小很多。對(duì)共源共柵結(jié)構(gòu)的LNA進(jìn)行了版圖設(shè)計(jì),最終版圖的面積為990um×406um.對(duì)于設(shè)計(jì)的版圖進(jìn)行了驗(yàn)證和后仿真。后仿真結(jié)果顯示,在中心頻率1.561GHz處噪聲系數(shù)1.78 dB,增益18.353 dB,1dB壓縮點(diǎn)-24.100 dBm,反向隔離度-46.44dB,后仿真增益和噪聲性能有所下降,但是線性度和穩(wěn)定性改善幅度較大。后仿性能變化主要是寄生參數(shù)的加入以及LNA的性能對(duì)于電路器件參數(shù)變化比較敏感的原因。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN722.3;TN965.5
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號(hào)對(duì)照表
縮略語(yǔ)對(duì)照表
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
    1.3 論文的主要內(nèi)容及安排
第二章 低噪聲放大器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論
    2.1 低噪聲放大器的性能指標(biāo)
        2.1.1 增益
        2.1.2 噪聲系數(shù)
        2.1.3 輸入輸出匹配
        2.1.4 線性度
        2.1.5 穩(wěn)定性
    2.2 噪聲理論
        2.2.1 熱噪聲
        2.2.2 閃爍噪聲
        2.2.3 散粒噪聲
        2.2.4 二端口網(wǎng)絡(luò)噪聲分析
    2.3 低噪聲放大器的基本結(jié)構(gòu)
        2.3.1 并聯(lián)-串聯(lián)反饋結(jié)構(gòu)
        2.3.2 柵極并聯(lián)電阻匹配共源結(jié)構(gòu)
        2.3.3 跨導(dǎo)匹配共柵結(jié)構(gòu)
        2.3.4 源極電感負(fù)反饋結(jié)構(gòu)
    2.4 噪聲優(yōu)化技術(shù)
        2.4.1 功耗約束的LNA的噪聲優(yōu)化技術(shù)
        2.4.2 電容交叉耦合結(jié)構(gòu)
    2.5 本章小結(jié)
第三章 低噪聲放大器的設(shè)計(jì)
    3.1 差分放大器的優(yōu)點(diǎn)
    3.2 電路結(jié)構(gòu)的選擇
        3.2.1 級(jí)聯(lián)共柵結(jié)構(gòu)
        3.2.2 帶源極電感負(fù)反饋的共源共柵結(jié)構(gòu)
    3.3 級(jí)聯(lián)共柵低噪聲放大器的設(shè)計(jì)及仿真
        3.3.1 主體電路的設(shè)計(jì)
        3.3.2 輸入輸出阻抗匹配電路設(shè)計(jì)
        3.3.3 偏置電路的設(shè)計(jì)
        3.3.4 整體電路參數(shù)設(shè)計(jì)
        3.3.5 電路ADS仿真與優(yōu)化
    3.4 源極電感負(fù)反饋共源共柵LNA的設(shè)計(jì)及仿真
        3.4.1 主體電路的設(shè)計(jì)
        3.4.2 輸入輸出阻抗匹配電路設(shè)計(jì)
        3.4.3 整體電路參數(shù)設(shè)計(jì)
        3.4.4 電路的仿真與優(yōu)化
    3.5 BALUN的設(shè)計(jì)
    3.6 本章小結(jié)
第四章 版圖設(shè)計(jì)及后仿真
    4.1 版圖設(shè)計(jì)的規(guī)則
    4.2 低噪聲放大器的版圖設(shè)計(jì)
    4.3 版圖驗(yàn)證及后仿真
        4.3.1 版圖驗(yàn)證
        4.3.2 后仿真
    4.4 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 論文的主要工作
    5.2 論文研究中存在的問(wèn)題
    5.3 未來(lái)展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)介

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2838372