發(fā)布時(shí)間：2021-09-28 09:12

　　近年來(lái),毫米波通信與檢測(cè)系統(tǒng)得到了長(zhǎng)足發(fā)展,并隨著毫米波寬帶器件的應(yīng)用,低噪放作為系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件,毫米波系統(tǒng)中的寬帶低噪放得到了廣泛研究。隨著CMOS工藝的不斷改進(jìn),硅基CMOS工藝已更多應(yīng)用在毫米波領(lǐng)域。但基于CMOS工藝的毫米波寬帶低噪放存在帶寬較小,噪聲系數(shù)較大的問(wèn)題,因此本論文對(duì)毫米波寬帶低噪放進(jìn)行研究,以實(shí)現(xiàn)毫米波較大帶寬和較低噪聲性能。論文重點(diǎn)研究毫米波低噪放實(shí)現(xiàn)寬帶和降低噪聲的方法,在寬帶低噪放的基礎(chǔ)理論上研究以寬帶匹配方式實(shí)現(xiàn)寬帶性能,降低匹配損耗并提高放大單元增益降低電路噪聲。提出了一種由電感構(gòu)成的低損耗T型電感,通過(guò)優(yōu)化提升T型電感的Q值,使用T型電感匹配共源共柵（Cascode）單元實(shí)現(xiàn)毫米波低噪放的寬帶和低噪聲性能,并采用硅基65nm CMOS工藝,設(shè)計(jì)了一款51-99GHz的毫米波寬帶低噪放和一款95-127GHz的毫米波寬帶低噪放。論文的主要工作和貢獻(xiàn)包括:（1）采用寬帶匹配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一款51-99GHz低噪聲放大器,通過(guò)較高Q值T型電感和共源共柵增益單元實(shí)現(xiàn)了低噪放的寬帶和低噪聲性能。后仿結(jié)果表明,噪聲系數(shù)NF在3.9dB～7.7dB范圍內(nèi),增益為15.... 

【文章來(lái)源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

海平面上電磁波衰減特點(diǎn)隨著電路頻率的提高，電路的介質(zhì)損耗、導(dǎo)體損耗均變大，毫米波電路性能會(huì)下降，同

浙江省碩士學(xué)位論文3圖1.2毫米波應(yīng)用1.2國(guó)內(nèi)外毫米波寬帶低噪放研究進(jìn)展隨著毫米波應(yīng)用的普及，毫米波系統(tǒng)成為業(yè)界研究熱點(diǎn)。毫米波低噪聲放大器是毫米波收發(fā)系統(tǒng)不可缺少的模塊，對(duì)系統(tǒng)的噪聲、線性度有重要影響。毫米波放大器可分為窄帶和寬帶放大器，窄帶放大器用于窄帶單天線收發(fā)系統(tǒng)，而寬帶放大器應(yīng)用于寬帶收發(fā)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)一般是多個(gè)信道共用一個(gè)寬帶低噪聲放大器，再將信號(hào)傳遞給下級(jí)模塊如混頻器或功放，這樣利用寬帶低噪聲放大器放大多個(gè)窄帶信號(hào)減少了為不同信道單獨(dú)設(shè)計(jì)低噪放的成本，寬帶放大器也用于寬頻范圍的跳頻信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)，所以毫米波寬帶放大器得到了學(xué)術(shù)界不少的關(guān)注和研究。本論文調(diào)研了近十年的具有代表性的文獻(xiàn)資料。調(diào)研文獻(xiàn)詳細(xì)如下：2012年，De-RenLu等人使用65nmCMOS工藝設(shè)計(jì)了一款75.5-120.5GHz的寬帶低噪聲放大器[13]，相對(duì)帶寬達(dá)到47%，電路采用四級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)，使用微帶線匹配，實(shí)現(xiàn)增益大于20dB，帶內(nèi)噪聲系數(shù)6-8.3dB，IP1dB為-22dBm，如圖1.3所示：圖1.3四級(jí)共源共柵寬帶低噪放（a）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（b）版圖（c）低噪放S參數(shù)2016年，基于65nmCMOS工藝，GuangyinFeng等人設(shè)計(jì)了一款頻率為88.5-110GHz的低噪聲放大器[14]，電路采用5級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)，共源和共柵級(jí)之間串接電感改善Cascode的（a）（b）（c）

浙江省碩士學(xué)位論文12圖2.3（a）漏源熱噪聲（b）柵極噪聲圖2.3中噪聲電流公式中的帶寬=1Hz，為過(guò)量噪聲系數(shù)，是實(shí)驗(yàn)測(cè)量值，和溝道長(zhǎng)度、漏源電壓有關(guān)，一般由相關(guān)工藝給出。由于FET的輸入阻抗很大，柵極噪聲電流極小，柵極噪聲源可以忽略不計(jì)，主要表現(xiàn)的是漏源電流產(chǎn)生的熱噪聲，但是在雙極型晶體管中，基極的噪聲電流不能忽略。綜上分析，熱噪聲是毫米波電路的主要噪聲源，所以毫米波低噪放的低噪聲設(shè)計(jì)重點(diǎn)就是如何降低電阻性損耗和晶體管產(chǎn)生的熱噪聲。2.2低噪聲放大器的主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)于多級(jí)放大器的設(shè)計(jì)，如果要實(shí)現(xiàn)較寬的帶寬，需要各級(jí)放大單元對(duì)寬帶內(nèi)各個(gè)頻段分別放大，這會(huì)不可避免地使整體增益下降，而窄帶放大器的每一級(jí)都工作在相同頻段，因此可以實(shí)現(xiàn)較高增益；為了實(shí)現(xiàn)最好的噪聲性能，低噪放在輸入輸出匹配時(shí)會(huì)優(yōu)先進(jìn)行最小噪聲匹配，從而在輸入輸出駐波性能和增益上需要一定的折中；如果放大器追求最高增益那么放大器有可能變得不穩(wěn)定，追求高功率容量則電路損耗、噪聲系數(shù)也隨之增加。總之，電路的各種指標(biāo)之間互相關(guān)聯(lián)制約，因此在設(shè)計(jì)低噪放之前，我們需要對(duì)低噪聲的幾個(gè)重要指標(biāo)進(jìn)行闡述。2.2.1增益在射頻電路中電路增益有不同的表達(dá)形式，常用的有電壓增益，功率增益，電壓增益是指輸出電壓和輸入電壓的比值，功率增益主要指是變換功率增益，是功率器件中的重要指標(biāo)，定義為負(fù)載消耗的功率和源輸出功率的比值[27]，這兩種增益均用來(lái)描述電路的放大能力。放大器增益和晶體管跨導(dǎo)、電路的匹配和損耗有關(guān)。電壓增益和轉(zhuǎn)換功率增益計(jì)算如下，當(dāng)源和負(fù)載均為50歐姆時(shí)，有。（2.2）（2.3）功率增益與源和負(fù)載阻抗相關(guān)[27]，根據(jù)源和負(fù)載阻抗值，功率增益和電壓增益可以互相轉(zhuǎn)化。如圖2.4所示

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]毫米波單片平衡放大器[J]. 賈晨陽(yáng),韓方彬,彭龍新.  電子元件與材料. 2019(01)
[2]基于65 nm CMOS工藝的D波段功率放大器設(shè)計(jì)[J]. 高向紅,孫玲玲,蘇國(guó)東.  杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(06)
[3]一款25～45GHz寬帶MMIC低噪聲放大器[J]. 王雨桐,吳洪江,劉永強(qiáng).  太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào). 2017(03)
[4]CMOS毫米波低功耗超寬帶共柵低噪聲放大器（英文）[J]. 楊格亮,王志功,李智群,李芹,劉法恩,李竹.  紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2014(06)
[5]S波段低溫低噪聲放大器的研制[J]. 張旭,李寶會(huì),趙新杰,閻少林,方蘭,何明.  低溫與超導(dǎo). 2010(09)
[6]毫米波大動(dòng)態(tài)寬帶單片低噪聲放大器[J]. 彭龍新.  固體電子學(xué)研究與進(jìn)展. 2009(03)

博士論文
[1]片上多層電感的建模與應(yīng)用研究[D]. 鄒望輝.華中科技大學(xué) 2012

碩士論文
[1]CMOS毫米波低噪聲放大器設(shè)計(jì)[D]. 易凱.電子科技大學(xué) 2014
[2]CMOS片上ESD保護(hù)電路設(shè)計(jì)研究[D]. 王怡飛.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009
[3]微波寬帶低噪聲放大器的設(shè)計(jì)[D]. 鄭磊.電子科技大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3411632