近年來,毫米波通信與檢測系統(tǒng)得到了長足發(fā)展,并隨著毫米波寬帶器件的應用,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,硅基CMOS工藝已更多應用在毫米波領(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)較大的問題,因此本論文對毫米波寬帶低噪放進行研究,以實現(xiàn)毫米波較大帶寬和較低噪聲性能。論文重點研究毫米波低噪放實現(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,設計了一款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包括:（1）采用寬帶匹配結(jié)構(gòu)設計了一款51-99GHz低噪聲放大器,通過較高Q值T型電感和共源共柵增益單元實現(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.... 

【文章來源】：杭州電子科技大學浙江省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

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

浙江省碩士學位論文3圖1.2毫米波應用1.2國內(nèi)外毫米波寬帶低噪放研究進展隨著毫米波應用的普及，毫米波系統(tǒng)成為業(yè)界研究熱點。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)，而寬帶放大器應用于寬帶收發(fā)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)一般是多個信道共用一個寬帶低噪聲放大器，再將信號傳遞給下級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窄帶信號減少了為不同信道單獨設計低噪放的成本，寬帶放大器也用于寬頻范圍的跳頻信號收發(fā)系統(tǒng)，所以毫米波寬帶放大器得到了學術(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資料。調(diào)研文獻詳細如下：2012年，De-RenLu等人使用65nmCMOS工藝設計了一款75.5-120.5GHz的寬帶低噪聲放大器[13]，相對帶寬達到47%，電路采用四級共源共柵結(jié)構(gòu)，使用微帶線匹配，實現(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1.3四級共源共柵寬帶低噪放（a）拓撲結(jié)構(gòu)（b）版圖（c）低噪放S參數(shù)2016年，基于65nmCMOS工藝，GuangyinFeng等人設計了一款頻率為88.5-110GHz的低噪聲放大器[14]，電路采用5級共源共柵結(jié)構(gòu)，共源和共柵級之間串接電感改善Cascode的（a）（b）（c）

浙江省碩士學位論文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，為過量噪聲系數(shù)，是實驗測量值，和溝道長度、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，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計重點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)指標對于多級放大器的設計，如果要實現(xiàn)較寬的帶寬，需要各級放大單元對寬帶內(nèi)各個頻段分別放大，這會不可避免地使整體增益下降，而窄帶放大器的每一級都工作在相同頻段，因此可以實現(xiàn)較高增益；為了實現(xiàn)最好的噪聲性能，低噪放在輸入輸出匹配時會優(yōu)先進行最小噪聲匹配，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�？傊�，電路的各種指標之間互相關(guān)聯(lián)制約，因此在設計低噪放之前，我們需要對低噪聲的幾個重要指標進行闡述。2.2.1增益在射頻電路中電路增益有不同的表達形式，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，定義為負載消耗的功率和源輸出功率的比值[27]，這兩種增益均用來描述電路的放大能力。放大器增益和晶體管跨導、電路的匹配和損耗有關(guān)。電壓增益和轉(zhuǎn)換功率增益計算如下，當源和負載均為50歐姆時，有。（2.2）（2.3）功率增益與源和負載阻抗相關(guān)[27]，根據(jù)源和負載阻抗值，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】：
期刊論文
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博士論文
[1]片上多層電感的建模與應用研究[D]. 鄒望輝.華中科技大學 2012

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



本文編號：3411632