本文關鍵詞：用于北斗接收機的CMOS低噪聲放大器設計研究

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【摘要】：近些年來,無線通信技術得到了飛速發(fā)展,以滿足各個行業(yè)的不同需求,北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System)也是其中一個重要的應用。與此同時,CMOS工藝的迅速發(fā)展使得越來越多的射頻系統(tǒng)的單片集成成為可能。為了滿足市場需求,可兼容多個標準、多個頻段的射頻移動通信終端應運而生。而寬帶低噪聲放大器是射頻接收機前端的關鍵組成部分,由于是整個電路系統(tǒng)的第一級,因此其增益、噪聲以及線性度等性能直接影響整個電路系統(tǒng)的性能。所以研究寬帶CMOS低噪聲放大器具有重大的意義。本文對寬帶CMOS低噪聲放大器進行了深入研究,設計了一個帶寬為1-2GHz,增益可達14dB,噪聲系數小于3dB的寬帶低噪聲放大器。首先對低噪聲放大器的工作機制以及電路中的基本噪聲理論進行討論及分析。然后結合設計目標,在分析比較了幾種經典的低噪聲放大器拓撲結構的工作原理以及各自優(yōu)缺點的基礎上給出了一種新近出現的低噪放拓撲結構,即源跟隨器負反饋結構。此結構以電阻負反饋結構為主體,同時結合了電流復用技術和噪聲抵消技術,最終實現高增益,低功耗,低噪聲的寬帶LNA的設計。整個電路設計中避免了使用電感,使芯片面積大大減小。利用Cadence平臺上的Spectre RF仿真工具對低噪聲放大器進行仿真和優(yōu)化以滿足最初的設計目標,并對仿真結果進行了分析討論。最后使用Cadence公司的版圖設計工具Virtuoso Layout Editor完成了寬帶低噪聲放大器的版圖設計以及后仿真工作。此設計基于TMIC 0.18μmRFCMOS工藝。仿真結果表明,低噪聲放大器在1-2GHz的工作范圍內,噪聲系數NF低于3dB,增益S21大于15dB,輸入輸出匹配S11和S22優(yōu)于-10dB,線性度優(yōu)于-15dBm,滿足設計指標要求。
【關鍵詞】：射頻接收機 寬帶 CMOS低噪聲放大器 源跟隨器負反饋結構
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN722.3;TN965.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號對照表11-12
• 縮略語對照表12-15
• 第一章 緒論15-21
• 1.1 研究背景15-17
• 1.2 國內外發(fā)展現狀17-18
• 1.3 論文研究內容及章節(jié)安排18-21
• 第二章 低噪聲放大器的工作機制21-37
• 2.1 低噪聲放大器的基本技術指標21-27
• 2.2 MOSFET器件特性27-31
• 2.2.1 長溝道模型28-30
• 2.2.2 短溝道效應30-31
• 2.3 MOSFET的高頻小信號特性31-32
• 2.4 米勒效應32-34
• 2.5 電流復用結構34-35
• 2.6 本章小結35-37
• 第三章 噪聲的分析與優(yōu)化37-47
• 3.1 噪聲的分類及來源37-40
• 3.1.1 熱噪聲37-38
• 3.1.2 MOSFET的噪聲38-39
• 3.1.3 散粒噪聲39-40
• 3.1.4 閃爍噪聲40
• 3.2 二端口網絡噪聲分析40-42
• 3.3 應用于MOSFET的二端口網絡理論42-45
• 3.4 噪聲抵消技術45-46
• 3.5 本章小結46-47
• 第四章 低噪聲放大器的設計47-61
• 4.1 經典的LNA拓撲結構47-54
• 4.1.1 電阻匹配共源結構47-48
• 4.1.2 共柵匹配結構48-49
• 4.1.3 電阻并聯負反饋49-52
• 4.1.4 電感源級負反饋結構52-53
• 4.1.5 帶通濾波器結構53-54
• 4.1.6 分布式放大器結構54
• 4.2 低噪放的設計指標及設計方案54-56
• 4.3 低噪放的性能指標計算及器件參數確定56-59
• 4.3.1 輸入輸出阻抗匹配的計算56-57
• 4.3.2 噪聲分析及計算57-59
• 4.4 本章小結59-61
• 第五章 低噪聲放大器的仿真與版圖設計61-79
• 5.1 電路性能前仿真及結果分析61-66
• 5.1.1 輸入輸出阻抗匹配仿真結果62-63
• 5.1.2 功率增益仿真結果63-64
• 5.1.3 反向隔離度仿真64
• 5.1.4 噪聲系數仿真64-65
• 5.1.5 線性度仿真65-66
• 5.2 LNA的溫度參數仿真66-68
• 5.3 LNA的工藝角參數仿真68-71
• 5.4 版圖設計71-74
• 5.4.1 版圖設計的基本流程71-72
• 5.4.2 RF電路的版圖設計要點72-73
• 5.4.3 LNA的整體版圖實現73-74
• 5.5 電路后仿真及結果分析74-77
• 5.6 本章小結77-79
• 第六章 結論79-81
• 參考文獻81-85
• 致謝85-87
• 作者簡介87-88

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本文編號：729381