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嵌入式多模多频低噪声放大器关键技术研究

作　者: 刘盛富
导　师: 赖宗声
学　校: 华东师范大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 多模多频 多跨导级 共源共栅 宽带低噪声放大器 噪声抵消
分类号: TN722.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


移动通信技术和物联网技术的发展对射频芯片的设计提出了更高的要求。尽管单模通信系统可以满足用户的特定需求,但是多模多频系统可以支持不同协议标准,能满足用户更多的需求。嵌入式的多模多频射频收发系统将是射频芯片设计发展的重要趋势。作为射频接收前端的低噪声放大器(LNA),其性能直接影响接收机接收效果。GSM/DCS/PCS/WCDMA协议位于0.8GHz～2.1GHz频段,采用宽带接收实行多模处理。位于2.4GHz WLAN频段的WiFi/Bluetooth协议标准,受环境干扰信号强,采用窄带接收。本文针对多模多频接收系统的应用需求,设计了一款2.4GHz窄带LNA和一款0.8GHz～2.1GHz宽带LNA。本文取得以下研究结果：1.设计了一种工作在ISM频段的共源共栅(Cascode) LNA.流片测试表明：LNA噪声系数达到2.6dB,增益为19dB,输入三阶交调点为-13dBm。在测试结果基础上,采用多跨导级Cascode结构,设计了一款改进的LNA,提高了LNA线性度,输入三阶交调点为-3.6dBm。2.设计了一种电阻负反馈的0.8GHz～2.1GHz频段宽带LNA。流片测试表明：在0.8GHz～2.1GHz频率范围内,LNA噪声系数为3.3dB,增益为为15dB,输入三阶交调点为-5dBm。在测试结果基础上,采用噪声抵消技术,对宽带LNA进行了改进,在宽带范围内的噪声系数≤1.5dB,电压增益≥19dB,带内增益平坦度≤4dB,实现了宽带的低噪声性能。3.本文给出了嵌入式多模多频LNA的测试平台。分别针对2.4GHz窄带和0.8GHz～2.1GHz宽带LNA给出了芯片测试准备方案。本论文受国家科技重大专项《嵌入式多模多频收发器关键IP硬核研究》(编号：2009ZX01034-002-002-001-02)基金资助。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-8
目录  8-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 多模多频无线通信技术背景  10-11
  1.2 多模多频国内外研究现状  11-13
  1.3 论文研究内容  13-14
  1.4 论文组织安排  14-16
第二章 低噪声放大器噪声理论及性能指标  16-23
  2.1 低噪声放大器噪声理论  16-19
    2.1.1 MOS管噪声模型  16-17
    2.1.2 二端口网络噪声理论  17-19
  2.2 低噪声放大器性能参数  19-23
    2.2.1 噪声系数  19-20
    2.2.2 线性度  20-21
    2.2.3 动态范围  21-22
    2.2.4 性能参数权衡  22-23
第三章 2.4GHz窄带低噪声放大器设计  23-35
  3.1 窄带LNA设计中的功率匹配和噪声匹配  23-25
    3.1.1 窄带LNA功率匹配考虑  23-24
    3.1.2 窄带LNA噪声匹配考虑  24-25
  3.2 源极电感负反馈LNA电路设计  25-30
    3.2.1 源极电感负反馈LNA噪声优化原理  25-27
    3.2.2 共源共栅源极电感负反馈LNA设计  27-29
    3.2.3 共源共栅源极电感负反馈LNA仿真与测试对比分析  29-30
  3.3 多跨导级LNA电路设计  30-35
    3.3.1 多跨导级LNA设计实现  30-31
    3.3.2 多跨导级LNA版图设计与仿真结果  31-35
第四章 0.8GHz～2.1GHz宽带低噪声放大器设计  35-49
  4.1 电阻负反馈宽带LNA电路设计  35-39
    4.1.1 典型的宽带LNA电路结构分析  35-36
    4.1.2 并联-串联反馈LNA  36-37
    4.1.3 电阻负反馈宽带LNA仿真与测试对比分析  37-39
  4.2 噪声抵消(noise cancelling)宽带LNA  39-43
    4.2.1 噪声抵消宽带LNA原理  40-41
    4.2.2 采用噪声抵消技术的宽带LNA电路实现  41-43
  4.3 采用噪声抵消技术宽带LNA的性能分析  43-46
    4.3.1 宽带LNA增益分析  43-44
    4.3.2 宽带LNA噪声性能分析  44-45
    4.3.3 宽带LNA线性度分析  45
    4.3.4 宽带LNA参数权衡  45-46
  4.4 噪声抵消宽带LNA仿真结果  46-49
第五章 多模多频LNA测试验证  49-52
  5.1 芯片测试平台搭建  49-51
  5.2 2.4GHz窄带LNA测试准备  51
  5.3 0.8GHz～2.1GHz宽带LNA测试准备  51-52
第六章 总结与展望  52-54
  6.1 成果总结  52
  6.2 未来展望  52-54
参考文献  54-58
攻读硕士学位期间论文发表与专利申请情况  58-59
致谢  59

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 放大技术、放大器 > 放大器 > 低噪声放大器
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