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无线接收机中多模差分低噪声放大器的研究与设计

作　者: 路守领
导　师: 王俊宇
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 射频 无线接收机 多模 ESD保护 低噪声放大器 噪声系数
分类号: TN722.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


近年来,随着无线通信技术的不断发展,新的通信标准不断出现,设计可配置的多模无线接收机成为趋势。作为开放性的无线通信接收机平台,多模无线接收机可以满足不同标准或者不同协议下无线应用。射频前端低噪声放大器是无线通信接收机系统的重要模块之一。作为无线接收机系统的第一级,其主要功能为在不恶化信噪比的情况下,放大天线接收到的微弱信号,并送到下一级模块混频器或者滤波器处理。本论文针对无线接收机的系统应用,研究了静电击穿保护下多模低噪声放大器的设计理论和实现方法,分析了多模低噪声放大器的结构和性能要求,并且通过流片验证了电路设计。首先,论文分析了无线通信接收机系统中的低中频和零中频两种主流接收机的系统架构、优缺点和设计特点。针对无线接收机系统应用,提出了多模低噪声放大器的性能指标。其次,考虑到深亚微米CMOS工艺下射频电路芯片的可靠性要求,分析了静电保护电路的主要结构和测试方法。针对射频电路应用,分析了低寄生电容高静电防护能力的栅极接地NMOS的工作原理。在此基础上,本文设计了一种多模差分窄带低噪声放大器,可以用于DCS1800、PCS1900、WCDMA和Bluetooth多种无线通信接收机系统。电路采用共源共栅源极退化电感结构。输出采用LC谐振网络,通过开关调节电容阵列,实现频带可调；调节片外输入阻抗匹配网络,改变谐振频率,使低噪声放大器工作在不同通信频带下。考虑了静电击穿保护PAD和封装等引入的寄生电容,论文详细分析了低噪声放大器的输入阻抗匹配、电压增益、噪声系数和线性度等关键指标,提出了输入阻抗匹配和噪声优化措施。测试部分分析了片外Balun影响下的差分输入输出阻抗匹配,测试验证了多模低噪声放大器的理论分析和电路设计。测试结果显示,噪声系数在DCS1800、PCS1900、WCDMA、Bluetooth模式下分别为：2.3、2.3、2.4、2.5 dB；功率增益分别为：8.0、8.8、9.3、9.4 dB；输入三阶交调点分布为：-9.0、-6.3、-2.6、-1.5 dBm。在1.2V电源电压下消耗电流3.3 mA。在各个频带内低噪声放大器各项指标均满足无线接收机系统应用。

全文目录


目录  2-4
摘要  4-5
Abstract  5-7
第一章 概述  7-11
  1.1.无线接收机系统  7-8
  1.2.低噪声放大器  8
  1.3.论文的研究内容  8-9
  1.4.论文贡献  9
  1.5.论文的组织结构  9-10
  参考文献  10-11
第二章 无线接收机系统和ESD保护  11-33
  2.1.零中频结构  13-19
    2.1.1.直流偏差  14-17
    2.1.2.本征泄露  17
    2.1.3.二阶谐波失调  17-18
    2.1.4.I/Q信道失配  18-19
    2.1.5.闪烁噪声  19
  2.2.低中频结构  19-24
    2.2.1.镜像抑制  22-23
    2.2.2.自动增益控制  23-24
  2.3.静电保护电路与器件  24-29
    2.3.1.二极管  24-26
    2.3.2.栅极接地NMOS  26-27
    2.3.3.可控硅  27-29
  2.4.静电保护测试标准  29-31
    2.4.1.人体模型  29-30
    2.4.2.机器模型  30-31
  参考文献  31-33
第三章 多模低噪声放大器理论分析  33-47
  3.1.二端口网络噪声模型  35-38
  3.2.多模窄带差分LNA  38-46
    3.2.1.串并联转换  39
    3.2.2.输入阻抗匹配  39-41
    3.2.3.电压增益  41-42
    3.2.4.噪声系数  42-43
    3.2.5.线性度  43-46
  参考文献  46-47
第四章 多模低噪声放大器设计实现  47-60
  4.1.ESD保护电路设计  47-50
    4.1.1.GGNMOS工作分析  47-48
    4.1.2.GGNMOS器件参数和版图实现  48-50
  4.2.片上中心抽头差分电感设计  50-53
  4.3.多模差分窄带LNA设计实现  53-59
    4.3.1.电路实现  53-57
    4.3.2.版图实现  57-59
  参考文献  59-60
第五章 芯片测试和讨论  60-70
  5.1.GGNMOS保护电路测试  60
  5.2.多模窄带差分低噪声放大器测试  60-67
    5.2.1.测试方法  60-62
    5.2.2.测试结果  62-66
    5.2.3.功率增益电压增益转换  66-67
  5.3.分析与讨论  67-69
  参考文献  69-70
第六章 总结和展望  70-72
  6.1.成果总结  70
  6.2.未来展望  70-71
  参考文献  71-72
致谢  72-73

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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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