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CMOS电流模式射频低噪声放大器

作　者: 琚晶
导　师: 王春华
学　校: 湖南大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 射频集成电路 电流模式 低噪声放大器 CMOS
分类号: TN722.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 201次
引　用: 2次
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内容摘要


由于低电压、低功耗及小体积的需要,移动通信设备的前端模拟射频电路与后端的数字电路应集成于一个芯片上。目前数字系统的工作电压及功耗可以做的非常低,而此低电压不适合模拟射频电路工作。因此,设计出低电压、低功耗的前端模拟射频电路从而实现单片集成成为目前研究的重点。低噪声放大器(LNA)作为无线射频接收系统前端的关键模块,其噪声性能直接影响着整个系统的噪声性能。所以设计出性能良好的低噪声放大器具有很重要的意义。本文采用电流模式方法来设计低噪声放大器,较传统的电压模式LNA具有更低的电压、功耗及更高的速度和工作频率。本文所作的工作及取得的成果如下:(1)提出了一种工作于2.4GHz的CMOS电流模式差分式低噪声放大器。它采用跨导式的差分电路结构——差分电压输入、电流输出。输入级采用差分共源对管;放大级由电流镜直接放大输入对管的漏极电流,避免了由电流到电压的转化级,从而简化了电路结构;输出是差分电流。该电路在1.2V供电电压下的功耗为6.26mW,噪声系数为1.45dB,增益为14.1dB,输入反射系数小于-15dB。(2)在前面提出的电流模式差分式低噪声放大器的基础上,提出了一种工作于3.1~10.6GHz的电流模式超宽带低噪声放大器。采用共栅晶体管输入,经由电流镜直接放大电流信号,输出信号为电流,得到了性能良好的LNA。该电路具有良好的增益平坦度,在整个工作频带内,增益为14~15.7 dB,S11<-8 dB,噪声系数为2.7~3.4dB。这些指标与最近发表的电压模式超宽带低噪声放大器相比,具有很大的优越性,很好地满足了射频电路对低噪声放大器的设计要求。(3)本文提出的电路采用TSMC RF CMOS 0.18μm工艺,由ADS2006软件仿真;并利用Candence软件对提出的电流模式差分式LNA进行了版图设计和后仿真,仿真结果与当前发表过的LNA相比,表现出了低噪声系数、低功耗以及结构简单等优势。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
插图索引  11-12
附表索引  12-13
第1章 绪论  13-25
  1.1 研究的背景及意义  13-14
  1.2 电流模式电路概述  14-17
    1.2.1 电压模式与电流模式  14-15
    1.2.2 电流模式电路发展概况  15-16
    1.2.3 电流模式电路性能特点  16-17
  1.3 CMOS 射频接收机前端概述  17-18
  1.4 国内外低噪声放大器发展动态  18-22
    1.4.1 传统电压模式LNA 发展现状  18-21
    1.4.2 电流模式低噪声放大器发展现状  21-22
  1.5 论文研究内容及创新  22-24
  1.6 论文组织结构  24-25
第2章 低噪声放大器设计理论基础  25-38
  2.1 散射参量  25-27
  2.2 放大器的增益  27-28
  2.3 放大器的噪声性能  28-33
    2.3.1 双端口网络噪声模型  28-31
    2.3.2 MOS 场效应管双端口网络噪声参数  31-33
  2.4 放大器的稳定性  33
  2.5 放大器的线性度  33-36
  2.6 宽带放大器其他重要的指标  36-37
  2.7 小结  37-38
第3章 2.4GHz 电流模式差分式低噪声放大器设计  38-52
  3.1 低噪声放大器的常见结构  38-40
  3.2 2.4GHz 差分式电流模式LNA 设计  40-49
    3.2.1 提出的电路结构  40-41
    3.2.2 输入输出阻抗匹配  41-42
    3.2.3 噪声分析  42-45
    3.2.4 跨导增益分析  45
    3.2.5 偏置电路  45-46
    3.2.6 性能改善  46-49
  3.3 电路仿真结果分析  49-50
  3.4 本电路与报道的LNA 的比较  50-51
    3.4.1 与传统的电压模式LNA 的比较  50-51
    3.4.2 与发表的电流模式LNA 比较  51
  3.5 总结  51-52
第4章 3.1~10.6GHz 电流模式超宽带低噪声放大器  52-58
  4.1 现有的各种超宽带低噪声放大器结构  52-53
  4.2 3.1~10.6GHz 电流模式超宽带低噪声放大器设计  53-56
    4.2.1 提出的电路结构  53-54
    4.2.2 输入及输出匹配  54-55
    4.2.3 电流镜放大级  55-56
    4.2.4 偏置电路  56
  4.3 电路的仿真结果分析  56-57
  4.4 与发表的超宽带LNA 比较  57
  4.5 小结  57-58
第5章 版图设计  58-64
  5.1 版图设计的考虑因素  58-60
  5.2 版图技术  60-62
  5.3 版图及后仿结果  62-63
  5.4 小结  63-64
全文总结与展望  64-66
参考文献  66-72
致谢  72-73
附录 A（攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录）  73-74
附录 B (攻读硕士学位期间所参与的科研活动)  74

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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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