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应用于卫星导航射频芯片的低噪声放大器的研究与设计

作　者: 陈鹏
导　师: 欧钢；张勇虎
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 低噪声放大器 LNA 卫星导航射频芯片 CMOS
分类号: TN722.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 45次
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内容摘要

射频接收机是卫星导航定位系统的重要组成部分。低噪声放大器(LNA)作为射频接收芯片的第一级,其性能的好坏直接影响着整个接收机的噪声系数、灵敏度等。本文针对目前在我国应用比较广泛的卫星导航定位系统——GPS和“北斗”,设计了一个能够工作在GPS的L1以及“北斗”的B1、B2、B3频段上的LNA。首先,在对LNA的主要性能指标有所掌握的基础上,分析总结了当前几种常见LNA电路结构的优缺点,最后采用源极电感负反馈结构作为此次LNA的主体结构。为了保证LNA有良好的工作性能,设计了一个满足性能需求的基准电流源电路以改进LNA中的电流镜电路。此外还设计了控制电路,使得LNA能够工作在四种不同偏置电流下。由于LNA输入端的栅极电感L_g取值比较大,所以在芯片外部实现;LNA输出端的漏极电感L_d相对较小,所以采用在芯片内部与外部两种实现方式,分别设计了LNA1和LNA2。本文基于TSMC 0.18μm RF CMOS工艺,采用Cadence软件对LNA进行电路设计、版图设计和仿真分析,分别得到LNA1和LNA2的后仿真结果。将LNA送至工艺厂家流片制造,在封装好的LNA芯片外部采用分立的电感、电容元件对其进行输入输出匹配,使其能够在L1/B1、B2/B3两个窄带频段上工作。对匹配好的LNA进行测试,最后对比分析后仿真结果与实测结果,发现LNA1的实测结果较后仿真结果性能下降较大,LNA2性能下降较小。对测试结果进行详细的分析,初步查找出导致性能下降的原因,为后续工作打下基础。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-17
  1.1 研究背景  11-13
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  13-15
  1.3 论文主要工作及创新点  15-16
  1.4 论文的组织安排  16-17
第二章低噪声放大器设计基础  17-33
  2.1 低噪声放大器的性能指标  17-20
  2.2 噪声分析  20-25
    2.2.1 热噪声  20-22
    2.2.2 散射噪声  22
    2.2.3 闪烁噪声  22
    2.2.4 二端口网络噪声分析  22-25
  2.3 低噪声放大器的拓扑结构  25-28
    2.3.1 电阻匹配共源结构  26
    2.3.2 跨导匹配共栅结构  26-27
    2.3.3 并联-串联反馈结构  27
    2.3.4 源极电感负反馈结构  27-28
  2.4 阻抗匹配网络  28-29
  2.5 噪声优化技术  29-31
  2.6 线性度分析  31-33
第三章低噪声放大器设计  33-50
  3.1 电路结构的选择与分析  33-35
  3.2 主体电路设计  35-36
  3.3 输入输出匹配电路设计  36-37
  3.4 基准电流源电路设计  37-42
  3.5 控制电路  42-44
  3.6 LNA的线性度分析  44-45
  3.7 低噪声放大器整体电路设计  45-50
第四章版图设计与后仿真结果  50-63
  4.1 版图设计规则  50
  4.2 低噪声放大器的版图设计  50-51
  4.3 版图验证  51-52
  4.4 后仿真结果  52-63
    4.4.1 LNA1 后仿真结果  52-57
    4.4.2 LNA2 后仿真结果  57-63
第五章测试结果及分析  63-71
  5.1 测试方法  63-64
  5.2 测试结果  64-69
  5.3 测试结果分析  69-71
结束语  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-77
作者在学期间取得的学术成果  77

应用于卫星导航射频芯片的低噪声放大器的研究与设计

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