2.5GHz射频接收机中低噪声放大器和下变频器的设计

摘要

随着无线通信的飞速发展，作为无线传输设备核心器件的射频集成电路在移动通信、卫星导航、数字电视等方面得到广泛的应用，并且不断朝着高性能、高集成度、低功耗和低成本方向发展。SiGe BiCMOS工艺因其具有高频性能好、工艺集成度高、制造成本低等优点，目前越来越多地应用于射频集成电路。 低噪声放大器和下变频混频器是无线接收机中的关键模块，对整个接收机的灵敏度和动态范围等性能有着非常大的影响。本文运用二端口网络噪声理论分析了晶体管的噪声，给出了低噪声放大器的噪声优化方法，并对低噪声放大器的非线性来源进行了分析。文章还从电路的小信号等效模型出发分析了混频器的线性度，提出了优化电路线性的方法。在理论分析的基础上，本文设计了一个应用于北斗卫星导航系统接收机芯片中的低噪声放大器和下变频混频器。低噪声放大器采用差分结构，具有增益可调的功能。混频器采用吉尔伯特型结构，并利用了电流注入技术来提高转换增益和降低本振幅度。最后对电路进行了版图设计，给出了完整的版图。 本文采用0.35/μm SiGe BiCMOS工艺进行流片，并对芯片进行了测试。测得整个级联系统在高增益和低增益模式下电路分别具有30dB和12.2dB的电压增益，电路的输入反射系数为-14dB。级联系统的噪声系数为2.5dB(高增益)和6.5dB(低增益)，输入1dB压缩点为-26dBm(高增益)和-15.8dBm(低增益)。整个电路工作在3.3V电源电压下，消耗的电流为19mA。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1射频集成电路发展状况及趋势

1.2北斗卫星导航系统介绍

1.2.1背景

1.2.2工作原理及组成

1.2.3系统的应用及发展趋势

1.3论文研究内容及目的

1.4论文安排

第2章射频接收机及其前端模块

2.1射频接收机结构

2.1.1超外差结构

2.1.2直接变频结构和低中频结构

2.2接收机的性能参数

2.2.1灵敏度

2.2.2动态范围

2.3低噪声放大器和下变频混频器的基本要求

第3章SiGe HBT噪声分析

3.1基本噪声性能

3.1.1热噪声

3.1.2 pn结的散粒噪声

3.1.3双极型晶体管的散粒噪声

3.2线性二端口网络噪声理论

3.2.1二端口网络

3.2.2 BJT的输入噪声电压和噪声电流

3.2.3线性二端口的噪声系数

3.3小结

第4章SiGe低噪声放大器的设计

4.1 SiGe低噪声放大器的结构

4.1.1共发射极结构与Cascode结构

4.1.2带并联反馈的共射极结构

4.2 LNA的噪声分析及优化

4.2.1电流密度对噪声的影响

4.2.2阻抗匹配和噪声匹配

4.2.3电流密度的选择

4.3 LNA的线性分析及优化

4.3.1非线性的物理来源

4.3.2 LNA的线性优化

4.4 LNA的电路实现

4.4.1核心电路

4.4.2偏置电路

4.4.3增益可调的实现

4.4.4寄生分析

4.4.5电路仿真

4.5 LNA的版图设计

4.6小结

第5章下变频混频器的设计

5.1混频器的原理和类型

5.1.1混频器的基本原理

5.1.2混频器的类型

5.2混频器的线性分析

5.3混频器的电路实现

5.3.1核心电路

5.3.2偏置电路

5.3.3输出级电路

5.3.4电路仿真

5.4混频器的版图设计

5.5小结

第6章芯片封装与测试

6.1芯片封装

6.2芯片测试

6.2.1测试方案

6.2.2测试结果

6.2.3结果分析

6.3小结

结论

参考文献

致谢

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