应用于WSN的2.4GHz低功耗CMOS LNA设计

摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)以其强大的感知能力和灵活的自组织网络特点而备受关注。射频收发模块作为无线传感器网络节点的重要组成部分，其研究价值较高。在对低功耗要求愈来愈高的今天，低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA)作为射频收发芯片中的关键模块，其性能的优劣，将直接影响到射频收发模块甚至整个无线传感器网络节点的性能。
　　本文基于TSMC0.18μm RF CMOS工艺，设计应用于WSN的2.4GHz低功耗CMOSLNA。在分析和对比几种常见LNA结构的基础上，采用二级共源电流复用低噪声放大器结构，其中电流复用技术降低了电路功耗。采用LC并联网络替代低噪声放大器级间大电感，从而减小芯片面积;采用导数叠加技术提高LNA的线性度。论文给出了低噪声放大器的电路设计、前仿真、版图设计、后仿真以及测试方案。芯片后仿真结果表明，在TT工艺角、温度27℃和1.8V电源电压条件下，核心电路功耗约2.2mW，功率增益达到21.4dB，噪声系数约为3.3dB，输入1dB压缩点约为-19.7dBm。
　　本论文设计的低功耗低噪声放大器各项性能参数良好，可以应用于WSN射频收发芯片中。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 低噪声放大器研究现状

1．3 研究内容与设计指标

1．3．1 研究内容

1．3．2 设计指标

1．4 论文组织与结构安排

第二章 低噪声放夫器原理

2．1 低噪声放大器的介绍

2．1．1 低噪声放大器的结构

2．1．2 低噪声放大器的性能参数

2．2 本章小结

第三章 低功耗低噪声放大器的设计及前仿真

3．1 低功耗低噪声放大器的设计和优化

3．1．1 低功耗LNA结构的设计

3．1．2 低功耗LNA线性度的优化

3．2 低功耗低噪声放大器前仿真结果

3．2．1 TT工艺角下前仿真结果

3．2．2 FF工艺角下前仿真结果

3．2．3 SS工艺角下前仿真结果

3．2．4 低功耗低噪声放大器前仿真总结

3．3 本章小结

第四章 低功耗低噪声放大器的版图设计及后仿真

4．1 版图设计要点

4．1．1 寄生参数

4．1．2 匹配

4．1．3 天线效应

4．1．4 闩锁效应

4．2 低功耗低噪声放大器的版图设计

4．3 低功耗低噪声放大器的后仿真结果

4．3．1 TT工艺角下的后仿真结果

4．3．2 FF工艺角下的后仿真结果

4．3．3 SS工艺角下的后仿真结果

4．3．4 低功耗低噪声放大器后仿真总结

4．3．5 低功耗低噪声放大器前、后仿真结果总结

4．4 本章总结

第五章 低功耗低噪声放大器的芯片测试方案

5．1 低功耗低噪声放大器的引脚说明

5．2 测试所需仪器

5．3 低功耗低噪声放大器的测试方案

5．3．1 S参数的测试

5．3．2 噪声系数的测试

5．3．3 输入1dB压缩点的测试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文