应用于WSN的0.5V低噪声放大器设计

摘要

近年来，无线传感网络(Wireless Sensor Network，简称WSN)和CMOS工艺得到了很大发展，WSN作为物联网的重要支撑技术具有很高的研究意义和研究价值。应用于无线传感网络节点上的低噪声放大器(Low Noise Amplifier，简称LNA)设计是射频通信系统关键技术之一。开发低成本、低电压、高集成的LNA是WSN的重要研究方向。本课题设计了应用于WSN射频收发机的低噪声放大器。
　　 论文在分析不同结构LNA的优缺点的基础上，给出了一款工作于0.5V电源电压下的低噪声放大器设计。该低噪声放大器采用带源极电感负反馈的折叠式共源共栅结构，使其工作于0.5V电源电压下;采用噪声优化技术使低噪声放大器达到噪声和功率同时匹配。基于SMIC0.13μm RF CMOS工艺，采用Cadence仿真软件，对电路进行了设计、前仿真、版图设计和后仿真，仿真结果表明，工作电源电压为0.5V，工作电流为4mA，工作中心频率为2.44GHz，噪声系数为0.66dB，增益为17.9dB，输入1dB压缩点为-19.6dBm。
　　 本课题设计的低噪声放大器满足WSN射频前端的要求，并且已经应用于芯片设计中，具有较好的工程应用价值。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及其意义

1．2 国内外研究现状及发展动态

1．3 研究内容和设计指标

1．3．1 研究内容

1．3．2 设计指标

1．4 论文的主要工作和主要结构

第二章 低噪声放大器原理

2．1 概述

2．2 噪声及噪声系数

2．2．1 噪声种类

2．2．2 长沟道MOSFET噪声

2．2．3 噪声系数

2．3 低噪声放大器功能和指标

2．3．1 LNA的功能

2．3．2 LNA的主要指标

2．4 常见的低噪声放大器电路结构

2．4．1 输入端并联电阻的共源放大器

2．4．2 电压并联负反馈的共源放大器

2．4．3 共栅放大器

2．4．4 源极电感负反馈放大器

2．5 本章小结

第三章 低电压低噪声放大器设计

3．1 低电压LNA结构设计

3．2 低电压LNA的噪声优化理论

3．3 低电压LNA的优化

3．3．1 初始电路的仿真

3．3．2 电路的优化

3．3．3 电路的优化设计过程总结

3．4 LNA前仿真结果

3．4．1 S参数仿真结果

3．4．2 噪声系数仿真结果

3．4．3 输入1dB压缩点的仿真结果

3．4．4 前仿真性能总结

3．5 本章小结

第四章 版图设计与后仿真

4．1 RFIC设计和Cadence软件平台综述

4．2 版图设计的考虑因素

4．2．1 寄生参数

4．2．2 闩锁效应

4．2．3 串扰噪声

4．2．4 线电流密度

4．2．5 版图的对称性

4．2．6 天线效应

4．2．7 其他因素

4．3 LNA整体版图

4．4 后仿真结果

4．4．1 S参数仿真结果

4．4．2 噪声系数仿真结果

4．4．3 输入1dB压缩点的仿真结果

4．4．4 后仿真性能总结

4．4．5 与其他文献给出的LNA的性能比较

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢