0.18μm CMOS工艺GPS接收机低噪声放大器与下变频混频器设计

摘要

随着无线通信技术的不断发展，无线应用如手机、无线局域网等已广泛应用于日常生活。卫星通信以其频带宽、通信容量大、覆盖范围大等优点成为现代无线通信中极其重要的一种通信方式。作为卫星通信的典型应用，GPS经过20余年的研究实验，并通过进一步发展和完善，其应用前景将越来越广阔。双频GPS卫星信号的射频带宽为20MHz，采用L频带的两个不同频率的电磁波作为载波信号，分别称为L1载波和L2载波。其中，L1载波的频率1575MHz，L2载波的频率1227MHz。
　　 本文采用SMIC0.18μm CMOS工艺设计用于L1波段GPS射频接收机芯片中的低噪声放大器(LNA)和下变频混频器(Down converter)。LNA的主要功能是将天线接收到的微弱信号进行放大，同时引入较低的噪声，输入端要求实现50欧姆阻抗匹配。本文的低噪声放大器采用了源极电感反馈式结构，并改进了输入电路结构，使输入匹配更加简单方便。下变频混频器将LNA输出的信号与本振信号(LO)混频产生低中频信号，本文的下变频混频器采用跨导互补电流注入结构，使噪声系数和变频增益同时得到了改善。通过Cadence仿真软件对低噪声放大器和下变频混频器电路进行了系统仿真和参数优化，同时给出了芯片版图设计。射频频率为1.56 GHz，中频180MHz。后仿真结果显示低噪声放大器的增益为17.8-18.5dB，输入反射系数S11<-12 dB，输出反射系数S22<-15 dB，噪声系数(NF)为1.4 dB；混频器的噪声系数为7.83 dB，输入P-1dB为-13.2 dBm，转换增益为5.3 dB。上述低噪声放大器和下变频混频器的后仿真性能完全满足设计指标的要求。
　　 全球定位系统(GPS)应用产业已逐渐发展成为一个全球性的，多领域的高新技术产业。本论文对应用于GPS接收机的低噪声放大器和下变频混频器电路模块进行全面研究。射频芯片作为GPS接收机中的一个重要组成部分，其自主产权化对于我们建立完善的GPS产业链具有重要的意义。