0.18μm CMOS工艺单端低噪声放大器和下混频器IP核的设计实现

摘要

近年来，人们对无线通信的需求呈现爆炸式增长，使得开发低成本、低功耗、高集成度的CMOS射频收发机成为研究热点。低噪声放大器(LNA)、混频器(Mixer)作为接收机中的关键模块，具有很高的研究意义和研究价值。
　　 本文先简单介绍了现代射频接收机的结构类型，性能指标和应用场合，然后简单归纳整理了深亚微米CMOS工艺特点，并在此基础上采用了一种基于gm/ID的设计方法，引用此方法完成了工作在2.4GHz频段的窄带单端低噪声放大器和下混频器设计与实现。
　　 低噪声放大器设计是基于单级Cascode共源放大器结构，并在此基础上通过添加主放大管栅源并联电容，局部正反馈技术来提高增益；采用深阱MOS管，添加双保护环等方法对噪声性能进行改善；另外，本次同时实现了功率匹配和噪声匹配。整个单端低噪声放大器单片集成。
　　 下混频器的设计则是采用了经典的双平衡吉尔伯特结构，在此基础上，在跨导级的源端添加电感引入负反馈来改善线性度；采用了电流抽取技术，合理选择输出负载和直流偏置等方法来改善混频器的线性度。
　　 本次设计的单端低噪声放大器和下混频器均通过SMIC0.18μm RF CMOS工艺流片实现。LNA芯片面积分别为800μm×850μm，Mixer芯片面积为800μm×500μm。测试结果表明，两款芯片性能良好。设计的LNA在2.4GHz处单边带噪声系数仅为3.338dB.增益为14.94dB，输入输出匹配良好，功耗7.96mW;设计的Mixer噪声系数仅为11.35dB，功率增益为1.1dB，线性度高达-3.02dBm。