用于北斗接收机的CMOS低噪声放大器设计研究

摘要

近些年来，无线通信技术得到了飞速发展，以满足各个行业的不同需求，北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System)也是其中一个重要的应用。与此同时， CMOS工艺的迅速发展使得越来越多的射频系统的单片集成成为可能。为了满足市场需求，可兼容多个标准、多个频段的射频移动通信终端应运而生。而宽带低噪声放大器是射频接收机前端的关键组成部分，由于是整个电路系统的第一级，因此其增益、噪声以及线性度等性能直接影响整个电路系统的性能。所以研究宽带CMOS低噪声放大器具有重大的意义。
　　本文对宽带CMOS低噪声放大器进行了深入研究，设计了一个带宽为1-2GHz，增益可达14dB，噪声系数小于3dB的宽带低噪声放大器。首先对低噪声放大器的工作机制以及电路中的基本噪声理论进行讨论及分析。然后结合设计目标，在分析比较了几种经典的低噪声放大器拓扑结构的工作原理以及各自优缺点的基础上给出了一种新近出现的低噪放拓扑结构，即源跟随器负反馈结构。此结构以电阻负反馈结构为主体，同时结合了电流复用技术和噪声抵消技术，最终实现高增益，低功耗，低噪声的宽带LNA的设计。整个电路设计中避免了使用电感，使芯片面积大大减小。利用Cadence平台上的Spectre RF仿真工具对低噪声放大器进行仿真和优化以满足最初的设计目标，并对仿真结果进行了分析讨论。最后使用Cadence公司的版图设计工具Virtuoso Layout Editor完成了宽带低噪声放大器的版图设计以及后仿真工作。
　　此设计基于TMIC0.18μmRFCMOS工艺。仿真结果表明，低噪声放大器在1-2GHz的工作范围内，噪声系数NF低于3dB，增益S21大于15dB，输入输出匹配S11和S22优于-10dB，线性度优于-15dBm，满足设计指标要求。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外发展现状

1.3论文研究内容及章节安排

第二章 低噪声放大器的工作机制

2.1低噪声放大器的基本技术指标

2.2 MOSFET器件特性

2.3 MOSFET的高频小信号特性

2.4米勒效应

2.5电流复用结构

2.6本章小结

第三章 噪声的分析与优化

3.1噪声的分类及来源

3.2二端口网络噪声分析

3.3应用于MOSFET的二端口网络理论

3.4噪声抵消技术

3.5本章小结

第四章 低噪声放大器的设计

4.1经典的LNA拓扑结构

4.2低噪放的设计指标及设计方案

4.3低噪放的性能指标计算及器件参数确定

4.4本章小结

第五章 低噪声放大器的仿真与版图设计

5.1电路性能前仿真及结果分析

5.2 LNA的温度参数仿真

5.3 LNA的工艺角参数仿真

5.4版图设计

5.5电路后仿真及结果分析

5.6本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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