认知无线电频谱探测接收机中低噪声放大器的研究与设计

摘要

随着通信技术的快速发展和市场需求的不断提高，对射频接收机的性能要求越来越高，高集成度、低功耗的射频接收芯片逐渐成为研发热点。低噪声放大器(Low NoiseAmplifier，简称LNA)是射频接收机前端的最重要模块之一，其性能的好坏对射频接收机有着至关重要的影响。
　　 本文设计了一种应用于认知无线电频谱探测接收机之中的宽带低噪声放大器。论文在介绍了接收机的拓扑结构的基础上，重点讨论了低噪声放大器的工作原理，分析了目前最为流行的几种宽带低噪声放大器的拓扑结构以及优缺点。详细研究了噪声抵消技术和电流复用技术，并在本文所设计的新的LNA拓扑结构中得以实现。在输入阻抗匹配方面，利用变压器实现了LNA的宽带输入匹配，并得到良好的效果。
　　 本设计基于台积电TSMC0.18μm RF CMOS工艺，在Cdence-Spectre RF软件环境下实现电路仿真。仿真结果表明，在LNA的工作频率范围内(470 MHz～870MHz)，增益为11.25～12.8dB，增益平坦度为±0.8dB，噪声系数为3.083～3.486dB，输入1dB压缩点为-13.7dB，三阶互调截断点为-7.3dB。在1.8V电源电压下，功耗为29.7mW。验证了所设计的LNA拓扑结构能很好的满足设计指标要求，可适用于工作频段为470 MHz～870MHz的认知无线电频谱探测接收机中。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2认知无线电简介

1.3射频集成电路的发展

1.4低噪声放大器研究的意义和现状

1.5本文所做工作

1.6本文LNA设计指标

1.7论文组织结构

第二章 频谱探测接收机概述

2.1射频接收机拓扑结构

2.1.1超外差接收机

2.1.2 Harltley和Weaver接收机结构

2.1.3零中频接收机

2.1.4低中频接收机

2.1.5二次混频接收机

2.2射频接收机的性能度量

2.2.1灵敏度

2.2.2选择性

2.2.3线性度

2.2.4动态范围

2.3射频频谱探测接收机结构设计

2.4小结

第三章 低噪声放大器概述

3.1引言

3.2低噪声放大器的主要性能指标

3.2.1噪声源及噪声系数

3.2.2增益

3.2.3输入输出驻波比

3.2.4线性度和动态范围

3.2.5输入阻抗匹配

3.3宽带低噪声放大器的主要拓扑结构

3.3.1分布式

3.3.2带通滤波式

3.3.3电阻反馈式

3.4小结

第四章 宽带CMOS低噪声放大器的设计

4.1本课题的设计技术指标及设计内容

4.2输入阻抗匹配设计

4.3电流复用技术

4.4噪声抵消原理

4.5基于噪声消除技术的低噪声放大器的设计

4.6晶体管级差分结构电路图

4.7参数设计

4.8小结

第五章 低噪声放大器分析及仿真

5.1仿真电路

5.2仿真结果分析

5.2.1瞬态与周期稳态仿真

5.2.2 S参数仿真分析

5.2.3噪声系数仿真分析

5.2.4线性度仿真分析

5.2.5本设计所实现的指标

5.3小结

总结与展望

参考文献

致谢