0.8～2.5GHzCMOS超宽带低噪声放大器设计

摘要

随着现代通讯技术的发展，以往的窄带低速传输已经难以满足用户需求，宽带高速传输将是未来的主流趋势。超宽带技术以其高速、低功耗和低成本被视为未来宽带高速传输的主流技术之一。作为射频前端中的核心部分，超宽带低噪声放大器的性能决定着宽带系统的整体性能，因而研究并优化宽带CMOS低噪声放大器将具有重要意义。
　　首先，本文分析比对了常见的几种宽带输入级结构，并在折衷考虑了有效带宽、元件数量以及传输效果的基础上设计出了三阶巴特沃斯高通滤波器作为输入匹配网络。其次，针对噪声和匹配之间的矛盾关系，本文摒弃在栅源之间并联电容的方法，改用电阻反馈加以解决，并研究了反馈元件对输入级的影响。
　　然后，本文研究了直接匹配和源跟随器匹配两种输出方式在匹配、噪声和增益方面的特性。在此基础上提出了两级共源共栅结构的输出方式，以此缓解了初级增益压力。同时，为了少用大电感，本文采用并联峰化结构和串联至并联等效优化了二阶高通滤波器输出网络。此外，针对增益滚降，本文又提出了在级间内插电感，使其与栅源电容谐振抬高高频增益的解决方案，从而优化了高频端增益和增益平坦度。
　　最后，采用TSMC0.18μm RF CMOS工艺，在Spectre RF下对宽带LNA进行了仿真。仿真结果表明，在0.8~2.5GHz的工作频带内，LNA采用1.8V供电，输入输出匹配均小于-12dB，噪声系数小于3dB，增益大于16.5dB，增益带内波动在1.75dB以内，在1.6GHz处的三阶交调为-5.05dBm。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1课题背景和意义

1.2国内外研究状况与发展趋势

1.3论文内容的组织安排

第二章 低噪声放大器设计的基础

2.1噪声

2.2 S参数

2.3线性度

2.4稳定性

2.5本章小结

第三章 TSMC 0.18μm RF CMOS工艺中的器件

3.1 TSMC 0.18μm中的无源器件

3.2 TSMC 0.18μm中的有源器件

3.3本章小结

第四章 超宽带LNA的输入级设计

4.1常见的宽带LNA输入结构

4.2宽带输入级阻抗匹配

4.3输入级噪声优化

4.4输入级初次仿真

4.5本章小结

第五章 超宽带LNA的输出级设计

5.1直接匹配输出

5.2源跟随器输出

5.3共源共栅级放大输出

5.4宽带LNA初次仿真

5.5本章小结

第六章 超宽带LNA的最终仿真

6.1实际器件的替换

6.2仿真结果与分析

6.3本章小结

第七章 全文总结与后续工作

7.1全文总结及创新点

7.2后续研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文