22-27GHz具有平坦群延时特性的cascode电感反馈低噪声放大器设计

摘要

宽带低噪声放大器在收发机、雷达、电子对抗和无线传感器等系统中作为对射频小信号处理的关键模块，不仅对带宽、增益、噪声系数、功耗等性能有严格要求，对能量线性度和相位线性度也有很高的要求。在正交频分复用系统中，为了避免相邻信道之间的相互干扰能量线性度必须达到一定的指标。同时，良好的相位线性度又能够保持由天线接收到的脉冲信号的原始形状，从而避免信号的失真。因此对宽带低噪声放大器的平坦群延时特性的研究具有广阔的应用前景和极其重要的意义。
　　本文主要论述了工作于22-27GHz频段基于0.13微米互补性金属氧化物半导体（CMOS）制成，应用压缩式合成传输线（CCS-TL）作为反馈回路的具有高增益高平坦度群延时特性的Cascode极小型低噪声放大器设计，并基于Cascode架构提出了一种合成群延时的方法；另外，基于合成传输线实现了高特征阻抗高慢波系数的压缩式合成传输线的设计，此设计方法可以根据改变传输线的线宽以及相邻传输线之间的间距来调节合成传输线的特征阻抗，而且应用此结构可以进一步提高电路的集成度。为了有效的缩小面积从而有利于单晶系统整合，本设计利用所提出的合成传输线来设计在射频电路上占据绝大部分面积的无源器件；合成传输线在频率发生变化时其特征阻抗和慢波系数基本不变，这是相对于传统微带线的主要优势；合成传输线不仅可达到电路的微型化，还可以利用网格状结构的参考接地来维持整个电路在基板上的良好的隔离度。
　　本文设计的宽带低噪声放大器在22-27GHz频段内应用传输线电感反馈回路实现了16.9％的群延时变化，通过由二端口Y参数网络推导出的二阶全通网络传输函数计算出设计的低噪声放大器的群延时，在理论上证明了应用传输线反馈回路可以实现放大器群延时的合成，即通过调节反馈回路中传输线的长度来调节群延时特性。应用标准0.13微米CMOS工艺进行了流片并测试，测试结果为在1.2V偏压下12毫瓦的功率消耗，在22-27GHz频段放大器增益为11±0.4dB、噪声系数为5.1±0.4dB、群延时为71±6ps；在21-27GHz频段内1dB压缩点和三阶交调点分别高于-9.2dBm和4.2dBm。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外现状以及发展趋势

1.3 本课题研究内容

第 2 章低噪声放大器设计理论

2.1 低噪声放大器性能指标

2.2 低噪声放大器基本结构

第 3 章应用于宽带低噪声放大器的合成传输线设计

3.1 合成传输线

3.2 基于合成传输线设计压缩式合成传输线

第 4 章 宽带低噪声放大器设计

4.1 电路架构与设计原则

4.2 有源器件的选择

4.3 无源器件的选择

4.4 Cascode电路电流复用技术

4.5 群延时合成理论

4.6 宽带低噪声放大器设计流程

4.7 测试结果

4.8 研究成果优势对比

第 5 章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢