CMOS毫米波低噪声放大器设计

摘要

近年来,随着移动互联网的兴起和无线通信设备的普及,人们对无线通信中数据的传输速率要求也越来越高。射频微波通信芯片作为支持高速率无线通信系统的基础硬件,也逐渐受到了人们的关注。伴随着CMOS工艺的不断发展,利用CMOS工艺设计的毫米波芯片在性能上已经可以等同甚至超过基于传统III-V族器件的毫米波芯片,同时CMOS工艺相比III-V族器件功耗和成本都更低。因此,研究设计出高性能、高速率的CMOS通信芯片对发展高速无线通信网络十分重要。
　　低噪声放大器是无线通信芯片中重要的模块,低噪声放大器的性能在一定程度上决定了无线系统的通信质量,因此设计出高性能的低噪声放大器是进行通信芯片设计的关键。本文在介绍了低噪声放大器设计的基本理论基础上设计了两款CMOS Q-Band低噪声放大器。
　　基于噪声抵消结构的Q-Band低噪声放大器,在采用了传统的噪声抵消结构基础上在共栅电路上引入了变压器正反馈,使电路的性能得到了很大的提高。测试数据表明在42GHz~48GHz频段芯片的最高增益可达10.2dB,最低噪声系数6.5dB,功耗11.5mA,输入三阶交调点为-2.6dBm,整个芯片面积为0.42mm2。
　　基于 gm-boost结构的低噪声放大器,输入级采用变压器在晶体管的栅源之间形成gm-boost,为了降低MOS管密勒电容对电路的影响,提高电路的反射隔离度,电路的第二、三级采用了共源变压器负反馈结构。电路的仿真结果表明在42GHz~48GHz频段电路的最高增益为16.9dB,最低噪声系数4.53dB,功耗为14.7mA,输入三阶交调点为-1.7dBm,电路的面积为0.47mm2。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外现状

1.3 本文的主要工作

1.4 本论文的结构安排

第二章 CMOS低噪声放大器基本理论

2.1 CMOS集成电路中的元器件

2.2 低噪声放大器主要指标

2.3 噪声系数测量原理

2.4小结

第三章 CMOS低噪声放大器的结构

3.1 传统结构低噪声放大器

3.2 噪声抵消结构

3.3 gm-boost结构

3.4 变压器负反馈结构

3.5 变压器正反馈结构

3.6小结

第四章 Q-Ban d噪声抵消低噪声放大器的设计

4.1 噪声抵消低噪声放大器整体设计

4.3 芯片测试

4.4小结

第五章 Q-Band gm-boost低噪声放大器设计

5.1 工艺选择与设计指标

5.2 gm-boost低噪声放大器总体设计

5.3版图设计与后仿

5.4小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果