应用于无线局域网的低噪声放大器和混频器设计

摘要

互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺已经开始能应用于射频电路的设计。本文以无线接收机中前端射频端器件为研究对象,设计了应用于5GHz频段的无线局域网设备的低噪声放大器和混频器。
　　天线接收到的信号通常为单路非平衡信号,因此需要额外的电路模块将单路信号转换为差分信号。然而使用分立器件会降低系统的集成度,另外无源器件会有一定的插入损耗,这样一来对于其他有源器件的增益要求更高。
　　为了克服单双路信号转换带来的插入损耗,同时提高系统的集成度,所设计的低噪声放大器集成了有源差分转换电路。对于现有的一种差分转换电路进行改进,改进后的转换电路在输出信号相位误差上有着更好的表现。放大级电路采用共源共栅级联结构,两级放大电路可以保证在提供足够增益的同时获得良好的隔离度。此外,通过对放大电路级间匹配优化,在较宽的带宽内获得平坦的增益。最终得到一款工作于5.15~5.725GHz的低噪声放大器,仿真结果表明,该低噪声放大器在噪声系数、输入输出、增益等性能指标上有着良好的表现。
　　传统的混频结构采用三级晶体管串联堆叠结构,这种堆叠电路对于电源电压有着较高的要求,使得电路难以实现低电压工作。
　　为了得到高性能的低电压混频器,对于传统的混频器结构进行改进。首先,改进传统的堆叠电路结构,通过使用并联的电路结构来实现低电压工作;其次对跨导电路进行改进,采用电流交叉反馈电路结构实现跨导级输出电流的谐波消除,从而使得电路获得更好的线性度;最后,负载电路设计上使用了有源负载,通过使用交叉晶体管代替无源器件作为负载简化了电路设计。混频器电路仿真结果表明,该混频器在5.15~5.725GHz的频段内实现低电压供电的同时,而且有着良好的线性度。混频器性能的提升说明电路改进的可行性。

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表清单

1 绪论

1.1. 研究的背景

1.2. 课题研究现状与意义

1.3. 本文的主要工作和内容

2 无线射频接收机

2.1. 接收机电路结构

2.2. 接收机性能参数

2.3. 改进型接收机结构

2.4. 本章小结

3 基于差分转换电路的LNA设计

3.1. LNA的性能指标

3.2. 放大电路结构分析与选择

3.3. LNA噪声分析和优化

3.4. 低噪声放大器电路结构

3.5. 集成差分转换电路的差分LNA设计

3.6. 本章小结

4 混频器电路设计

4.1. 混频器的原理与性能参数

4.2. 混频器电路结构

4.3. 高线性度低电压混频器电路设计

4.4. 本章小结

5 总结与展望

5.1. 工作总结

5.2. 工作展望

参考文献

作者简历