应用于GNSS全频段的低噪声放大器设计

摘要

随着卫星导航技术的不断发展，全球导航卫星系统(global navigation satellite system，GNSS)包括美国GPS、中国北斗、俄罗斯GLONASS、欧洲Galileo等导航卫星系统得到广泛使用。四大卫星导航系统信号频率虽然分布不同，但都集中在1170～1610MHz频段内，这对兼容多种卫星信号多个频段的射频前端器件设计带来巨大的契机。接收机从天线接收的卫星信号较弱，环境噪声无处不在加上系统内器件自身的噪声，都将干扰卫星信号影响正常通信，对抑制噪声干扰并放大卫星信号的前端器件的研究则尤为重要。因此，覆盖GNSS频段的最前端器件低噪声放大器的设计研究具有突出的现实意义。
　　本文针对应用于GNSS全频段接收机的高性能低噪声放大器，使用两级放大电路结构与宽带匹配技术相结合，并基于SMIC0.18μm MMRF CMOS工艺设计了一款工作于1.1～1.7GHZ频率范围内的宽带低噪声放大器。该宽带低噪声放大器第一级放大电路使用源极电感负反馈的共源共栅结构，输入匹配网络由切比雪夫带通滤波器结构组成，在最小噪声系数前提下拓展系统带宽;第二级放大电路采用共源结构，输出匹配网络使用π型匹配，实现共轭匹配提升系统增益;级间匹配网络引入并联峰化技术结合T型匹配，减少输入输出反射系数并拓展系统带宽。同时，利用电流镜构成有源偏置电路为晶体管提供稳定电流，栅漏极RC并联反馈和源极电感负反馈组成多重反馈结构提升系统带宽和稳定性。最后使用ADS软件进行原理图绘制，并做大量仿真实验优化。
　　仿真结果表明，在工作频段1.1～1.7GHz范围内，噪声系数小于1.75dB，增益大于25dB，输入输出反射系数均小于-11dB，供电电压1.8V条件下功耗为16.5mW，且电路处于绝对稳定状态。因此，本文设计的低噪声放大器在保证较宽工作频率的同时，具有低噪声、高增益等特点，满足低噪声放大器的设计要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 国内外发展状况

1．3 主要工作及组织结构

2 低噪声放大器的理论研究

2．1 低噪声放大器的性能参数

2．1．1 噪声系数

2．1．2 散射参数

2．1．3 线性度

2．1．4 稳定性

2．2 匹配网络

2．3 噪声理论

2．3．1 噪声分类

2．3．2 二端口网络的噪声分析

2．3．3 功率约束下的噪声优化

2．4 本章小结

3 低噪声放大器的结构设计

3．1 结构设计思路

3．2 经典拓扑结构

3．2．1 并联电阻共源结构

3．2．2 共栅结构

3．2．3 并联-串联反馈结构

3．2．4 源极电感负反馈结构

3．3 主体结构设计

3．3．1 前级放大器主体结构

3．3．2 后级放大器主体结构

3．3．4 并联峰化技术

3．4 匹配网络设计

3．4．1 输入匹配网络

3．4．2 级间匹配网络

3．4．3 输出匹配网络

3．5 直流偏置电路设计

3．5．1 有源偏置电路

3．5．2 无源偏置电路

3．6 整体电路结构

3．7 本章小结

4 低噪声放大器的实现仿真

4．1 有源器件选择

4．2 直流偏置电路实现

4．3 匹配网络实现

4．4 前级放大电路仿真

4．5 后级放大电路仿真

4．6 整体电路仿真

4．7 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果