GPS、北斗双模用户机双频段低噪声放大器设计

摘要

近年来，人们已经开始使用几种不同的无线通信标准，而且越来越多新的无线通信标准也在不断的涌入到市场中。为了满足市场需求，一种可以处理多模式／多频段信号的独立可移动射频设备应运而生。而射频接收机中低噪声放大器的多频段化成为射频集成电路的研究热点。 射频接收机可以分为模拟和数字电路部分，以前这两部分电路是分别用不同的工艺制作的。经过研究人员长期的努力，CMOS工艺已经渐渐成熟，并且已经用于射频部分，这样就使射频接收机的模拟和数字部分集成到一块芯片上，不仅降低了制造成本，而且增加了系统的整合性。 本论文基于SMIC0．18μm RF CMOS工艺，针对目前在我国应用比较广泛的卫星定位系统——北斗和GPS，设计了一个工作在1．57GHz和2．49GHz的双频段低噪声放大器。首先，详细研究了电容和电感的高频特性并给出了它们的等效高频模型，对MOS晶体管的噪声特性也做了分析。第二，设计了一个目前比较流行的、能够同时工作在两个频段下的并行式LNA，通过分析比较选取源极负反馈共源共栅结构作为LNA的主体结构；针对所设计的LNA需要同时工作在双频段的要求，重点给出了输入和输出匹配网络的设计方法。第三，采用Cadence下的SpectreRF仿真工具对所设计的并行式双频段LNA进行仿真，仿真结果表明在电源电压为1．8V时，两个频段下的噪声系数NF均小于4．1dB，电压增益均大于16dB，S11和S22的值均小于-18dB，输入三阶交调点均优于0dBm，各种指标均达到了预期设计要求。最后，采用Cadence下的版图设计工具Virtuoso Layout Editor完成了并行式双频段LNA的版图设计，并进行了后仿真。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 引言

1.1 研究背景及实际意义

1.2 射频接收机结构

1.3 国内外研究现状

1.4 论文研究内容及体系结构

2 低噪声放大器设计的理论研究

2.1 CMOS工艺中的射频器件

2.1.1 RF CMOS电阻

2.1.2 RF CMOS电容

2.1.3 RF CMOS电感

2.1.4 RF MOS晶体管

2.2 噪声理论

2.2.1 MOS晶体管的噪声

2.2.2 经典的二端口噪声网络理论

2.3 非线性特性

2.3.1 线性定义与产生非线性的原因

2.3.2 谐波失真

2.3.3 I-dB压缩点

2.3.4 交调失真

2.3.5 级联系统的非线性

2.4 无源RLC网络

2.4.1 串联RLC谐振回路

2.4.2 并联RLC谐振回路

2.5 阻抗匹配网络

3 并行式双频段低噪声放大器设计

3.1 参数指标要求

3.2 双频段LNA的设计思路

3.3 双频段LNA的主体结构设计

3.4 双频段LNA输入匹配网络设计

3.4.1 单频段LNA输入匹配网络设计

3.4.2 并行式双频段LNA输入匹配网络设计

3.5 双频段LNA输出匹配网络设计

3.5.1 双频段LNA输出网络设计

3.5.2 带L型变换的输出匹配网络设计

3.6 双频段LNA的非线性特性

3.7 双频段LNA的整体电路

4 并行式双频段低噪声放大器前仿真结果

4.1 噪声性能

4.2 输入和输出阻抗匹配

4.3 增益特性

4.4 线性特性

5 并行式双频段低噪声放大器的版图设计与后仿真结果

5.1 版图设计规则

5.2 双频段LNA的完整版图

5.3 双频段LNA的版图验证

5.3.1 设计规则检查

5.3.2 版图与电路图的比对

5.3.3 版图寄生参数提取

5.4 后仿真结果

6 结论

参考文献

作者简历