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基于噪声消除技术的超宽带CMOS低噪声放大器的研究与设计

作　者: 夏磊
导　师: 吕锋
学　校: 武汉理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 噪声消除技术电流复用变压器 UWB LNA
分类号: TN722.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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引　用: 1次
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内容摘要

随着无线通信技术的不断发展,人们对高性能大容量无线通信系统的需求越来越大,希望其提供更高的数据传输速率、成本更低、功耗更小。在这样的背景下,超宽带（UWB）技术引起了人们的重视,被视为下一代通信的关键技术之一。因此,对UWB系统的射频与通信集成电路的研究和设计具有重要的现实意义。而低噪声放大器（LNA）作为无线接收机的第一级,其良好的性能是实现正常通讯的重要保障,所以研究宽带CMOS低噪声放大器意义重大。低噪声放大器（LNA）是无线收发机前端的关键电路之一。由于是整个电路系统的第一级,因此其增益,噪声,线性度等直接影响整个电路系统的性能。同时,为了满足高可靠性和低成本的要求,电路需要高集成度,因此射频收发机需要能够单片集成。为了设计出一个性能优良,结构新颖的LNA放大器,本文进行了如下几项工作:（1）首先对CMOS工艺中的电感电容以及片上变压器进行了简单介绍,对二端口网络噪声和级联系统的噪声进行了分析并给出了计算公式。然后介绍了LNA的基本原理和几种常见的基本结构和一种新近出现的拓扑结构—噪声消除技术,并对这几种结构的特点作了比较分析;（2）针对噪声消除结构仅应用于窄带LNA、共栅级放大器具有高带宽但噪声系数过高的局限性,本文将共栅级放大器作为LNA的输入级,后端利用噪声消除技术将输入级的噪声在输出端抵消,给出了一个利用共栅级放大器与消噪技术相结合的级联拓扑结构,有效的拓展了带宽,还可以保持较低的噪声系数;（3）针对噪声消除结构增益过低的缺陷,提出了利用适用于宽带的改进型电流复用技术,与自举片上变压器相结合,提高消噪结构的放大增益,使得噪声消除结构有着高带宽,高增益,低噪声系数;最后基于TSMC 0.18μm RF CMOS工艺,文中给出了一个LNA的设计实例,ADS仿真结果表明,工作在3.1-10.6GHz,匹配特性S₁₁、S₂₂均小于-10dB,增益为15.1dB,噪声系数为在整个带宽内3.9-5.8dB。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题背景及意义  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 射频集成电路工艺  11-13
    1.2.2 电路拓扑结构  13-14
  1.3 本文所做工作  14-15
  1.4 本文结构和组织  15-16
第2章 RF CMOS相关理论与技术  16-30
  2.1 射频相关理论准备  16-21
    2.1.1 散射参量  16-17
    2.1.2 放大器的噪声性能  17-18
    2.1.3 双端口网络噪声模型  18-21
  2.2 RF COMS中的元器件  21-30
    2.2.1 RF CMOS工艺中的电容  22
    2.2.2 RF CMOS工艺中的电感  22-24
    2.2.3 RF CMOS工艺中的变压器  24-25
    2.2.4 RFIC中的MOSFET  25-30
第3章经典的LNA拓扑结构比较  30-40
  3.1 并联输入电阻的共源放大器结构  30-31
  3.2 共栅放大器结构  31-32
  3.3 并联-串联反馈放大器结构  32-34
  3.4 源简并电感型共源放大器结构  34-37
    3.4.1 带通滤波器放大器结构  36-37
  3.5 分布式放大器结  37
  3.6 噪声消除技术  37-39
  3.7 本章小结  39-40
第4章宽带CMOS研究设计  40-60
  4.1 宽带输入匹配  41-44
  4.2 宽带消噪结构设计  44-46
  4.3 电流复用技术及改进  46-50
  4.4 变压器的使用  50-51
  4.5 并联补偿技术的使用  51-54
  4.6 利用消噪结构的LNA的详细设计  54-60
第5章基于消噪结构的LNA仿真结果  60-65
  5.1 无源器件的替换仿真  60-63
  5.2 结果的比较分析  63-65
第6章总结与展望  65-67
  6.1 总结  65-66
  6.2 展望  66-67
参考文献  67-71
致谢  71-72
攻读硕士学位期间发表的论文及参加的项目  72

基于噪声消除技术的超宽带CMOS低噪声放大器的研究与设计

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