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超宽带射频接收机前端LNA和MIXER的研究与设计

作　者: 姜兆国
导　师: 张世林
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 超宽带射频接收机低噪声放大器噪声抵消双频带下变频混频器
分类号: TN851
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 198次
引　用: 2次
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内容摘要

近些年来,随着无线通信技术的迅猛发展,人们对高性能大容量无线通信系统的要求也越来越高。UWB技术作为目前带宽GHz以上最先进的无线通信技术,以其高速率、低功耗等突出优点,在诸多领域都有着广泛的应用,正在迅速成为产业界关注和研究的热点之一;与此同时,随着CMOS工艺的发展,器件性能有了很大的提高,使射频系统的单片集成成为可能。基于以上背景,论文针对目前射频集成电路发展的趋势和无线通信技术的发展需求,结合超宽带通信的技术优势,设计了一个应用于超宽带无线通信射频接收机前端的低噪声放大器和下变频混频器。论文首先介绍了低噪声放大器和混频器的基本原理以及几种常见的结构,并对各种结构的优缺点作了阐述,然后详细分析了低噪声放大器和混频器的各项性能指标,并探讨了各项指标之间的折衷关系,最后给出了本次应用于射频接收机前端的低噪声放大器和混频器的设计,包括电路拓扑结构、仿真结果及版图。本次设计的超宽带低噪声放大器工作频率范围在3.1～10.6GHz,采用噪声抵消技术,使噪声和阻抗匹配的同时,抵消匹配网络对噪声和失真的贡献。同时采用多频带的设计方法,通过一个2 bit的控制信号控制电路中的MOS开关,调节电路工作3.1～6GHz和6～10.6GHz两个频带。设计的混频器工作在整个UWB 3.1～10.6GHz的频率范围,混频器内核采用吉尔伯特结构,并使用电流注入技术来提高混频器的线性度,同时使用片上无源元件使RF端和LO端实现50Ω的阻抗匹配。设计采用Chartered 0.18um RF CMOS工艺,使用Candence Spectre RF工具进行仿真、Virtuoso Layout Editor工具完成版图设计。仿真结果表明符合设计要求。最后,论文对本次电路设计进行了整体总结并指出了今后的工作方向。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-12
  1.1 课题背景  7-9
  1.2 RF接收机简介  9-11
  1.3 论文的组织安排  11-12
第二章低噪声放大器概述与性能分析  12-28
  2.1 低噪声放大器的性能指标  12-20
    2.1.1 噪声系数  12-14
    2.1.2 S参数  14-16
    2.1.3 线性度  16-19
    2.1.4 稳定性  19-20
  2.2 低噪声放大器的几种主要电路拓扑结构  20-28
    2.2.1 输入端并联电阻的共栅放大器  20-22
    2.2.2 共栅放大器结构  22-23
    2.2.3 并联-串联反馈放大器结构  23-26
    2.2.4 源简并电感开型共源放大器  26-28
第三章超宽带低噪声放大器的设计与仿真  28-45
  3.1 LNA的主体电路结构  28-29
  3.2 匹配网络的设计  29-31
  3.3 噪声抵消的设计  31-34
  3.4 多频带的设计  34-36
  3.5 偏置电压的设计  36
  3.6 设计的寄生考虑  36-38
  3.7 设计的仿真结果  38-43
  3.8 LNA的版图设计  43-45
    3.8.1 版图设计时的各种效应与原则  43-44
    3.8.2 本次设计的版图  44-45
第四章混频器基础  45-58
  4.1 混频器的基本原理  45-46
  4.2 混频器的主要拓扑结构  46-52
    4.2.1 有源混频器  47-50
    4.2.2 无源混频器  50-52
  4.3 混频器的性能参数  52-58
    4.3.1 转换增益  52-53
    4.3.2 噪声系数  53-54
    4.3.3 线性度  54-56
    4.3.4 端口隔离  56
    4.3.5 其它性能参数  56-58
第五章混频器的设计与仿真  58-67
  5.1 变频增益优化设计  59-61
  5.2 噪声优化设计  61-63
  5.3 线性度优化设计  63-64
  5.4 匹配网络优化设计  64-65
  5.5 混频器的版图设计  65-67
第六章总结  67-68
参考文献  68-71
致谢  71

超宽带射频接收机前端LNA和MIXER的研究与设计

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