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蓝牙系统中低噪声放大器的研究与设计

作　者: 周李
导　师: 杨莲兴；全佳
学　校: 复旦大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 蓝牙收发机 CMOS低噪声放大器噪声
分类号: TN722.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文主要研究和设计了采用TSMC 0.18um Mixed-Signal CMOS工艺用于蓝牙射频前端的低噪声放大器。对于CMOS蓝牙SoC芯片的接收系统而言,接收机的灵敏度受到噪声的限制。低噪声放大器是整个接收机链路的第一级,它的主要功能是提供足够的增益来克服后续各级(如混频器)的噪声,同时尽可能地减小自身噪声,尽量少地把噪声引入有用信号,同时低噪声放大器还需要能够在接收大信号的时候不出现失真,通常它还需要提供50欧姆的输入阻抗来和外部进行阻抗匹配。本文首先简要介绍了蓝牙射频前端电路的结构和这个结构中各个模块的主要功能,尤其是低噪声放大器。低噪声对于低噪声放大器来说是一个非常重要的性能指标,所以在本文第二部分讨论了深亚微米电子器件的主要噪声来源,以及通信系统中噪声的表现特性,其中主要讨论了MOSFET中的热噪声以及低噪声放大器的噪声因子和整个级联系统的噪声因子之间的关系。低噪声放大器对整个蓝牙接收链路的噪声因子起主导作用。本文的另一个重要的工作是设计了一个集成于CMOS蓝牙SoC芯片的低噪声放大器。基于蓝牙接收机的技术指标要求,实现了一个增益可控的低噪声放大器,它的增益可控是通过改变流入负载电流的大小来实现的；设计中使用了一种新的高品质因素的开关电容结构,用来调谐低噪声放大器的谐振频率；文中还介绍了一种Gm-boost的结构,用来降低低噪声放大器的噪声因子；为了满足蓝牙系统的性能指标,从噪声因子,阻抗匹配,增益和线性度等各个角度出发讨论了电路的设计方法；借助Spectre仿真工具,对所设计的低噪声放大器进行了前仿真和后仿真；这部分还介绍了一些画高频集成电路版图和提取寄生参数的经验。本文第四部分对芯片进行了测试,介绍了各指标的测试方法以及分析了测试的结果,正向电压增益、阻抗匹配等指标与设计指标相近,噪声系数偏大一些,可调电容可以将输出中心频率调谐在2.45GHz左右,线性度能符合设计标准。最后一章对所做的工作进行了总结,并对今后的工作提出了自己的看法和建议。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
第1章引言  6-10
  1.1 蓝牙一般介绍及应用  6-7
  1.2 国内蓝牙应用现状  7-8
  1.3 本文主要工作和内容  8-9
  1.4 本文创新点  9-10
第2章蓝牙射频系统介绍  10-13
  2.1 系统结构  10
  2.2 各模块功能  10-13
第3章噪声理论基础  13-21
  3.1 电子器件中的噪声  13-17
    3.1.1 热噪声(thermal noise)  13-16
    3.1.2 散粒噪声(shot noise)  16
    3.1.3 闪烁噪声(flicker noise)  16
    3.1.4 爆米噪声(popcorn noise)  16-17
  3.2 系统中的噪声  17-19
  3.3 小结  19-21
第4章低噪声放大器设计  21-41
  4.1 分模块介绍  21
  4.2 各项技术指标是如何确定的  21-23
  4.3 低噪声放大器的电路设计  23-33
    4.3.1 电路结构  23-25
    4.3.2 增益可控原理及设计  25-26
    4.3.3 可调电容设计  26-29
    4.3.4 核心电路设计  29-33
  4.4 前仿真结果  33-35
    4.4.1 DC分析  33-34
    4.4.2 S参数分析  34
    4.4.3 PSS分析  34-35
    4.4.4 tran分析  35
  4.5 版图设计  35-37
  4.6 后仿真  37-39
    4.6.1 寄生参数的提取  37-38
    4.6.2 后仿结果  38-39
  4.7 小结  39-41
第5章测试  41-52
  5.1 测试方案和环境  41-42
    5.1.1 测试器件  41
    5.1.2 测试环境  41
    5.1.3 测试仪器  41
    5.1.4 PCB板设计和设置  41-42
  5.2 测试方法和测试结果  42-52
    5.2.1 直流参数测试结果  42-43
    5.2.2 增益  43-45
    5.2.3 S参数测试  45-48
    5.2.4 LNA+Mixer+PGA1的噪声系数  48-49
    5.2.5 1dB压缩点测试  49-51
    5.2.6 ⅡP-3测试  51-52
第6章总结与展望  52-54
  6.1 本文工作总结  52-53
  6.2 对今后工作的思考  53-54
参考文献  54-56
致谢  56-57

蓝牙系统中低噪声放大器的研究与设计

内容摘要

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