【摘要】：隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展,由于低頻段的頻譜資源都已被占用,越來(lái)越多的應(yīng)用工作在毫米波頻段;而CMOS工藝的發(fā)展促使晶體管的截止頻率大幅增大,使設(shè)計(jì)毫米波頻段的電路成為可能;低噪聲放大器作為射頻接收機(jī)的第一級(jí)放大器,其對(duì)接收機(jī)性能有著至關(guān)重要的影響。本論文基于65nm CMOS工藝設(shè)計(jì)了兩款E-波段低噪聲放大器,主要工作如下:1.對(duì)幾種常用的低噪聲放大器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了性能分析,對(duì)各個(gè)性能進(jìn)行折中考慮后,確定電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);對(duì)單個(gè)晶體管的幾何參數(shù)與最大增益和最小噪聲系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了仿真分析,確定晶體管的柵寬、柵指數(shù)和直流偏置,為構(gòu)建電路仿真做好前期準(zhǔn)備工作。2.對(duì)無(wú)源器件進(jìn)行了建模和仿真,主要是對(duì)螺旋電感、變壓器和巴倫的特性進(jìn)行了詳細(xì)介紹,并建立準(zhǔn)確的模型來(lái)分析電感和變壓器的損耗機(jī)理,為后續(xù)的無(wú)源器件設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)。最后本文設(shè)計(jì)出了一款新穎的片上電感和一款新穎的片上變壓器,并在變壓器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一款可重構(gòu)變壓器和一款片上巴倫,并且能獲得良好的性能。3.最后基于TSMC 65nm CMOS工藝設(shè)計(jì)了兩款應(yīng)用在E-波段的低噪聲放大器,第一款是采用四級(jí)級(jí)聯(lián)的共源級(jí)結(jié)構(gòu),其中第一級(jí)采用源級(jí)退化電感來(lái)減小噪聲,匹配網(wǎng)絡(luò)由螺旋電感和電容組成。在1.5 V的電源電壓下,增益最高為12.6dB,最小噪聲系數(shù)6.8 dB,70-84 GHz的輸入輸出匹配良好,由于采用多個(gè)片上螺旋電感,芯片面積較大;第二款在第一款低噪聲放大器的基礎(chǔ)上,采用了變壓器來(lái)設(shè)計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò),仿真結(jié)果顯示最低的噪聲系數(shù)可實(shí)現(xiàn)4.9 dB,并且可以減小芯片面積。
【學(xué)位授予單位】：溫州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN722.3
【圖文】：

1.1 研究背景與意義近年來(lái)，無(wú)線通信技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，通信技術(shù)的傳輸速率高到 10Gbps，如此高的傳輸速率不僅需要更有效的調(diào)制方式，還要更大的工作帶寬，而當(dāng)前低頻段的頻譜資源十分的擁擠，電磁環(huán)境復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)超高速和超寬帶[1]。因此，30 GHz 到 300GHz 的毫米波頻段受到研究人員的重點(diǎn)關(guān)注，該頻段頻譜資源豐富，而且具有工作波長(zhǎng)短，器件小型化易于集成等特點(diǎn)。此外，毫米波頻段的信號(hào)傳輸距離較短，有利于頻率復(fù)用，并降低區(qū)域間信號(hào)干擾。毫米波頻段中 60GHz 頻段是免許可證的工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療（ISM）頻段；71-76 GHz、81-86 GH用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的高速無(wú)線通信[2]；77GHz 都被用在汽車領(lǐng)域的無(wú)人駕駛技術(shù)上，其中一個(gè)重要的傳感器是毫米波雷達(dá)，在技術(shù)上，77 GHz 雷達(dá)傳感器性能更加有力，其目標(biāo)識(shí)別率、測(cè)速率和測(cè)距離的精準(zhǔn)率較 24 GHz 雷達(dá)傳感器提高了三至五倍。

在毫米波頻段電路的集成度、性能和成本等方面的突破。1.2 毫米波 CMOS 低噪聲放大器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來(lái)，越來(lái)越多的研究人員展開了對(duì)低噪聲放大器的研究與設(shè)計(jì)，性能到了極大的提升，頻率從兆赫茲到吉赫茲；由于有源器件對(duì)噪聲性能的影響，們?cè)絹?lái)越傾向于使用更少的晶體管，而通過(guò)不斷改進(jìn)和優(yōu)化無(wú)源器件的結(jié)構(gòu)和能，從而改善電路整體的性能。接下來(lái)是闡述近幾年國(guó)內(nèi)外對(duì)低噪聲放大器電研究的發(fā)展。2011 年，同樣來(lái)自臺(tái)灣大學(xué)的 Han-Chih Yeh 提出來(lái)基于變壓器的噪聲抑技術(shù)，論文中設(shè)計(jì)了兩款多級(jí)堆疊的 cascode 結(jié)構(gòu)的超低功耗 LNA，分別工作Q 波段和 V 波段，如圖 1-2 所示，變壓器原副線圈分別放置在堆疊晶體管之間改善了 LNA 的噪聲性能；兩款 LNA 都采用的是 3V 的供電電壓，最終實(shí)現(xiàn)的益為 20.3 dB 和 12.7 dB，噪聲系數(shù)最小為 4.6 dB@40 GHz 和 4.7 dB@58 GHz消耗的功率分別為 15 mW 和 18 mW[4]。

【相似文獻(xiàn)】

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2 武帥;高炳西;馮輝;;一種W波段寬頻帶低噪聲放大器設(shè)計(jì)[J];電子世界;2018年12期

3 童華清;許石義;黃劍華;莫炯炯;王志宇;郁發(fā)新;;帶有源偏置的系統(tǒng)級(jí)封裝低噪聲放大器模塊[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2017年04期

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5 胡詩(shī)錦;石玉;尉旭波;;0.03～4.5GHz超寬帶低噪聲放大器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];磁性材料及器件;2017年04期

6 程遠(yuǎn)W

本文編號(hào)：2741729