应用于导航接收机的低噪声放大器的设计
发布时间：2020-10-12 22:32
近年来卫星导航产业迅猛发展,射频接收机是卫星导航系统与用户之间的重要媒介,成为研究设计的重点。射频接收机前端的第一个有源电路模块是低噪声放大器,其功能是对天线捕捉到的微弱有用信号做放大,防止噪声过大干扰,从而使后续模块解调有用的信息。LNA的噪声、增益以及稳定度等方面的性能对于整体RF接收机的性能有决定性的影响,因此设计出一个性能优越的LNA对于RF接收机十分重要。本论文基于TSMC 0.18um CMOS工艺设计仿真了两种应用在我国导航接收机中的低噪放,分别为级联共栅结构低噪放以及带源极电感负反馈的共源共栅结构低噪放。并针对共源共栅结构的LNA进行了版图设计和后仿真。论文先对于LNA设计中的主要性能参数做简单介绍,对于当前常见的几种LNA电路结构进行了总结和噪声分析,通过对比最后采用共栅结构和源极电感负反馈结构作为本次LNA设计的主体结构。为了使设计的LNA具有良好的噪声性能,本文介绍了两种噪声优化技术,即电容交叉耦合跨导提高技术和功耗约束下的最佳栅宽确定。接着对本次设计选用的主体结构优点做了分析,分别使用所介绍的两种噪声优化技术设计了级联共栅结构LNA和共源共栅结构LNA并进行了ADS仿真优化,得到了理想的结果。由于单端天线和差分LNA之间信号接口是不匹配的,所以又设计了LC结构的BALUN,并进行了ADS仿真。最后使用Cadence针对设计的共源共栅结构LNA进行版图设计和后仿真,对后仿参数与前仿真的结果做了分析对比,总结变化的原因。论文采用ADS和Cadence软件,对LNA进行了电路的前仿真、版图的设计、提取寄生参数后仿真。前仿真结果显示,在中心频率1.561 GHz处,级联共栅LNA的噪声系数是2.259 dB,比传统共栅结构下降了近一半,增益18.909d B,反向隔离度-40.694d B,1dB压缩点-26.61 dBm,稳定性和输入输出匹配满足参数要求,共源结构LNA的噪声系数1.522 dB,增益为25.797d B,反向隔离度-40.934d B。稳定性和匹配良好,但是其1dB压缩点小于共栅结构LNA的值,然而功耗只有10.26m W,要比共栅结构小很多。对共源共栅结构的LNA进行了版图设计,最终版图的面积为990um×406um.对于设计的版图进行了验证和后仿真。后仿真结果显示,在中心频率1.561GHz处噪声系数1.78 dB,增益18.353 dB,1dB压缩点-24.100 dBm,反向隔离度-46.44dB,后仿真增益和噪声性能有所下降,但是线性度和稳定性改善幅度较大。后仿性能变化主要是寄生参数的加入以及LNA的性能对于电路器件参数变化比较敏感的原因。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN722.3;TN965.5
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 研究现状和发展趋势
1.3 论文的主要内容及安排
第二章 低噪声放大器设计基础理论
2.1 低噪声放大器的性能指标
2.1.1 增益
2.1.2 噪声系数
2.1.3 输入输出匹配
2.1.4 线性度
2.1.5 稳定性
2.2 噪声理论
2.2.1 热噪声
2.2.2 闪烁噪声
2.2.3 散粒噪声
2.2.4 二端口网络噪声分析
2.3 低噪声放大器的基本结构
2.3.1 并联-串联反馈结构
2.3.2 栅极并联电阻匹配共源结构
2.3.3 跨导匹配共栅结构
2.3.4 源极电感负反馈结构
2.4 噪声优化技术
2.4.1 功耗约束的LNA的噪声优化技术
2.4.2 电容交叉耦合结构
2.5 本章小结
第三章 低噪声放大器的设计
3.1 差分放大器的优点
3.2 电路结构的选择
3.2.1 级联共栅结构
3.2.2 带源极电感负反馈的共源共栅结构
3.3 级联共栅低噪声放大器的设计及仿真
3.3.1 主体电路的设计
3.3.2 输入输出阻抗匹配电路设计
3.3.3 偏置电路的设计
3.3.4 整体电路参数设计
3.3.5 电路ADS仿真与优化
3.4 源极电感负反馈共源共栅LNA的设计及仿真
3.4.1 主体电路的设计
3.4.2 输入输出阻抗匹配电路设计
3.4.3 整体电路参数设计
3.4.4 电路的仿真与优化
3.5 BALUN的设计
3.6 本章小结
第四章 版图设计及后仿真
4.1 版图设计的规则
4.2 低噪声放大器的版图设计
4.3 版图验证及后仿真
4.3.1 版图验证
4.3.2 后仿真
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 论文的主要工作
5.2 论文研究中存在的问题
5.3 未来展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】
本文编号：2838372
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN722.3;TN965.5
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 研究现状和发展趋势
1.3 论文的主要内容及安排
第二章 低噪声放大器设计基础理论
2.1 低噪声放大器的性能指标
2.1.1 增益
2.1.2 噪声系数
2.1.3 输入输出匹配
2.1.4 线性度
2.1.5 稳定性
2.2 噪声理论
2.2.1 热噪声
2.2.2 闪烁噪声
2.2.3 散粒噪声
2.2.4 二端口网络噪声分析
2.3 低噪声放大器的基本结构
2.3.1 并联-串联反馈结构
2.3.2 栅极并联电阻匹配共源结构
2.3.3 跨导匹配共栅结构
2.3.4 源极电感负反馈结构
2.4 噪声优化技术
2.4.1 功耗约束的LNA的噪声优化技术
2.4.2 电容交叉耦合结构
2.5 本章小结
第三章 低噪声放大器的设计
3.1 差分放大器的优点
3.2 电路结构的选择
3.2.1 级联共栅结构
3.2.2 带源极电感负反馈的共源共栅结构
3.3 级联共栅低噪声放大器的设计及仿真
3.3.1 主体电路的设计
3.3.2 输入输出阻抗匹配电路设计
3.3.3 偏置电路的设计
3.3.4 整体电路参数设计
3.3.5 电路ADS仿真与优化
3.4 源极电感负反馈共源共栅LNA的设计及仿真
3.4.1 主体电路的设计
3.4.2 输入输出阻抗匹配电路设计
3.4.3 整体电路参数设计
3.4.4 电路的仿真与优化
3.5 BALUN的设计
3.6 本章小结
第四章 版图设计及后仿真
4.1 版图设计的规则
4.2 低噪声放大器的版图设计
4.3 版图验证及后仿真
4.3.1 版图验证
4.3.2 后仿真
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 论文的主要工作
5.2 论文研究中存在的问题
5.3 未来展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】
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本文编号：2838372
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