超宽带CMOS限幅器和低噪声放大器的集成设计

发布时间：2021-04-12 22:54

　　随着无线通信对高数据速率传输能力的迫切需求,高频和超宽带技术受到越来越广泛的关注,单片微波集成电路（MMIC）技术由于其在微波频率下具有优异的噪声和功率特性,有助于实现高性能电路。在收发机的不同模块中,低噪声放大器（LNA）是关键组件之一,它用于放大接收的射频（RF）信号。同时,LNA也是大多数接收机链路中的第一个模块,这使得LNA更容易受到高功率输入信号的干扰和损坏。因此,使用限幅器来保护LNA和接收机链路。此外,LNA和接收机链的小信号操作不应受限幅器插入的影响。因此,限幅器的小信号插入损耗必须尽可能小,以最小化其对总噪声系数（NF）和接收机增益的影响。本文研究了超宽带CMOS限幅低噪声放大器的设计,提出了完整设计流程。主要工作内容如下:（1）超宽带限幅器电路设计:通过对微带线理论、匹配网络、限幅器拓扑结构的分析,根据PIN二极管限幅器的工作特性,研究了 PIN二极管不同参数对限幅器性能的影响。探讨了级联限幅器的级数对限幅器性能的影响,最终确定了四级级联的基于PIN二极管限幅器的电路结构,并进行了仿真测试。此外,提出了一种新的基于MOS管的限幅器,以增加其功率处理能力。（2）超宽带... 

【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１射频通信系统框图??Ｆｉｇｕｒｅ】－１?ＲＦ?ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｄｉａｇｒａｍ??

２００２年，美国联邦通信委员会（ＦＣＣ）规定，在传输过程中大于５００ＭＨｚ的带宽??或者相对宽带高于２０％的通信系统，称为ＵＷＢ系统。同时规定ＵＷＢ系统所使用??频带范围为３．１－１０．６ＧＨｚ［８］。如图１－３所示，该系统与其它技术产品存在相同频率??重叠和相邻频率的干扰问题。为解决通信中的信号干扰问题，目前各方也提出了??多种解决技术。??ｍ?ｔ?離炉，无线??ｐｒｓ?电话，蓝牙??＾?８０２．?ｌｉｂ?８０２．?１１ａ??ｏｍｅＲＦ??ＧＰＳ圖??１．０?１．６?１．９?２．４?３．?１?４?５?６?７?８?９?１０．６??频率（ＧＨｚ）??图１－３?ＵＷＢ频谱与其它无线信号频谱的关系??Ｆｉｇｕｒｅｌ－３?Ｔｈｅ?ｓｐｅｃｔｒｕｍ?ｔｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｏｆ?ＵＷＢ?ａｎｄ?ｏｔｈｅｒ?ｗｉｒｅｌｅｓｓ?ｓｉｇｎａｌ??表１－１所示列举了一部分ＲＦ不同频段的应用。而超宽带技术的应用很大程度??上减少频谱资源浪费问题。??２??

?北京交通大硕士学位论文???２０１６?年在?ＩＥＥＥ?Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ?ｏｎ?Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?Ｔｈｅｏｒｙ?ａｎｄ?Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ?期刊中，Ｐａｒｉｓａ??Ｍａｈｍｏｕｄｉｄａｒｙａｎ和Ａｌｉ?Ｍｅｄｉ发表的文章提出了一种基于反并联肖特基二极管的集??成限幅器和ＬＮＡ的联合设计［２３］。基于Ｏ．ｌｕｍ?ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ?ｐＨＥＭＴ工艺，采用??基于二极管限幅器和低噪声放大器的集成设计。测量结果表明，基于二极管的限??幅低噪声放大器的集成设计可以耐受高达２Ｗ连续波输入功率，测量的平均增益??和噪声系数（ＮＦ，?Ｎｏｉｓｅ?Ｆｉｇｕｒｅ）在２８－３９ＧＨＺ频率范围内分别为２１ｄＢ和２．３ｄＢ。??２０１８年１２月在《半导体技术》期刊中，中电十三所设计了一个基于ＰＩＮ二极??管限幅器和ＬＮＡ的一体化设计［２４］，所设计的芯片尺寸为３．３ｍｍｘ２．０ｍｍｘ〇．〇７ｍｍ。??测试结果表明，在３２？３８ＧＨｚ频率范围内，静态工作电流为２０?ｍＡ，ＮＦ低于３．ｌｄＢ，??增益高于１８ｄＢ，芯片在７０°Ｃ环境下，能够耐受２Ｗ脉冲功率。??目前国内外均主要采用混合集成方式，即通过将限幅器和低噪声放大器通过??级间匹配网络连接，来设计限幅低噪声放大器。在技术上，主要分为如图１－４所示??的采用单路结构和如图１－５所示的由两路限幅器和低噪声放大器，通过级联通路实??现的平衡式结构［２５］。??


本文编号：3134125