射频前端无电感低噪声放大器及移相器的研究与设计

发布时间：2017-06-10 09:00

  本文关键词：射频前端无电感低噪声放大器及移相器的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着CMOS工艺的进步,将多个电路模块集成在单个芯片上来完成通信,成为一种发展趋势。低噪声放大器(LNA)和移相器(Phase Shifter)是射频前端的组成模块,对无线通信系统有重要意义。LNA位于接收机模块的第一级,其噪声决定了接收机的灵敏度；并且由于多频带无线通信标准的广泛应用及手持设备的普及,使得LNA的设计趋于低噪声,宽带、低功耗。移相器常用于雷达收发组件中,提供高精度调幅调相的功能对雷达系统有重要意义。本文基于CMOS工艺,对低噪声放大器和移相器两个模块的研究,做了以下工作：1.本文提出了一种利用多次跨导增强技术和正反馈支路来实现超宽带、低功耗、低噪声的LNA。结合有源和无源跨导增强技术,保证匹配的同时降低功耗：正反馈支路的引入,增加了跨导的自由度,缓解了输入匹配和噪声系数之间的约束关系,改善了噪声和功耗的折中关系。本文基于SMIC 40nm工艺,设计的LNA覆盖了0.1-6.5GHz的超宽带,经过输出缓冲器的衰减后实现13dB的增益,3dB带宽达4.4GHz。在1GHz处噪声系数取得3dB的最优值,线性度为-15.59dBm,功耗为3.6mW@lV。2.针对移相器的设计,本文分析了有源移相器和无源移相器系统。有源移相器系统由衰减器、输入巴伦、I/Q网络、VGA、输出巴伦、功率放大器组成,本文详细介绍了I/Q网络的实现、可变增益放大器(Variable Gain Amplifier)的结构及其相关编码的设计,实现了高精度相移。系统设计基于TSMC 180nm工艺,在1.9-2.6GHz工作频段内实现了以5.625°为步进覆盖360。的移相,相移的均方根误差不超过0.9253。,衰减系数的均方根误差不超过0.17dB,温度补偿模块的引入,使增益在不同温度下保持平坦。3.无源移相系统由衰减器和移相器组成。本文选用Bridge-T型衰减器,实现了良好的输入匹配和高精度的衰减。对于6位移相器的设计,着重分析和仿真了实现11.25°,22.5°和45°相移的模块。搭建系统版图联合仿真,结果证明,本文设计实现了1.9-2.4GHz的工作频段内,衰减系数均方根误差不超过0.3356dB,移相均方根误差不超过3°,受温度影响小的稳定调幅调相系统,满足4位衰减器和6位移相器均方根误差的设计指标。
【关键词】：低噪声放大器 移相器 低功耗 可变增益放大器 衰减器
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 第1章 绪论15-20
• 1.1 研究背景和意义15-17
• 1.2 国内外研究现状17-19
• 1.3 本文主要工作19-20
• 第2章 低功耗低噪声放大器的电路设计20-42
• 2.1 低噪放的基本介绍20
• 2.2 低噪放的性能参数20-23
• 2.3 常见共栅结构低噪放的拓扑结构23-26
• 2.3.1 传统差分共栅结构的低噪放24
• 2.3.2 采用电容交义耦合技术的低噪放24-25
• 2.3.3 采用有源跨导增强技术的低噪放25-26
• 2.4 本文基于跨导增强技术和正反馈支路的低噪放设计26-41
• 2.4.1 本设计低噪放的拓扑结构27-30
• 2.4.2 设计亮点分析30-32
• 2.4.3 电路性能参数分析32-36
• 2.4.4 电路版图及仿真结果36-40
• 2.4.5 性能对比40-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第3章 有源移相器系统的电路设计42-77
• 3.1 有源移相器系统的基本介绍42
• 3.2 系统整体框架设计42-43
• 3.3 I/Q网络的设计及仿真43-58
• 3.3.1 本文基于QAF结构的I/Q网络设计43-51
• 3.3.2 本文基于RC多相结构的I/Q网络设计51-58
• 3.4 可变增益放大器(VGA)部分设计及仿真58-72
• 3.4.1 VGA整体结构的介绍58
• 3.4.2 基于吉尔伯特单元VGA的原理58-60
• 3.4.3 I/Q路DAC电路的设计60-69
• 3.4.4 偏置电路及其版图设计69-70
• 3.4.5 预放大器电路及其版图设计70-71
• 3.4.6 VGA模块整体的版图设计71-72
• 3.5 系统版图及仿真结果72-76
• 3.5.1 系统版图及仿真环境设置72-73
• 3.5.2 系统仿真结果73-76
• 3.6 本章小结76-77
• 第4章 无源移相器系统的电路设计77-96
• 4.1 有源移相器系统的基本介绍77-78
• 4.2 系统框架组成78
• 4.3 4位衰减器的设计及仿真78-86
• 4.3.1 衰减器的典型结构介绍78-82
• 4.3.2 4位衰减器级联优化82-86
• 4.3.3 4位衰减器的版图设计86
• 4.4 6位移相器的设计原理86-91
• 4.5 电路系统设计结果91-95
• 4.6 本章小结95-96
• 第5章 总结与展望96-98
• 5.1 总结96-97
• 5.2 展望97-98
• 参考文献98-103
• 致谢103-104
• 在读期间发表的学术论文104

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本文编号：437883