应用于ADAS系统的CMOS低噪声放大器技术研究

发布时间：2020-09-17 08:19

　　 随着人们生活水平的提高,汽车作为我们日常出行的工具也越来越普及,汽车数量的飞速增长使得交通越来越拥挤,造成了交通事故频频发生,人们的人身财产安全受到严重威胁。在保障人们的出行安全迫切的需求下,基于毫米波雷达的高级驾驶辅助系统(ADAS)应运而生。而低噪声放大器作为毫米波雷达接收机的第一个有源模块,其性能的好坏对接收信号的判别有极其重要的影响,所以本文着眼于毫米波雷达ADAS系统的前端低噪声放大器研究有着重大的意义。首先,本文简单介绍了ADAS系统的概况,然后介绍了近几年低噪声放大器的研究成果,接着对低噪声放大器的指标以及电路中常用的器件模型进行了详细论述,为低噪声放大器的设计打下基础。然后,本文给出了ADAS系统接收机的架构以及低噪声放大器的设计指标,通过与传统电路结构的对比,最终选择两级共源结构来实现低噪声放大器的设计。随后详细介绍了其设计流程,包括晶体管尺寸的选择及其静态工作点的确定,变压器巴伦的设计,输入和输出匹配电路以及温度补偿偏置电路的设计,最后进行了版图设计和后仿真。后仿真结果显示S_(11)在21GHz~28GHz均小于-10dB,24GHz处S_(21)为16.3dB且在带内均大于14dB,噪声系数的仿真值为4.78dB,在工作范围内均小于5dB,输入1dB压缩点为-7.5dBm左右,整体功耗为31mW。经过测试,带有本设计低噪声放大器的ADAS系统接收链路工作正常,测试结果与链路仿真值基本吻合。最后,本文针对前一款低噪声放大器的不足,进行了改进,首先考虑了芯片封装应用中金丝键合线带来的影响,将金丝引入的大电感带入输入匹配电路中进行抵消,然后考虑到低噪声放大器的可靠性,将第二级共源级替换为两个cascode并联结构,保证了MOS管极间电压不超标,同时也拥有很多电路密度余量。级间匹配增加了串联电感,补偿了高频增益,使增益曲线更加平坦,然后通过load-pull技术改进了输出匹配,最后在偏置电路基础上加入使能电路,用来控制低噪声放大器的工作状态。最终从后仿真结果可以看出,频点处增益为16.6dB,且带内波动小于1dB,噪声系数4.35dB,输入1d B压缩点为-9dBm,并且该低噪声放大器也拥有良好的温度和工艺角特性。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.6

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本文编号：2820475