通信系统中功率放大器和低噪声放大器的研制

电子科技大学硕士学位论文通信系统中功率放大器和低噪声放大器的研制姓名：欧阳溢波申请学位级别：硕士专业：电子科学与技术指导教师：谢文楷20060301通信系统中功率放大器和低噪声放大器的研制作者：欧阳溢波学位授予单位：电子科技大学相似文献(10条)1.期刊论文项莉萍.柯导明.XIANGLi-ping.KEDao-ming基于Volterra级数的CMOS低噪声放大器的非线性分析-太原科技大学学报2008,29(3)在分析CMOS低噪声放大器非线性来源的基础上,给出了度量低噪放线性度的重要指标三阶交调点(IP3),并利用Volterra级数作为分析工具研究了CMOS低噪声放大器的三阶交调失真.推导得到的结果与仿真得到的结果基本吻合.2.学位论文喻浩然2.4GHz接收机芯片中的0.35μmBiCMOS混频器分析与设计2007近年来，由于人们对于网络应用和移动数据交换的需求越来越高，无线局域网络在企业，学校以及家庭中得到越来越多的应用。为适应人们对带宽不断增长的需求，GHz以上的无线高频通信发展迅速，目前发展的主要有两个频带上的应用，分别是2.4GHz的ISM频带(Industrial，Scientific，andMedicalBand)以及5GHz的u-NⅡ频带(UnlicensedNationalInformationInfrastructureBand)。其中2.4GHzISM频带在射频前端相对容易实现，应用较广。然而射频集成电路设计的核心技术仍掌握在国外的几家大公司手中。如何尽快地突破和解决射频集成电路的设计难点，拥有我国自行设计的芯片，是我国集成电路设计产业的当务之急。由于在射频电路中器件的正确建模对于设计的准确性十分重要，本文首先讨论了集成无源器件模型以及MOS器件的射频模型。然后根据国际上在噪声模型方面的最新进展，推导了低噪声放大器在同时考虑冲击噪声和闪烁噪声情况下的最小噪声因子。这一推导有助于更准确地估计噪声，有利于低噪声器件的设计。其次本文介绍了混频器的基本原理以及几种常见结构。针对应用最广泛的吉尔伯特型混频器，文章较为详细地分析了它的性能特点，并探讨了指标之间的折衷关系。在此基础上，结合2.4GHzISMBand接收机项目的要求，对常用混频器结构做出优化改进。对于第一级混频器通过优化的输入匹配网络和仔细设计晶体管尺寸、工作点来改善噪声系数(NF)。同时，采用谐振的LC回路做电流源，以及并联的PMOS管．电阻做负载，获得了高线性度。后仿真结果显示单边带噪声系数约等于8.57dB，转换增益约等于10dB,1dB压缩点约等于-7.84dBm，输入三阶交调点约等于4.52dBm。对于第二级混频器采用LC回路作为负载完成差分输出到单端输出的转换以及实现抑制噪声的目的。后仿真结果如下：单边带噪声系数约等于11.63dB，转换增益约等于4.53dB，1dB压缩点约等于-3.21dBm，输入三阶交调点约等于2.28dBm。最后完成了2.4GHz前端低噪声放大器和混频器的级联仿真，后仿真结果为：单边带噪声系数约等于5.84dB，转换增益约等于21.21dB，1dB压缩点约等于-16.91dBm，输入三阶交调点约等于-5.65dBm。满足2.4GHz射频接收前端的要求。所有的器件都基于Jazzo.35μmBiCMOS工艺设计。3.期刊论文陈建华.赵远东.吴健.CHENJian-hua.ZHAOYuan-dong.WUJianVHF-UHF超低噪声放大器的设计-通信技术2009,42(1)介绍了应用AvagoATF-54143设计VHF-UHF超低噪声放大器,阐述了利用电感串联反馈、RC反馈技术,损耗一定的增益,实现输入输出匹配和放大器的无条件稳定.利用ADS进行仿真设计,对产品实际测量,G20dB,NF1dB,0IP335dBm.结果表明此低噪声放大器达到了预设的技术指标,性能良好,可用于接收机前端.4.学位论文周长川射频元件模型分析与低噪声放大器设计2007近年来随着微电子技术的进步，通信技术飞速发展，射频技术在各个领域得到广泛应用。作为射频技术的基础，高性能的射频集成电路成为研究的热点。传统的射频集成电路主要采用GaAs工艺或者硅双极技术，成本高、功耗大。而射频CMOS集成电路，由于成本低、功耗小，日益引起人们的重视。本文首先分析了硅基射频器件的射频模型，选择适合用于设计的射频集成电路的模型。从低噪声放大器的设计原理出发，从噪声匹配、线性度、阻抗匹配等方面详细讨论了低噪声放大器的设计。电路采用TSMC0.18μmCMOS工艺进行设计，利用ADS2005A对电路进行模拟。主要设计了单端和差分结构两种低噪声放大器，具有低噪声，低功耗、高增益、线性度好的特征。仿真结果表明，它的噪声系数为1.6-2.1dB，正向增益为13-18dB，三阶交调点llP3为大于-2dBm，阻抗匹配良好，回波损耗小于-15dB。此外，还进行射频集成电路中常用的混频器进行了设计，以吉尔伯特混频器为基础，设计了一个双平衡的混频器，采用小电阻改善输入阻抗。采用TSMCO．18μmCMOS工艺，仿真结果表明，混频器阻抗匹配良好，双边带噪声NFdsb为5.698dB，单边带噪声NFssb为9.287dB，可见噪声性能良好，中频转换增益为9．05dB，输出三阶交调点为0IP3为23．19dBm，混频器具有较好的线性度，达到较好的结果。5.期刊论文应用于IEEE802.11b无线局域网系统的2.4GHzCMOS单片收发机射频前端-半导体学报2005,26(9)实现了一个应用于IEEE802.11b无线局域网系统的2.4GHzCMOS单片收发机射频前端,它的接收机和发射机都采用了性能优良的超外差结构.该射频前端由五个模块组成:低噪声放大器、下变频器、上变频器、末前级和LO缓冲器.除了下变频器的输出采用了开漏级输出外,各模块的输入、输出端都在片匹配到50Ω.该射频前端已经采用0.18μmCMOS工艺实现.当低噪声放大器和下变频器直接级联时,测量到的噪声系数约为5.2dB,功率增益为12.5dB,输入1dB压缩点约为-18dBm,输入三阶交调点约为-7dBm.当上变频器和末前级直接级联时,测量到的噪声系数约为12.4dB,功率增益约为23.8dB,输出1dB压缩点约为1.5dBm,输出三阶交调点约为16dBm.接收机射频前端和发射机射频前端都采用1.8V电源,消耗的电流分别为13.6和27.6mA.6.学位论文周灵运2.4GHz零中频接收机设计2005本文采用中芯国际(SMIC)0.25umCMOS工艺来设计2.4GHz射频无线局域网接收机电路。接收机采用零中频(Zero-IF)结构架构，便于将整个无线局域网系统的接收/发射集成为芯片。无线局域网接收机设计包括低噪声放大器(LowNoiseAmplifier)的设计，下变频混频器(Mixer)的设计，可变增益放大器(VariableGainAmplifier)，低通滤波器(LowPassFilter)，多相滤波器(Polyphase)以及直流漂移补偿单元(DC-offsetcancellation)的设计等。低噪声放大器采用差分共源共栅电感负反馈结构，噪声系数可达到2.9dB，输入三阶交调点为2dBm@25MHz。混频器采用Gilbert双平衡有源结构，其输入三阶交调点为-3dBm@25MHz，噪声系数为8.6dB。可变增益放大器设计成六位VGA单元串联，其增益范围为0～72dB，增益步长为2dB。直流漂移补偿单元用负反馈来实现，补偿的高通频率为1KHz。低通滤波器采用八阶巴特沃斯滤波器来实现，截止频率为8MHz，多相滤波器则采用三阶的电容电阻的循环连接，将本振差分信号转变成四相正交信号，其相位误差为0.032Deg。整个接收机电路用Cadence公司的AffirmaRFSimulator工具仿真，版图设计用Cadence公司Virtuoso来完成。7.学位论文杨凯增益可调超宽带低噪声放大器2008近年来，超宽带技术(UwB)作为一种新兴的无线通信技术成为了研究的热点。低噪声放大器(LNA)是超宽带系统接收前端最重要的模块，其噪声性能直接影响整个系统的噪声性能，所以对于超宽带低噪声放大器的研究具有重要的意义。本文首先介绍了超宽带低噪声放大器的研究现状和意义，并引出了增益可调超宽带低噪声放大器研制的必要性；然后系统地概述了超宽带低噪声放大器的基本理论；最终设计出了性能比较优越的连续增益可调的超宽带低噪声放大器。本文所做的工作和创新如下：(1)总结和分析了当前超宽带低噪声放大器的各种结构，对其小信号模型，噪声模型作了分析并比较了它们的优缺点。(2)对现有的增益可调技术作了简要地介绍，比较了它们的优缺点。(3)设计出一种3-5GHz的具有大范围连续增益变化的CMOS可调增益低噪声放大器，采用两极的共源共栅电路结构，二阶切比雪夫滤波器作为输入，源极跟随器作为输出，在带内获得了良好的输入输出匹配和噪声性能。通过控制第二级的偏置电流，获得了36dB的连续增益可调，同时也不影响输入输出匹配．该电路在最高增益时输入和输出反射系数S11和S22分别小于-10.1dB和-15dB，最高增益达到23.8dB，最小噪声系数只有1.5dB，三阶交调截点为-7dBm，在1.2V的供压下，功耗为6.8mW。(4)提出应用于3-10GHz的连续增益可调的低噪声放大器，采用共栅输入，并利甩一个简单的高通滤波器置于输入端和电感峰化来实现3-10GHz的宽带匹配。同样也是通过控制第二级的偏置电流来实现连续增益可调，同时也不影响输入输出匹配。其电路性能如下：连续增益可调范围是19dB，输入和输出反射系数S11和$22分别小于-10.3dB和-10.6dB，在12.4dB的最高增益时，最小噪声系数为3.28dB，在1.5V的供压下直流为13.1mA。本文提出的电路由ADS软件仿真，采用TSMC0.18μmCMOS工艺，并利用Candence软件画出版图和后仿真，前仿和后仿结果与当前发表过的UWBLNA相比，具有很大的优越性，并实现了超宽带低噪声的连续增益可调的功能。8.期刊论文徐化.姚远.石寅.FaFosterDai.XuHua.YaoYuan.ShiYin.FaFosterDai一种新型的5GHz自适应偏置及可变增益低噪声放大器-电子与信息学报2006,28(8)该文提出了一种新型的自适应偏置及可变增益低噪声放大器(LNA),利用电荷泵(亦称电压倍增器)将LNA输出信号转换成与LNA射频输入信号功率成比例变化的直流信号,以此信号同时反馈控制LNA的偏置和增益,来实现自适应偏置以及可变增益低噪声放大器,从而极大地改善了LNA的输入线性范围.鉴于5GHz频率下,Bipolar相对于CMOS更好的频率特性和低噪声特性,该项研究采用了BiCMOS工艺,实现了低于3.0dB的噪声系数(高增益状态下)和大约13dBm的输入三阶交调点ⅡP3的控制范围以及大于15dB的增益控制范围.9.学位论文张思翼低噪声放大器自动测试系统设计2007传统的低噪声放大器测试工作主要通过人工读数、手工记录数据的手段来进行，这种工作方式容易产生测试误差，且测试过程速度慢，工作效率低，这对大批量测试十分不利。有鉴于此，开发了一套基于虚拟仪器技术的低噪声放大器自动测试系统。通过GPIB总线技术，把网络分析仪、频谱分析仪、射频信号源、噪声系数分析仪等射频程控仪器与外部计算机连接起来，形成自动测试系统的硬件构架。软件系统设计以VB6.0为主要开发平台，在虚拟仪器库VISACOM的基础上，使用外部计算机向程控射频仪器发送可编程仪器标准命令，依次进行测试参数初始化、校准和数据测量的工作。自动测试系统对低噪声放大器测试以下指标：反射系数、前向增益、增益平坦度、插入损耗、端口隔离度、三阶交调截取点以及噪声系数等。测试系统能自动对从仪器采集到的数据进行分析、处理，以判别低噪声放大器合格与否，并将符合要求的低噪声放大器的测试记录存入数据库系统中。目前，低噪声放大器自动测试系统已架构成功，它大大提高了仪