硅基工藝低噪聲放大器的研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，以相控陣?yán)走_(dá)、GSM/CDMA/LTE、WiFi以及Bluetooth為代表的一系列軍用和民用產(chǎn)品對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)的性能要求不斷提高。當(dāng)前，無(wú)線通信系統(tǒng)正朝著高性能、低成本和高集成度的方向發(fā)展。低噪聲放大器作為無(wú)線通信系統(tǒng)射頻模擬前端的關(guān)鍵模塊之一，其噪聲、功率增益、線性度和電壓駐波比等參數(shù)指標(biāo)直接影響整個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)的性能。由于硅基工藝低成本、高集成度等優(yōu)點(diǎn)，基于硅基工藝設(shè)計(jì)制備低噪聲放大器成為射頻領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)

2、。這對(duì)高性能、低成本的無(wú)線通信產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應(yīng)用具有重要意義。
　　本文圍繞硅基工藝的射頻低噪聲放大器設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，在分析硅基工藝低噪聲放大器的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)SiGe BiCMOS和CMOS兩種工藝條件，對(duì)基于HBT和NMOS晶體管的低噪聲放大器的噪聲特性、電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及電路設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究。本文的主要研究工作包括:
　　1、基于IBM0.18tm SiGe BiCMOS工藝設(shè)計(jì)了一款應(yīng)用于K

3、u波段相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)的低噪聲放大器。根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)要求，選取了兩級(jí)共射-共基（cascode）結(jié)構(gòu)的級(jí)聯(lián)電路。第一級(jí)在共射極引入簡(jiǎn)并電感以?xún)?yōu)化噪聲性能，第二級(jí)主要用于提高功率增益和線性輸出功率。為了提高線性度，本文充分考慮HBT的整流作用，在不增加芯片面積和復(fù)雜度的情況下，引入線性補(bǔ)償偏置電路提高放大器的線性度。仿真結(jié)果表明，在電源電壓3.3V時(shí)，噪聲系數(shù)低于4dB，功率增益大于22dB。在中心頻率16.5GHz處，1dB壓縮大于6.5d

4、Bm。與采用傳統(tǒng)電阻分壓偏置的放大器相比，本文設(shè)計(jì)放大器的1dB壓縮點(diǎn)功率增大了一倍。
　　2、針對(duì)我國(guó)TD-LTE無(wú)線通訊的通信頻帶，分析比較了幾種CMOS工藝下的噪聲優(yōu)化方法，提出了一種在功耗約束條件下同時(shí)實(shí)現(xiàn)噪聲匹配和功率匹配的方法。基于UMC0.18μm CMOS工藝設(shè)計(jì)了一款兩級(jí)cascode級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器，并完成了電路原理圖設(shè)計(jì)、版圖繪制和流片。仿真結(jié)果表明，當(dāng)電源電壓為1.8V時(shí)，放大器的工作頻率范圍在257