硅基工藝低噪聲放大器的研究.pdf

1、隨著無線通信技術(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)品對無線通信系統(tǒng)的性能要求不斷提高。當(dāng)前，無線通信系統(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)直接影響整個無線通信系統(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)計制備低噪聲放大器成為射頻領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)

2、。這對高性能、低成本的無線通信產(chǎn)品的開發(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)計展開研究，在分析硅基工藝低噪聲放大器的國內(nèi)外研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，針對SiGe BiCMOS和CMOS兩種工藝條件，對基于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，選取了兩級共射-共基（cascode）結(jié)構(gòu)的級聯(lián)電路。第一級在共射極引入簡并電感以優(yōu)化噪聲性能，第二級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，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)計放大器的1dB壓縮點(diǎn)功率增大了一倍。
　　2、針對我國TD-LTE無線通訊的通信頻帶，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實現(xiàn)噪聲匹配和功率匹配的方法。基于UMC0.18μm CMOS工藝設(shè)計了一款兩級cascode級聯(lián)結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器，并完成了電路原理圖設(shè)計、版圖繪制和流片。仿真結(jié)果表明，當(dāng)電源電壓為1.8V時，放大器的工作頻率范圍在257