【正文】 集美大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 鄭鵬達(dá)：基于 ADS 的低噪聲放大器設(shè)計(jì) 基于 ADS 的低噪聲放大器設(shè)計(jì) [摘要 ] 伴隨著無線通信和 CMOS 工藝的發(fā)展，讓基于 CMOS 工藝下的射頻集成電路設(shè)計(jì)成為目前研究熱點(diǎn)。本文主要是設(shè)計(jì)低噪聲放大器， 決定著接收機(jī)整體性能的關(guān)鍵模塊。它需要具有低噪聲、良好的增益、線性度、較低的功耗和合適的輸入輸出匹配。本文是基于 TSMC CMOS 工藝并 運(yùn)用電感源極負(fù)反饋與共源共柵結(jié)構(gòu)的結(jié)合作為設(shè)計(jì)低噪聲放大器的基本框架，并采用 ADS 軟件對(duì)電路圖進(jìn)行仿真，對(duì)初步仿真結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步分析 ,處理的難點(diǎn)在于這些參數(shù)是密不可分的，因此要對(duì)它們進(jìn)行折衷的考慮分 析、優(yōu)化調(diào)諧操作等等。仿真結(jié)果 為 ：在 處，輸入輸出回波放射系數(shù) 11S 與 22S 都小于 30dB, 增益值 21S 為 ，功耗為 38mA，噪聲系數(shù)為 ,1dB 壓縮點(diǎn)為 dBm,三階互調(diào)點(diǎn)為 。以上結(jié)果均滿足 預(yù)先的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。 [關(guān)鍵詞 ] 低噪聲放大器 ADS 仿真 CMOS 工藝 電感源極負(fù)反饋共源共柵 Low Noise Amplifier design besed on ADS 集美大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 鄭鵬達(dá)：基于 ADS 的低噪聲放大器設(shè)計(jì) Zheng pengda NO: 2020850022, Electronic science and technology major, 2020, Information Engineering College of Jimei University Abstract: With the development of wireless munication technologies and CMOS technology, let radio frequency integrated circuit design based on CMOS process has bee the hot topic of the current research. This paper is to design the low noise amplifier whicth is the key to the overall performance of the receiver module. It has required low noise,good gain and linearity, low power consumption, the appropriate input and output matching. This paper is based on TSMC um CMOS process and cascode topology with inductive source degenration negative feedback as the basic framework of the design of low noise amplifier. The circuit diagram of low noise amplifier with ADS software simulation. Forpreliminary simulation results for further analysis, deal with thedifficulty is that these parameters are inseparable, so want to promise their consideration analysis, optimization and tuning operation and so on. Simulation results : at GHz, input and output echo radiation coefficient and are less than 30 dB, the gain value of dB, power consumption is 38 ma, noise coefficient is dB, 1 dB pression point for dBm, The thirdorder intermodulation point of dBm. These results can satisfy the requirements of design index of the advance. Key words : Low Noise Amplifier, ADS simulation, CMOS technology, Cascode topology with inductive source degenration 目錄 目錄 引 言 .................................................................... 1 第 1章 低噪聲放大器的基本原理以及性能參數(shù) ................................ 2 基本概念 ......................................................... 2 低噪聲放大器性能參數(shù)的介紹 ....................................... 2 第 2章 低噪聲放大器的方案設(shè)計(jì) ............................................ 7 電感源極負(fù)反饋結(jié)構(gòu)的采用以及相應(yīng)的參數(shù)介紹 ........................ 7 共源共柵結(jié)構(gòu)（ Cascode）的低噪聲放大器 ............................. 8 單端和差分放大器 .................................................. 9 第 3章 低噪聲放大器的電路設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果 ................................. 11 低噪聲放大器的電路圖設(shè)計(jì) ......................................... 11 低噪聲放大器設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)要求 ............................. 11 低噪聲放大器（ LNA）的電路圖 ................................ 12 仿真結(jié)果電路圖 ................................................... 12 仿真結(jié)果分析 ..................................................... 13 DC直流仿真 ................................................ 13 S參數(shù)的仿真 ............................................... 14 S 參數(shù)的調(diào)諧模式 .......................................... 16 1dB 壓縮點(diǎn)仿真 ............................................. 19 三階互調(diào)仿真 .............................................. 21 低噪聲放大器的仿真結(jié)果指標(biāo)值 .............................. 22 結(jié)論 .................................................................... 23 致謝語 .................................................................. 24 [參考文獻(xiàn) ] .............................................................. 25 引言 1 引 言 近年來，隨著無線通信技術(shù)被大規(guī)模應(yīng)用到社會(huì)生活中的各個(gè)領(lǐng)域，如： GPS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、無線局域網(wǎng) WLAN、雷達(dá)、遙感遙控、移動(dòng)通信 、無線接入系統(tǒng)（藍(lán)牙）、高速語音、蜂窩式個(gè)人通信與基地站、智能交通系統(tǒng)等等，射頻無線通信技術(shù)在現(xiàn)代生活中就扮演著舉足輕重 的角色，它的高度機(jī)動(dòng)性和靈活性使它的應(yīng)用日益廣泛。 低噪聲放大器存在于射頻接收機(jī)的前端 ，對(duì)于提高整個(gè)接收系統(tǒng)的工作性能起著至關(guān)重要的作用。而這就意味著我們在設(shè)計(jì)低噪聲放大器（ Low Noise Amplifier， LNA）中必須要對(duì)于一些性能參數(shù)如：增益、噪聲、功耗以及線性度等性能指標(biāo)中必須要做一個(gè)合理的折衷。而現(xiàn)在，對(duì)于無線通信設(shè)備的需求日益增長，隨著技術(shù)創(chuàng)新的提高，對(duì)于低噪聲放大器的低功耗、大動(dòng)態(tài)范圍、低噪聲、高線性度等的要求也越來越高。 在設(shè)計(jì)低噪聲放大器的時(shí)候，對(duì)比眾多的集成制造工藝中，針對(duì) CMOS 而言，因?yàn)樗墓に嚦墒?、功耗最小、成本幾乎最低等等的特點(diǎn)，使得它的應(yīng)用最為廣泛。伴隨著技術(shù)水平的提高，一些特性如噪聲特性和頻率特性也逐步得到了很大的改善和提高。也正是因?yàn)檫@些 CMOS 的優(yōu)勢，用它來實(shí)現(xiàn)射頻通信 SOC 是非常有吸引力的。近年，隨著特征尺寸在不斷縮小，深亞微米 CMOS工藝其 MOSFET的特征頻率已經(jīng)在前些年達(dá)到 50GHz以上 ]1[ ，所以我們利用 CMOS 來設(shè)計(jì) GHz 頻段的高頻模擬電路已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，如有的甚至是整個(gè)片上系統(tǒng)。 因此，在片上系統(tǒng)的驅(qū)使下，基于 CMOS 的射頻集成電路設(shè)計(jì)已經(jīng)在現(xiàn)階段成為了一個(gè)研究新熱點(diǎn)。 ADS（ Advanced Design System）是 Agilent 公司研發(fā)出來針對(duì)射頻電路的仿真軟件，它有著強(qiáng)大的功能，仿真手段多樣，可以提供幾乎所有射頻微波電路的設(shè)計(jì)仿真和優(yōu)化，是射頻工程師們強(qiáng)大武器。本篇論文也著重運(yùn)用 ADS 軟件對(duì)低噪聲放大器的進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真與優(yōu)化。 現(xiàn)階段，我國在射頻集成電路方面雖然起步較晚，但是近年來在各方面已經(jīng)開始在大力的追趕，目前也已經(jīng)取得了很大的突破，在射頻集成電路方面也得到了足夠的重 視。因此，關(guān)于低噪聲放大器等的重要部件正成為一大技術(shù)研究熱點(diǎn)，這也意味著研究和應(yīng)用低噪聲放大器在無線通