【正文】 ss 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(yǔ) .................................................................. 24 [參考文獻(xiàn) ] .............................................................. 25 引言 1 引 言 近年來(lái)，隨著無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)局域網(wǎng) WLAN、雷達(dá)、遙感遙控、移動(dòng)通信 、無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)（藍(lán)牙）、高速語(yǔ)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(wú)線(xiàn)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。 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墓に嚦墒臁⒐淖钚?、成本幾乎最低等等的特點(diǎn)，使得它的應(yīng)用最為廣泛。 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)。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(wú)線(xiàn)通信發(fā)展中具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。用于小信號(hào)、低噪聲的放大器是 A類(lèi)放大器，一般情況下是用來(lái)做接收機(jī)前端的放大器或者功率放大器的前級(jí)放大的場(chǎng)合。當(dāng)然，合成的效率不可能達(dá)到 100%。低噪聲放大器 其主要作用是放大 接收機(jī) 天線(xiàn)從 外界 接收到的微弱信號(hào)，減少噪聲 對(duì)真正有用信號(hào) 的 影響 ，以供系統(tǒng)解調(diào)出 真正為我們所 需要的信息數(shù)據(jù)，即將來(lái)自天線(xiàn)的弱信號(hào)在傳輸較低噪聲的情況下進(jìn)行放大。而我們?cè)诘驮肼暦糯笃髟O(shè)計(jì)的前提是要滿(mǎn)足低噪聲放大器設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)，它也是我們判斷所設(shè)計(jì)的低噪聲放大器性能好壞的終極標(biāo)準(zhǔn)。低噪聲放大器的增益值 的 要求是要適當(dāng)?shù)?，即恰巧?合要求，因?yàn)槿绻鲆孢^(guò)大會(huì)使下級(jí)的混頻器的輸入大的異常，產(chǎn)生非線(xiàn)性失真的情況，但是它又不 能過(guò)于小，否則無(wú)法抑制后面各級(jí)的噪聲對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。 21s 和 12s 表示的是正向傳輸系數(shù)和反向傳輸系數(shù)的低噪聲放大器。 總之，增益是放大器的基本指標(biāo)。某些應(yīng)用中要求低噪聲放大器的增益是可以控制的 ]2[ 。 噪聲系數(shù) 噪聲可以降低了通信系統(tǒng)的靈敏度，進(jìn)而制約了通信系統(tǒng)的整體性能。如果這下降程度越大，則噪聲系數(shù)是越大的，假如一個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有任何其他的噪聲源的加入，此時(shí)總的輸出噪聲就完全由噪聲源來(lái)決定，那么噪聲系數(shù)由上式公式（ 16）可知就為1. 級(jí)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)情況下，如果元件越靠前，它對(duì)整個(gè)噪聲系數(shù)的影響是越大的。具體的，在參考文獻(xiàn) ]4[ 中也提到，靜態(tài)工作點(diǎn)的電流時(shí)能夠影響到放大器的噪聲系數(shù)的，通常在電路中都存在一個(gè)最佳的工作電流使 NF 得值得到最小。 輸入輸出阻抗匹配 低噪聲放大器是必須要能夠和它的信號(hào)源匹配的。這樣在電路的設(shè)計(jì)中，第 1 章 低噪聲放大器的基本原理以及性能參數(shù) 5 通常都盡量實(shí)現(xiàn)兩種匹配能更接近，而且在實(shí)現(xiàn)最大傳輸功率 50? 匹配的情形下，能夠?qū)⒃肼曄禂?shù)降到最低。由下圖 13 所示的是低噪聲放大器的匹配方式，這里大致將它分為四種形式和它們的組合。 圖（ b）共柵式的缺點(diǎn)是噪聲系數(shù)不管是在低頻條件還是高頻條件它的值都是不滿(mǎn)足我們的要求的。本篇論文所采用的結(jié)構(gòu)就是最后一種源極電感負(fù)反饋式。 隔離度和穩(wěn)定性 高的低噪聲放大器反向隔離度能夠降低本振信號(hào)由后端的混頻器向天線(xiàn)的泄露，即低噪聲放大器的隔離性能可以完全決定著本振泄露。 下面表格 11 是國(guó)內(nèi)外在設(shè)計(jì) CMOS 低噪聲放大器的性能指標(biāo)的參考資料。如圖 21 所示， 圖 21 電感源極負(fù)反饋式的共源放大器電路結(jié)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)的小信號(hào)等效電路如下圖 22 所示，該結(jié)構(gòu)忽略 gdC ， 圖 22 電感源極負(fù)反饋式的小信號(hào)等效電路 由上圖我們可以寫(xiě)出電路的輸入阻抗如式（ 21） 第 2 章 低噪聲放大器的基本原理以及性能參數(shù) 8 sCgssCin LsLZ gsmgs ??? 1 （ 21） 而可以在晶體管的柵極一端串聯(lián)一電感 Lg,這是為了用于優(yōu)化噪聲系數(shù)等等的指標(biāo)，滿(mǎn)足 gsC 不受制于阻抗匹配的限制。 目前，這種結(jié)構(gòu)是最廣泛的被用于低噪聲放大器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，總結(jié)以