【正文】 上的原因，它本身就是一種窄帶匹配結(jié)構(gòu)的放大器，能夠利用源極電感實(shí)現(xiàn)輸入阻抗是正實(shí)部的狀態(tài)，從而能夠獲得較滿(mǎn)意的噪聲性能即使是在功耗受限制的情況下。 經(jīng)上面的分析可以得出，源極電感負(fù)反饋式的匹配不會(huì)引入其他額外的噪聲，能夠呈現(xiàn)出阻抗匹配的同時(shí)讓噪聲系數(shù)降到最低。 共源共柵結(jié)構(gòu)（ Cascode）的低噪聲放大器 在前面面對(duì)常用的低噪聲放大器匹配結(jié)構(gòu)的比較中，我們已經(jīng)決定的是采用共源電感負(fù)反饋匹配機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)。本篇論文所采用的結(jié)構(gòu)也是如此。正是因?yàn)檫@樣，它會(huì)產(chǎn)生一系列的問(wèn)題，一方面它會(huì)使低噪聲放大器（ LNA）的噪聲性能變得很糟糕，而另一方面，又會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)變得很不穩(wěn)定。其中，忽略 MOSFET的柵極寄生電阻，兩個(gè) MOSFET 間的寄生電容用 1C 表示。這里需要 說(shuō)明的是，當(dāng) MOSFET 工作于飽和區(qū)的時(shí)候，溝道電阻會(huì)變得很大，即漏源之間的溝道跨導(dǎo) 2dsg 會(huì)很小，因此從以上的正比關(guān)系可以得出共源共柵的結(jié)構(gòu)中反向增益 12Y 是比較小的。 單端和差分放大器 單端放大器是指當(dāng)放大器只有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的情況，而它的性能與它的直流偏置狀態(tài)是密不可分的。它與單第 2 章 低噪聲放大器的基本原理以及性能參數(shù) 10 端放大器相比較，差分放大器面積增大一倍，但可喜的是它能夠在很大的程度上改善了電路的性能，以下幾點(diǎn)是它的優(yōu)點(diǎn) ]9[ ： 1） 運(yùn)用差分結(jié)構(gòu)能夠抑制偶次諧波帶來(lái)的干擾。 所以，本篇論文也采用了差分的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)低噪聲放大器。因?yàn)榈驮肼暦糯笃鞯那凹?jí)會(huì)使一個(gè)為了得到良好的濾波特性的無(wú)源濾波器，這時(shí)系統(tǒng)就要求濾波器的負(fù)載為一個(gè)特定的阻抗，有如 50? 。后面又采用了共源共柵結(jié)構(gòu)（ Cascode）目的是增大了低噪聲放大器的反向隔離，又提高了整個(gè)電路的穩(wěn)定性，這種結(jié)構(gòu)擁有著最理想的輸入輸出間的隔離度， 使 極間電容 gdC 對(duì)電路的影響 受到抑制 ，而且因?yàn)楣矕烹娐分械牡洼斎胱杩固匦缘拇嬖谑?得共源電路中的密勒倍增效應(yīng)可以有效的被克服。 低噪聲放大器設(shè)計(jì)的性能指標(biāo) 要求 表 31 低噪聲放大器性能指標(biāo)的要求 參數(shù)名稱(chēng) 性能指標(biāo) 頻段 電源電壓 功耗 ? 50mW 輸入輸出阻抗 50? 噪聲系數(shù) ? 2dB 增益 10~20dB 1dB 壓縮點(diǎn) ? 12dB 三階交調(diào)截點(diǎn) ? 10dB 第 3 章 低噪聲放大器的基本原理以及性能參數(shù) 12 低噪聲放大器 （ LNA） 的電路圖 本篇論文在前面已經(jīng)討論過(guò)低噪聲放大器的整體設(shè)計(jì)思路，也分析了輸入匹配以及查閱了有關(guān)噪聲優(yōu)化的討論。共源管 M M2是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，其中的噪聲系數(shù)決定著整個(gè)電路中的噪聲性能。 這里也可以看到，采用的是 差分 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)低噪聲放大器，差分結(jié)構(gòu)能夠很好的降低襯底耦合噪聲，并且還能夠在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中產(chǎn)生抑制偶次諧波的產(chǎn)生。在這里需要說(shuō)明的是，在畫(huà)原理圖的時(shí)候，我們?cè)?Component Palette List 選擇 元件庫(kù)，而我們的設(shè)計(jì)電路圖如下圖大部分的元件都是調(diào)用庫(kù)文件 TSMC RF CMOS ，除了 兩端的 Term 是在 SimulationS_Param 中 調(diào)用的，電感 Lg、 Ls 是在 LumpedComponent 中調(diào)用的。根據(jù)先前所預(yù)先設(shè)定的低噪聲 LNA 的性能指標(biāo)要求，依次進(jìn)行了直流仿真 DC、輸入輸出匹配仿真、 增益仿真、噪聲系數(shù)仿真、線性度等等的仿真。 第 3 章 低噪聲放大器的基本原理以及性能參數(shù) 14 圖 35 DC 仿真控件 （ a） (b) 圖 36 DC 仿真結(jié)果 從以上的圖示標(biāo)注可以看出， 電路的偏置電壓是 852mV， I= Vdc=,這樣就可以知道功耗為 38mW. S 參數(shù)的仿真 現(xiàn)在，先在電路圖中將 DC 仿真控件刪掉或者按 使之失效。 圖 37 s參數(shù)的控件 第 3 章 低噪聲放大器的基本原理以及性能參數(shù) 15 圖 38 S 參數(shù)的第一次仿真結(jié)果 圖 39 Smith 圓圖 電路輸入輸出匹配： 低噪聲放大器（ LNA）通常是經(jīng)過(guò)傳輸線直接和前置的濾波器或者天線是相連的，為了實(shí)現(xiàn)電路的最小的噪聲系數(shù)或者功率的最大傳輸，讓濾波器的性能保持穩(wěn)定，這時(shí)放大器的輸入端就必須和它們進(jìn)行較佳 的匹配。 電路增益： 低噪聲放大器要有合適大小的增益，目的是要讓后面各級(jí)的噪聲系數(shù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響降低到 最低，但是對(duì)于增益的大小，要有一定的限度，不能夠過(guò)大，因?yàn)檫^(guò)大 后 會(huì)使后面的混頻器過(guò)載，出現(xiàn)非線性失真的情況。 噪聲系數(shù)： 噪聲系數(shù) 是指接收到的 信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)之后系統(tǒng)內(nèi)部 里 噪 聲造成信噪比的惡化程度。在 這 個(gè)時(shí)候 需要選擇要調(diào)諧的電路參數(shù) ，而此刻要 注意 的是 ,電路參數(shù)是指 元件參數(shù)而不是元件本身 。經(jīng)過(guò)反復(fù)耐心的參數(shù)調(diào)試，可以出現(xiàn)一組參數(shù)值，能夠很好的實(shí)現(xiàn)輸入與輸出阻抗的良好匹配。在這里也注意到這個(gè)時(shí)候電路的增益是,相比之前的 提高了 。所以這也就要求了低噪聲放大器必須是一個(gè)小信號(hào)的線性放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)接收到的信號(hào)完整性。由圖示我們可以看到 1dB的壓縮點(diǎn)為 。而從圖 317中，我們也可以很明了的看出隨著輸入功率的增加，低噪聲放大器的增益發(fā)生了壓縮的現(xiàn)象， 1dB壓縮點(diǎn)為 。而這兩條曲線用 maker標(biāo)出，可以清楚的得到它們相差 1dB時(shí)的 RF_pwr的值的大小，即是 1dB的壓縮點(diǎn)為 。 圖 319 HB Simulation Controller 下圖 320 所示是仿真可 以測(cè)量出的三階交調(diào)截止點(diǎn) 3IIP 的圖形。 第 3 章 低噪聲放大器的基本原理以及性能參數(shù) 22 圖 320 三階交調(diào)點(diǎn) 低噪聲放大器的仿真結(jié)果指標(biāo)值 表 33 低噪聲放大器的仿真結(jié)果 電源電壓 功耗 38mW 輸入輸出匹配 50? 噪聲系數(shù) 增益 1dB 壓縮點(diǎn) 輸入三階互調(diào)點(diǎn) 3IIP 將上面表 33 與表 11 相比，并且根據(jù)以參考的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的資料相比較，本篇 論文在功耗和增益等的性能方面還是有待改進(jìn)，而在噪聲系數(shù)和線性度等的性能方面是有改善的。先是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行整體的低噪聲放大器的設(shè)計(jì)，而且還分析了相關(guān)結(jié)構(gòu)工作原理，如在分析討論了4 種低噪聲 放大器（ LNA）的基礎(chǔ)上，最后采用的是電感源極負(fù)反饋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行低噪聲放大器的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；其次，對(duì)電感源極負(fù)反饋中的一些參數(shù)進(jìn)行分析討論，由于想要實(shí)現(xiàn)在輸入端和輸出端之間有著良好的隔離度，以及讓第一級(jí)的 MOSFET 產(chǎn)生的寄生柵漏電容為 gdC 對(duì)電路的影響降低到最低，所以最后采用的是共源共柵結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)；再次，也分析討論了單端放大器和差分放大器的區(qū)別，最后采用了能夠最大限度改善電路性能的差分結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)，但是這里出現(xiàn)的不足之處 是差分放大結(jié)構(gòu)就意味著增大了電路的功耗和芯片的面積；最后，用 ADS2020 的軟件進(jìn)行電路的仿真， 基于 TSMC CMOS 工藝庫(kù)的 仿真結(jié)果為：在 處， 輸入回波放射系數(shù) 11S 為 ，輸出回波系數(shù) 22S 為 ，它們 都小于 30dB, 說(shuō)明擁有著良好的輸入、輸出匹配的特性。 1dB 壓縮點(diǎn)為 和輸入三階互調(diào)點(diǎn)為 ，表明著電路的線性度良好。總之，以上所涉及到的不足與問(wèn)題，以后要多學(xué)習(xí)、多總結(jié)，爭(zhēng)取不斷的改善自身的不足，讓自己在電 路 設(shè) 計(jì) 之 路 上 能 夠 走 得 更 遠(yuǎn) 。真的很感謝你們！ 最后，要特別由衷的感謝各位評(píng)審老師對(duì)本篇論文的評(píng)審，在此向你們致敬！參考文獻(xiàn) 25 [參考文獻(xiàn) ] [1] 陳邦媛 .射頻通信電路 [M].第二版 .北京 :科學(xué)出版社 ,2020. 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