【正文】 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 ............................................ 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)計與仿真結(jié)果 ................................. 11 低噪聲放大器的電路圖設(shè)計 ......................................... 11 低噪聲放大器設(shè)計的性能指標(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)用到社會生活中的各個領(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、移動通信 、無線接入系統(tǒng)（藍(lán)牙）、高速語音、蜂窩式個人通信與基地站、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)動性和靈活性使它的應(yīng)用日益廣泛。 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)計已經(jīng)在現(xiàn)階段成為了一個研究新熱點(diǎn)。用于小信號、低噪聲的放大器是 A類放大器，一般情況下是用來做接收機(jī)前端的放大器或者功率放大器的前級放大的場合。低噪聲放大器 其主要作用是放大 接收機(jī) 天線從 外界 接收到的微弱信號，減少噪聲 對真正有用信號 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)，即將來自天線的弱信號在傳輸較低噪聲的情況下進(jìn)行放大。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，因為如果增益過大會使下級的混頻器的輸入大的異常，產(chǎn)生非線性失真的情況，但是它又不 能過于小，否則無法抑制后面各級的噪聲對整個系統(tǒng)的影響。 總之，增益是放大器的基本指標(biāo)。 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。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最佳的工作電流使 NF 得值得到最小。這樣在電路的設(shè)計中，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。 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足我們的要求的。 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由后端的混頻器向天線的泄露，即低噪聲放大器的隔離性能可以完全決定著本振泄露。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)反饋式的小信號等效電路 由上圖我們可以寫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)，滿足 gsC 不受制于阻抗匹配的限制。 經(jīng)上面的分析可以得出，源極電感負(fù)反饋式的匹配不會引入其他額外的噪聲，能夠呈現(xiàn)出阻抗匹配的同時讓噪聲系數(shù)降到最低。本篇論文所采用的結(jié)構(gòu)也是如此。其中，忽略 MOSFET的柵極寄生電阻，兩個 MOSFET 間的寄生電容用 1C 表示。 單端和差分放大器 單端放大器是指當(dāng)放大器只有一個輸入端和一個輸出端的情況，而它的性能與它的直流偏置狀態(tài)是密不可分的。 所以，本篇論文也采用了差分的結(jié)構(gòu)來設(shè)計低噪聲放大器。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 對電路的影響 受到抑制 ，而且因為共柵電路中的低輸入阻抗特性的存在使 得共源電路中的密勒倍增效應(yīng)可以有效的被克服。共源管 M M2是整個電路設(shè)計的關(guān)鍵部分，其中的噪聲系數(shù)決定著整個電路中的噪聲性能。在這里需要說明的是，在畫原理圖的時候，我們在 Component Palette List 選擇 元件庫，而我們的設(shè)計電路圖如下圖大部分的元件都是調(diào)用庫文件 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。 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。 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的噪聲系數(shù)對整個系統(tǒng)的影響降低到 最低，但是對于增益的大小，要有一定的限度，不能夠過大，因為過大 后 會使后面的混頻器過載，出現(xiàn)非線性失真的情況。在 這 個時候 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 。在這里也注意到這個時候電路的增益是,相比之前的 提高了 。由圖示我們可以看到 1dB的壓縮點(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時的 RF_pwr的值的大小，即是 1dB的壓縮點(diǎn)為 。 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。 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。真的很感謝你們！ 最后，要特別由衷的感謝各位評審老師對本篇論文的評審，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. [2] 楊國吟 .基于 CMOS工藝的低噪聲放大器與混頻器設(shè)計 [D].南京 :南京理工大學(xué) ,2020. [3] 鄧桂萍 .CMOS 低噪聲放大器的研究 [D].長沙 :湘潭大學(xué) ,2020. [4] 張杰 .低功耗 RFCMOS低噪聲放大器的設(shè)計 [D].合肥：安徽大學(xué) ,2020. [5] 李竹 .基于 CM0S工藝的一種低功耗高增益低噪聲放大器 [J].現(xiàn)代電子技術(shù) .2020, 235(20):30一 32. [6] 李竹 ,陳志恒 ,王志功 . CMoS低噪聲放大器 [J].電子器件 . 2020,27(1):72一 74. [7] KuoHua Cheng,Christina F. Novel LNA with Digital Gain Control using CMOS[C].APMC202