【正文】 0 Proceedings. [8] Trung Kien Nguyen,NamJin Oh,YongHun Oh,S GookJulhm,Sang Gug Lee,Saman CMOS LowNoise Amplifier Design Optimization Techniques[J].IEEE transactions on microwave theory and ,53(2): 537548. [9] 高艷花 . [D].上海：復(fù)旦大學(xué) ,2020. [10] 黃波 .基于 [D].長沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生 院 .2020. [11] 林降乾 ,CMOS低噪聲放大器的研究 [D].杭州： 杭州電子科技大學(xué) .2020. [12] 李志群 ,王志功 .射頻集成電路與系統(tǒng) [M].北京 :科學(xué)出版社 ,2020:1一 390. [13] ToPo Wang,ChiaChi Chang,RenChieh Liu, MingDa LowPower Oscillator Mixer in CMOS TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND ,54(1):8894. [14] 梁新蕾 , CMOS低噪聲放大器的分析研究 [D].南京：南京理工大學(xué) .2020. [15] 減威 ,一種 CMOS射頻低噪聲放大器的設(shè)計 [D].貴州 :貴州大學(xué) ,2020:1 。 當(dāng)然，本人水平有限以及時間因素等的考慮，論文中還存在著很多的不足，以后關(guān)于這些方面的不足會加以改 正，比如：由于論文中有用到的電路理論原理的支持還是不夠完善，而且本人對于設(shè)計低噪聲放大器比較局限是以仿真分析為主，理論方面還是相對薄弱。結(jié)論 23 結(jié)論 在開始本篇論文之前，是首先是查閱了相關(guān)文獻(xiàn)，了解了近年來無線通信技術(shù)、射頻接收機(jī)的發(fā)展情況，學(xué)習(xí)總結(jié)了相關(guān)國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行基于 ADS的低噪聲放大器的設(shè)計的。 仿真的開始，要在原理圖中選擇 SimulationHB 選項 添加兩個 3IP out Measurement Equation 并進(jìn)行簡單的設(shè)置。 進(jìn)行仿真，使用 Eqn加入一個等式，作出 gain與掃描變 量 RF_pwr的關(guān)系圖如下圖 317所示。 調(diào)諧后的具體參數(shù)參考值如下表 32 所示。這時 我們選擇完參數(shù)之后，就會出現(xiàn)需要我們調(diào)諧的 操作 窗口，如下圖 311所示。不僅如此，負(fù)載的大小還能夠影響到放大器的增益。如圖 37進(jìn)行相應(yīng)的控件參數(shù) 的設(shè)置，之后按照步驟仿真，可以看到具體的仿真圖形，如圖 3 39所示。 第 3 章 低噪聲放大器的基本原理以及性能參數(shù) 13 圖 32 ADS 仿真低噪聲放大器（ LNA）的原理圖 仿真結(jié)果分析 本設(shè)計所采用的是 TSMC um CMOS 工藝的射頻工藝庫對 LNA 進(jìn)行仿真，如下圖33所示，而且有些元件是調(diào)用 TSMC RF CMOS 的工藝庫，如下圖 34 所示。這里級聯(lián)共柵 MOS 管為 M M4 它們在這里的作用是能夠最大程度抑制 M M2 的漏極電容 gdC 所造成的影響如密勒效應(yīng)，還能夠提高輸出與輸入間的隔離度，對放大器的穩(wěn)定性也有很大的提升。另外，差分結(jié)構(gòu)相比單管的線性度要好非常的多。因為低噪聲放大器處于接收機(jī)的最前端，所以毫無疑問對它的噪聲系數(shù)值要足夠低的。但是如果合理的運用差分放大器則是可很好的解決這個難題。 圖 23 共源共柵結(jié)構(gòu)下的小信號模型 這里根據(jù) Y參數(shù)中的定義，可以計算出共源共柵下的 Y參數(shù)中的 12Y 的公式為 ?21 2112 mgd dsgd gSCSCgSCY ???? (25) 其中， C = 1C + 2C (26) 在 Y 參數(shù)里， 12Y 是指反向增益，也就是所說的反饋大小。有資料顯示是這么認(rèn)為的，這個電容將會影響電路的高頻響應(yīng)，第 2 章 低噪聲放大器的基本原理以及性能參數(shù) 9 這種現(xiàn)象就是所謂的密勒效應(yīng)（ Miller effect） ]4[ 。在現(xiàn)在的很多應(yīng)用中，所涉及到的窄帶工作是可以被接受的 ]11[ 。此時，柵極電感 gL 的用途是用于抵消信號路徑中殘余的電容，讓輸入阻抗在某一頻率上表現(xiàn)出來的是 50? 的純電阻。伴隨著隔離度的增加，放大器的穩(wěn)定性是會隨著改善的。圖（ d）中所看到的是 MOS 管的源極采用的源極是采用電感負(fù)反饋式，與 MOS 管的輸入電容等調(diào)諧后可以實現(xiàn)匹配， 它適合于窄帶的放大。第一種采用無損耗的電抗匹配網(wǎng)絡(luò)下是不 會帶來更多的噪聲，可是只適合窄帶的放大情況。而采用低電源的電壓和低偏置的電流，是降低功耗的根本方法。我們通常所說的噪聲系數(shù)是一個系統(tǒng)噪聲性能比較常用到的衡量指標(biāo)，噪聲系數(shù)的定義是網(wǎng)絡(luò)的輸入端的信號噪聲比（ SNR）與網(wǎng)絡(luò)的輸出端口的信號噪聲比 (SNR)之間的比值，也表示著信號 signal 經(jīng)過放大器之后它的信號質(zhì)量的變壞程度是如何的。 首先，管子的跨導(dǎo)可以影響到放大器的增益，而工作點的電流決定著跨導(dǎo)的大小。而放大器的散射參數(shù)是決定著它的特點。如下圖（ 11）所示，它是從各種復(fù)雜的電波中選出有用信號，這時低噪聲放大器放大信號 放大到解調(diào)器所要求的電平值后需再經(jīng)過解調(diào)器的解調(diào)，將頻帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶐盘枴?也 可以 從 B類和 C類放大器衍生出 D類、 E類和 F 類等等的放大器。本篇論文也著重運用 ADS 軟件對低噪聲放大器的進(jìn)行設(shè)計仿真與優(yōu)化。而這就意味著我們在設(shè)計低噪聲放大器（ Low Noise Amplifier， LNA）中必須要對于一些性能參數(shù)如：增益、噪聲、功耗以及線性度等性能指標(biāo)中必須要做一個合理的折衷。集美大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 鄭鵬達(dá)：基于 ADS 的低噪聲放大器設(shè)計 基于 ADS 的低噪聲放大器設(shè)計 [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)計成為目前研究熱點。 低噪聲放大器存在于射頻接收機(jī)的前端 ，對于提高整個接收系統(tǒng)的工作性能起著至關(guān)重要的作用。 ADS（ Advanced Design System）是 Agilent 公司研發(fā)出來針對射頻電路的仿真軟件，它有著強大的功能，仿真手段多樣，可以提供幾乎所有射頻微波電路的設(shè)計仿真和優(yōu)化，是射頻工程師們強大武器。放大器電源效率高的是 B類和 C 類，它們的輸出信號諧波成分高，通常情況下需要有濾波電路或者外部混合電路。 下面給出的是一個射頻接收機(jī)的例子，可以讓我們簡單的初步認(rèn)識和了解低噪聲放大器在其中的應(yīng)用。一般情況下對于射頻放大器來說有兩種標(biāo)準(zhǔn)可以影響到增益表現(xiàn)，一種是輸入輸出與整個網(wǎng)絡(luò)的匹配程度，一種是射頻晶體管本身?，F(xiàn)在，我們再來看影響放大器增益的因素 。通常，噪聲的定義是除了可用信號之外的任何其他信號。 功耗 低噪聲放大器就是一個小信號放大器，要有一個靜態(tài)偏置。匹配網(wǎng)絡(luò)采用的是兩種網(wǎng)絡(luò)，一種是電抗網(wǎng)絡(luò)，一種是純電阻網(wǎng)絡(luò)。圖（ c）方案適合于寬帶 的 放大， 不足之處 是在與 其他 相同噪聲性能 不同形式 結(jié)構(gòu) 的 放大器進(jìn)行比較，它的功耗 還是 偏大，如果是在 我們設(shè)計 低噪聲放大器中， 用到的 電阻 相對較 多，不適用 于 CMOS 技術(shù)。而良好的低噪聲放大器的反向隔度，能夠讓負(fù)載的變化對于輸入阻抗的影響度降低，繼而可以簡化它的輸入輸出端關(guān)于匹配網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試。這時候的輸入阻抗則為 sCggssCin LLLsZ gsmgs ???? )(1 （ 22） 因此，選擇合適的源極電感 sL 和柵極電感 gL ，讓輸入阻抗的實部能夠等于 50? 。因為輸入阻抗只會在一個頻率上，也就是在諧振的情況下才是純阻性的，因此這個方法只能提供窄帶阻抗匹配的情況。 在前面的結(jié)構(gòu)分析中，我們沒有分析考慮的是晶體管與柵極間的柵漏寄生電容 gdC對整個電路的影響，它是我們在實際的設(shè)計過程中所不能忽視的要素，即對我們的電路性能產(chǎn)生很大的影響。 這里第二級的 MOSFET 漏源之間的跨導(dǎo)表示的為 2dsg 。在現(xiàn)實的設(shè)計電路中，因為存在著噪聲和干擾以及一些其他寄生效應(yīng)對電路的影響，這時就很難精確的把直流電平控制在合理的大小 的范圍內(nèi)，這就會直接關(guān)系到了單端放大器的性能。第 3 章 低噪聲放大器的基本原理以及性能參數(shù) 11 第 3 章 低噪聲放大器的電路設(shè)計與仿真結(jié)果 低噪聲放大器的電路圖設(shè)計 低噪聲放大器（ LNA）是接收機(jī)的首級有源的電路，它的本身要求就應(yīng)該具有很低的噪聲系數(shù)值并且能夠提供合適的增益來消除后續(xù)電路中的噪聲。因為單端的低噪聲放大器對接地寄生電感是很敏感的，這時我們可采用差分結(jié)構(gòu)的對稱點上的交流接地來克服這個不足，而且這種差分結(jié)構(gòu)還能夠抑制共模干擾 對電路 的影響。 sL 和 gL 分別是源極和柵極的電感，這里的 inC 是用來完成輸入阻抗的匹配。這里由于 Lg和 Ls 所調(diào)用的還 是 理想電感，因此仿真的結(jié)果會比較滿意。之后再加入 S 參數(shù)仿真的控件如圖 37 所示。低噪聲放大器的增益大小與跨 導(dǎo) 是有關(guān)系的，而工作點的電流能夠決定跨 導(dǎo) 的大小。需要調(diào)諧的參數(shù)如下圖 310 所示。而此刻的噪聲系數(shù)值相差不多，不過一樣滿足了預(yù)期的設(shè)計 指標(biāo)。 圖 315 1dB壓縮點的仿真圖 第 3 章 低噪聲放大器的基本原理以及性能參數(shù) 20 方法二： 這時我們也采用第二種方法來測出 1dB的壓縮點，這時使 XDB Simulation Controller 失效， 設(shè)置 HB Simulation Controller ，參數(shù)設(shè)置如下圖 316 所示。 第 3 章 低噪聲放大器的基本原理以及性能參數(shù) 21 圖 318 dbm_out曲線 （ 1dB壓縮點） 三階互調(diào)仿真 衡量線性度的標(biāo)準(zhǔn)主要由之前已經(jīng)介紹過的 1dB 壓縮點之外，另外一個就是由三階交調(diào)截點 3IIP 來衡量的。依據(jù)仿真結(jié)果，總體來說基本上是符合了預(yù)期對低噪聲放大器的設(shè)計目的。綜上，以上所有指標(biāo)是基本符合設(shè)計時的要求