【導(dǎo)讀】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。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。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。

　　

【正文】 在 處 的值分別為 和 ,都符合了低于 30dB 的設(shè)計(jì)指標(biāo)。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 。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(jì) 指標(biāo)。 調(diào)諧后的具體參數(shù)參考值如下表 32 所示。 表 32 調(diào)諧后參數(shù)參考值 參數(shù)名稱 參數(shù)值 sL gL lt_c Cin Cout 1dB 壓縮點(diǎn)仿真 在設(shè)計(jì)低噪聲放大器的時(shí)候就是要設(shè)計(jì)出具有足夠大的線性范圍的放大器，原因是在現(xiàn)實(shí)中， LNA 很多 時(shí)候接收的信號(hào)都是很微弱的，而且會(huì)受在信號(hào)傳輸路徑下的影響，在傳輸過程中信號(hào)大小又是不確定的，與此同時(shí)，外界干擾信號(hào)的存在又會(huì)影響到接收到信號(hào)的質(zhì)量。所以這也就要求了低噪聲放大器必須是一個(gè)小信號(hào)的線性放大器來實(shí)現(xiàn)接收到的信號(hào)完整性。而 1dB 壓縮點(diǎn)是衡量線性度的標(biāo)準(zhǔn)之一，使用 ADS 可以得出所設(shè)計(jì)的電路 1dB壓縮點(diǎn)的值，仿真結(jié)果如下。 方法一： 首先， 使用 Gain Compression 模塊進(jìn)行仿真，參數(shù)設(shè)置如下圖 314 所示。 圖 314 Gain Compression 模塊 在 進(jìn) 行 1dB壓縮點(diǎn)仿真 后 ,可以 加入輸入功率輸出功率的數(shù)據(jù) 在最后的顯示窗口顯示出來，如下圖 315所示。由圖示我們可以看到 1dB的壓縮點(diǎn)為 。 圖 315 1dB壓縮點(diǎn)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(shí)我們也采用第二種方法來測(cè)出 1dB的壓縮點(diǎn)，這時(shí)使 XDB Simulation Controller 失效， 設(shè)置 HB Simulation Controller ，參數(shù)設(shè)置如下圖 316 所示。 進(jìn)行仿真，使用 Eqn加入一個(gè)等式，作出 gain與掃描變 量 RF_pwr的關(guān)系圖如下圖 317所示。這里需要注意的是 dbm_out是指輸出功率，是一個(gè)仿真數(shù)據(jù)，而縱坐標(biāo) gian是根據(jù)仿真數(shù)據(jù)計(jì)算出來的一個(gè)值。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 。這時(shí)可以看到 1dB的壓縮點(diǎn)與方法一的結(jié)果是一樣的。 圖 316 HB Simulation Controller 圖 317 gian曲線圖 這時(shí)，可以再作出 輸出功率 dbm_out隨著 RF_pwr變化的 關(guān)系 曲線 圖 ，在圖中添加一條參考的直線 ,加入公式 Eqn line=RF_pwr+gain[0],如下圖 318所示?？梢钥吹诫S著RF_pwr增大，輸出功率 dbm_out在后面會(huì)發(fā)生非線性的變化。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 。 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(diǎn)） 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(diǎn)之外，另外一個(gè)就是由三階交調(diào)截點(diǎn) 3IIP 來衡量的。 仿真的開始，要在原理圖中選擇 SimulationHB 選項(xiàng) 添加兩個(gè) 3IP out Measurement Equation 并進(jìn)行簡單的設(shè)置。同時(shí)也還要設(shè)置 設(shè)置 HB Simulation Controller 的相關(guān)參數(shù)，掃描 RF_pwr,關(guān)于參數(shù)設(shè)置如下圖 319所示。 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。圖中的兩條曲線分別是一次互調(diào) 量 mix(vout,{1,0})和三階互調(diào)量 mix(vout,{2,1})。顯然可以發(fā)現(xiàn)它們?cè)陔S著掃描變量 PF_pwr 的增加會(huì)發(fā)生增益壓縮，延長一次互調(diào)量與三次互調(diào)量（線性增長的部分接近一條直線）直至相交，交點(diǎn)處的輸入功率就是輸入三階交調(diào)點(diǎn)，可見交點(diǎn)大約在 PF_pwr 為 。因此，三階交調(diào)點(diǎn)滿足之前設(shè)定的設(shè)計(jì)指標(biāo)。 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。依據(jù)仿真結(jié)果，總體來說基本上是符合了預(yù)期對(duì)低噪聲放大器的設(shè)計(jì)目的。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(jì)的。 本論文采用的是 TSMC CMOS 工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)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, 說明擁有著良好的輸入、輸出匹配的特性。 增益值 21S 為 ，雖然基本符合預(yù)期的性能指標(biāo)要求 ， 但是增益值還是不夠高，以后在設(shè)計(jì)上還有待改進(jìn)這方面的性能。 功耗為 38mA， 說明功耗還是偏大，以后在設(shè)計(jì)上應(yīng)該多多考慮該怎么樣降低功耗值。 噪聲系數(shù)為 ,符合預(yù)期的預(yù)想值。 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。綜上，以上所有指標(biāo)是基本符合設(shè)計(jì)時(shí)的要求。 當(dāng)然，本人水平有限以及時(shí)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(huì)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(duì)于設(shè)計(jì)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(duì)薄弱。而且文章僅僅是屬于前仿階段，只能得到仿真的性能參數(shù)等等?？傊?，以上所涉及到的不足與問題，以后要多學(xué)習(xí)、多總結(jié)，爭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) 。致謝語 24 致謝語 在本篇論文的完稿之際，心情就莫名的激動(dòng)，油然而生的是滿滿的感激之情。 首先，要對(duì)我的導(dǎo)師徐文斌老師致以最誠摯的感謝，感謝徐老師在這段時(shí)間一直的悉心指導(dǎo)并提出了很多寶貴的建議，在我遇到不懂的問題時(shí) 徐老師都會(huì)很耐心的給出很多具有決定性的幫助，而且他那嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)的作風(fēng)深深的影響了我畢設(shè)的整個(gè)過程，而且對(duì)于我以后一生的發(fā)展極有幫助，受益匪淺。在這里，再次向徐老師致以最真誠的感謝以及崇高的敬意！ 在此，也要感謝身邊的同學(xué)對(duì)于在畢設(shè)過程中遇到些問題提供了無私的幫助，感謝你們！ 同時(shí)，也要感謝身邊的朋友、同學(xué)以及家人對(duì)于我在做畢設(shè)期間給予我的精神支持，讓我學(xué)習(xí)更加有動(dòng)力，更加的自信面對(duì)畢設(shè)過程中遇到的困難。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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