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随着科学技术的进步,人与人之间的联系与沟通,已由有线传送进步到无线传输,使得无线通讯系统蓬勃发展。无线通讯系统以工作的频率可以分成三个主要系统方块,分别是射频,中频,以及基频。而射频的部分为了满足阻抗匹配以及设计上的需要,所以需要将面积大而又损耗高的电感导入使用,也因此使得RFCI电路的设计考虑比基频和中频更加地复杂,并且需要建立更精确的模拟模型,使得制作出来的芯片精确度提升。
随着无线通信技术和CMOS工艺的不断发展,我们希望体积可以越做越小,越来越省电,使得待机时间增长,重量越来越轻使得可移动性增高,并且适用于大量制造生产,加速产品的普及和生产成本的降低,所以CMOSRF的IC制作成为目前相当热门的研究发展主题。
本文将采用CMOS工艺对无线射频接收模块低噪声放大器进行设计。由于CMOS无源器件极大地影响着射频集成电路的性能,本文首先讨论了在TSMC0.18μmCMOS工艺下的无源器件。本文还分析了器件的噪声和S参数等基本理论,接着介绍了共源共栅低噪声放大器(cascode Lower Noise Amplifier)的基本原理和模型。并推导出了在功耗约束下的噪声优化技术和MOSFET宽度的计算公式。而通过限定功耗的噪声优化方法使我们的LNA有较小的功耗的同时噪声也较小。
最后,从上述原理出发,在电感负反馈cascode LNA的基础上引入一对交叉耦合的电容,消除了寄生电容的影响。采用差分电路结构,通过功耗约束的噪声优化方法设计了一个2GHz下的CMOS低噪声放大器。其增益和噪声性能、线性度和以往的设计方案对比都有了明显的提高。
本论文所设计的2GHz的差分结构低功耗CMOS低噪声放大器采用了EAD工具ADS2009进行仿真。该软件也是目前最热门的微波电路设计和仿真软件。在著名的微波仿真论坛和微波技术网都是讨论最多的EDA软件。
在ADS2009下对电路进行仿真和优化后,本论文所设计的低噪声放大器在1.8V供电下主要指标为:23.23dB的增益、0.778dB的噪声指数及11.5mw的功率消耗。这个结果表明,提出的理论分析是可以较为精确的预测低噪声放大器的噪声性能的。