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随着无线通信对高数据速率传输能力的迫切需求,高频和超宽带技术受到越来越广泛的关注,单片微波集成电路(MMIC)技术由于其在微波频率下具有优异的噪声和功率特性,有助于实现高性能电路。在收发机的不同模块中,低噪声放大器(LNA)是关键组件之一,它用于放大接收的射频(RF)信号。同时,LNA也是大多数接收机链路中的第一个模块,这使得LNA更容易受到高功率输入信号的干扰和损坏。因此,使用限幅器来保护LNA和接收机链路。此外,LNA和接收机链的小信号操作不应受限幅器插入的影响。因此,限幅器的小信号插入损耗必须尽可能小,以最小化其对总噪声系数(NF)和接收机增益的影响。本文研究了超宽带CMOS限幅低噪声放大器的设计,提出了完整设计流程。主要工作内容如下:(1)超宽带限幅器电路设计:通过对微带线理论、匹配网络、限幅器拓扑结构的分析,根据PIN二极管限幅器的工作特性,研究了 PIN二极管不同参数对限幅器性能的影响。探讨了级联限幅器的级数对限幅器性能的影响,最终确定了四级级联的基于PIN二极管限幅器的电路结构,并进行了仿真测试。此外,提出了一种新的基于MOS管的限幅器,以增加其功率处理能力。(2)超宽带LNA电路设计:通过对噪声理论、匹配网络和不同放大器拓扑结构的分析,提出了多种拓展带宽的方式——1)输入端串联带通滤波器,通过增加零极点的方式拓展输入匹配的带宽;2)利用前置π匹配网络拓展输入匹配带宽;3)利用并联电阻反馈技术以降低输入端的品质因子,从而提高输入阻抗匹配的带宽;4)输出端采用并联峰化技术拓展输出匹配带宽;5)在共源共栅级的栅极输出端串联一个电感拓展增益带宽。实际宽带LNA的设计综合了以上几种方式以使得各参数达到最优效果。(3)超宽带限幅器和LNA电路集成设计:在限幅器与LNA的集成设计中,利用限幅器的输出可以直接与LNA的输入阻抗匹配,实现更小芯片面积和更高性能的集成设计。本文基于SMIC 40nm CMOS工艺,设计并实现了基于PIN二极管和MOS管两种结构的限幅器和两种超宽带LNA。通过仿真结果分析验证了高性能集成设计方式,给出了超宽带LNA和集成设计电路的前后仿真结果以及版图设计。限幅器与LNA集成设计电路仿真结果表明,在2.2-19.2GHz频率范围内,S11低于-10dB。在3.5-19.0GHz频率范围内,增益高于8 dB,NF低于5dB。当输入功率小于50 dBm时,电路能将输出功率限制在20 dBm内。