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无线通信技术和CMOS工艺的迅速发展使得越来越多的射频系统的单片集成成为可能。应用于数字高清电视的射频电视调谐器就是其中之一。随着全世界数字电视产业的飞速发展,电视调谐器系统的单片集成技术也得到了广泛的关注和深入的研究。宽带低噪声放大器是电视调谐器的重要模块,其功能在于对接收到的射频信号进行预处理以得到适当幅度、高信噪比的输出信号,再由后级模块进行处理。本文主要针对电视调谐器系统应用,研究宽带低噪声放大器的电路理论与实现方法,并详细分析了电路设计过程中的各种关键技术问题。
1.从电视调谐器系统架构得出低噪声放大器的性能指标要求,初步分析了电路设计的难点是低噪声与高线性度等要求。接着,对基本的MOS器件噪声模型进行分析,研究了CMOS器件中噪声的机理与模型,以及器件非线性的计算方法。在此基础上,介绍了几种基本的窄带低噪声放大器电路结构,对各自的输入阻抗、噪声系数等参数进行了推导,为宽带低噪声放大器的分析和设计提供了初步的理论基础。
2.研究宽带低噪声放大器的设计与优化。文中介绍了一个采用噪声抵消技术的单端宽带低噪声放大器的设计方法,包括电路结构的选取,电路参数的分析与计算,器件参数的选取,电路性能的优化等。总结了该电路的优缺点和设计极限。
3.本文工作的重点,即全差分可变增益低噪声放大器的设计。该电路基于电容交叉耦合共栅放大结构,提出了采用平衡一非平衡变压器(Balun)做直流通路对噪声的降低作用,以及采用NMOS管做负载对降低噪声系数、稳定直流工作点和提高线性度的好处。理论分析和仿真显示电路设计指标优良。
4.通过两次流片验证了电路的基本理论和设计方法和正确性。详细介绍了芯片版图设计,封装,测试等环节需要考虑的细节。测试结果显示:芯片各项指标已经基本满足了电视调谐器的系统要求。