论文部分内容阅读
随着微电子、微机械和高级材料等新技术的迅速发展,近年来小卫星的研究正在向体积小、质量轻、功能密度高的方向发展。研究基于SoC(System on Chip)技术的“微型核”,可以减小卫星的体积并大大提高小卫星的有效载荷,对我国卫星电子系统的国产化、小型化、低功耗、多功能、高性能和高可靠性具有重要的意义。针对此,本论文完成了一个2.4GHz卫星射频前端接收电路的全集成差分CMOS低噪声放大器(Low Noise Amplifier)的设计。通过对卫星通信系统的链路分析,根据实际系统需要,确定了低噪放模块的设计指标。采用常用的共源共栅拓扑结构,设计了一个差分结构的LNA。设计过程中,在限定功耗的前提下,主要针对共源晶体管和共栅晶体管的栅宽,对电路的性能进行了优化,使得设计的LNA的噪声系数最小。该电路采用TSMC的0.18μm CMOS工艺,结合射频集成电路仿真软件ADS(Advanced Design System)对其进行匹配、仿真、优化设计,得到了较好的仿真结果并进行了分析讨论。从本设计的应用背景出发,考虑到单端天线与差分LNA之间的不匹配性,设计了一个介于两者之间的有源平衡转换电路—Balun(BALance-UNbalunce),并提出了将这个Balun电路与前面设计的差分LNA作为一个整体进行了仿真的设计方案。仿真结果显示:在2.45GHz的中心频率上,该电路能够提供28.931dB的正向增益,噪声系数为2.485dB, IIP3为-18.4dBm,输入输出反射系数均小于-30dB,功耗为34.4mW。由Balun的失配引起的电路增益误差仅为0.114dB,相位误差0.428°。使用Cadence公司的版图设计工具Virtuoso Layout Editor完成了上面设计的带片上有源Balun的差分LNA的版图设计。最终版图面积为0.94mm×0.87mm。