文档介绍：浙江大学
硕士学位论文
CMOS射频前端中低噪声放大器的设计
姓名:李霖
申请学位级别:硕士
专业:物理电子学
指导教师:黄达诠
20050313
浙江大学硕士学位论文
摘要
基于工艺的射频前端存在广阔的市场,具有良好的应用前景,是目前
无线通信研究中的热点。射频无线接收前端电路由发射和接收模块组成,其中
低噪声放大器是射频接收模块的关键部分。
在射频低噪声放大器的设计中还存在着一系列未解决的问题。本文系统讨
论了目前射频低噪放的三种主流拓扑结构共栅结构、共源共栅级联源极负
反馈结构、反相器结构的性能,讨论的重点是低噪放的噪声优化,主要研究内容
如下
、分析了共栅结构的低噪放的性能,指出这种结构的低噪放的最大缺点在于他
的较差的噪声性能,并提出了一种通过提高的。的优化方法,他可以在不
影响低噪放的增益的同时大大改善低噪放的噪声性能。
详细分析了共源共栅级联源极负反馈结构的低噪声放大器,系统讨论了低噪
放的二个主要的噪声源,即输入共源管、级联共栅管、片上集成螺旋电感的伴生电
阻的噪声贡献,并分别提出了优化设计的方法。
、讨论了反相器结构的低噪放,指出这种低噪放的优点和缺点。
关键词射频集成电路、低噪声放大器、噪声系数、共栅结构、共源共栅级
联源极负反馈结构、反相器结构
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第一章绪论
概论
在近卜年来,通信技术获得了惊人的发展,而无线通信技术是其中发展最为迅
速的一个分支。今天无线通信技术己经广泛应用到人们生活中的各个领域,如高
速语音、数据、图文与图像传输、蜂窝式个人通信与基地站、低轨道卫星移动通信、
无线局域网、无线接入系统包括蓝牙、全球卫星定位系统、卫星直播电视和多
点多址分布系统,智能交通系统如道路交通状况的监测、智能交通系统
和多媒体移动接入通信系统
等等。
无线通信技术从他的诞生年,英国科学家马可尼成功的实现无线电信号
跨越大西洋发展到今天,经历了一个漫长而曲折的过程,其间很多科学技术对于
无线通信的发展起了重要作用,然而造就无线通信技术今天的辉煌局面的技术应该
首推射频技术和微电子技术。勿庸置疑,射频微电子是当代移动通信技术的基础。
如何在微电子技术的基础上,有效的实现无线射频前端是无线通信技术的关键,也
是无线通信技术的最大挑战。
无线通信技术的总趋势是走向高速化、大带宽。移动通信在射频微电子技术基
础上与计算机技术密切结合,产生了革命性的飞跃,短短的多年间,第一代模拟
移动通信系统已广泛应用,第二代数字移动通信正日益普及,第三代全球综
合移动通信系统也即将面世。而则毫无疑问的成为无线终端中最为核心的
技术,射频电路板模块设计也将在基站中扮演重要角色。
对于手机器件的研究表明,在手机中所使用的基本上是单功能的。
例如,功放、组件、滤波器、频率合成器等器件大都是独立的,而手机
则要实现模块化,器件的发展是朝向集成度更高的方向发展,使一部手机
中实现只含块芯片。早在年心半导体公司就提出了三芯片无线手
机的框架,如图该公司指出,将和技术结合起来会使成本更低、电
池更省。
由图可以看到,手机基带采用工艺,中频为双极或工艺,射
频部分采用工艺。这种方案把三种工艺相结合,体现了各种工艺的优点,集成
度也较高,在日前手机产品中也有采用,如文献中的手机终端。文献就成功采
用设出了应用于系统的单片射频收发芯片。
近几年来的技术实践和市场竞争,前端实现的工艺选择逐渐明朗化。一方面,
基于工艺的微波和毫米波技术正朝着减少成本、提高产率、与常规基电路进
行竞争的方向发展
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图一。三芯片手机”示意图
另一方面,由于工艺是制做基带数字电路的主流工艺,是一种低功耗工
艺技术,在以下方面具有优势工艺容易获得。国内有中芯,华虹,先进
等半导体工艺厂商可以提供加工服务美国向全世界提供多项目晶圆的服
务。流片成本比其他工艺低。电路消耗小,集成度高。随着亚微
米、深亚微米工艺的成熟,特征尺寸减小,也即是丁栅长不断减小,
深亚微米器件的特征频率不断提高。目前对于的工艺的特征频率斤可
以做到,对于的工艺,可以更高,甚至超
过,制备高于器件早己成为现实。因此,利用这一技术研制
前端成为移动通信终端设计中最为活跃的课题。因为若能在这一工艺上实现
前端,则下一步就有可能实现整个移动通信终端的单片集成,即促成硅上“蜂窝
电话机”成为现实。
无线射频前端的发展目标是实现移动通信终端的单片焦
无线射频前端的结构
无线通信设备通常