低功耗宽带无线接收机中低噪声放大器与混频器研究

论文摘要

随着多标准通信技术的发展，无线通信电路与系统正朝着多频带和宽频带的方向发展。人们希望无线通信设备拥有更小的尺寸、更好的性能以及更长的电池使用寿命，从而对射频电路也提出了相应的要求，即低成本、小型化、高集成度、高性能以及低功耗。由低噪声放大器和混频器构成的射频前端电路，是无线接收机中的关键环节，同时也是接收机的主要耗能部件。因此，降低射频前端的功耗对降低无线接收机的整体功耗具有十分重要的意义。在这种背景下，本文完成了对0.82.5GHz频段的低功耗无线接收机中低噪声放大器和混频器的研究和设计。本文首先简要介绍了宽带无线接收机的研究背景和意义，分析了低功耗宽带低噪声放大器和混频器的国内外研究现状，并对各种电路结构存在的优缺点进行了总结比较。然后在文献阅读和理论分析的基础上，提出了新型的低电压低功耗的宽带低噪声放大器和混频器电路。本文的主要工作和成果如下：（1）提出了一种可工作在0.82.5GHz频率范围的低电压、低功耗宽带CMOSLNA。该电路采用共栅输入实现宽带阻抗匹配，采用噪声消除技术来改善LNA的噪声性能。仿真结果表明，在0.8V的电源电压下，低噪声放大器的输入反射系数小于-18.5dB，输出反射系数小于-18dB，正向增益介于17.417.9dB之间，具有良好的增益平坦度，噪声系数为2.623.07dB，功耗为8.7mW。（2）提出了一种可工作在0.82.5GHz频率范围内的低电压、低功耗宽带混频器电路。该电路以Gilbert双平衡混频器为基础，采用折叠结构和电流复用技术来有效降低工作电压和电路功耗，并提升转换增益。仿真结果表明，在0.8V的工作电压下，混频器的双边带噪声系数为6.977.33dB，转换增益为12.913.7dB，输入三阶互调点约为1.8dBm，功耗仅为3.2mW。本文提出的电路采用0.18μm RF CMOS工艺，由ADS软件进行了模拟仿真和优化设计。与国内外近些年报道的文献相比，在低功耗限制条件下，本文提出的低噪声放大器在工作电压和噪声系数等方面具有一定优势，提出的混频器在功耗、工作电压、转换增益和噪声等方面均获得了优良的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 低功耗宽带低噪声放大器的研究现状
• 1.2.2 低功耗宽带混频器的研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容和组织结构
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 论文的组织结构
• 第2章 低噪声放大器和混频器的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 低噪声放大器的基本理论
• 2.2.1 低噪声放大器的性能指标
• 2.2.2 现有的各种宽带低噪声放大器结构
• 2.3 混频器的基本理论
• 2.3.1 混频器的基本原理
• 2.3.2 宽带混频器的主要拓扑结构
• 2.3.3 混频器的性能参数
• 2.4 低功耗技术
• 2.4.1 亚阈区技术
• 2.4.2 折叠技术
• 2.4.3 电流复用技术
• 2.4.4 正向衬底偏置技术
• 2.4.5 电流模式设计技术
• 2.5 小结
• 第3章 低功耗宽带低噪声放大器的设计
• 3.1 引言
• 3.2 电路的提出及分析
• 3.2.1 匹配网络的设计
• 3.2.2 噪声抵消的设计
• 3.2.3 宽频带的设计
• 3.2.4 偏置电路的设计
• 3.2.5 低功耗低电压的设计
• 3.3 仿真结果分析
• 3.3.1 S参数仿真
• 3.3.2 噪声仿真
• 3.4 版图设计
• 3.4.1 版图设计的基本流程与寄生效应
• 3.4.2 LNA的版图
• 3.5 与相关论文性能比较
• 3.6 小结
• 第4章 低功耗宽带混频器的设计
• 4.1 引言
• 4.2 电路提出及分析
• 4.2.1 电路的提出
• 4.2.2 低电压低功耗设计
• 4.2.3 跨导级设计
• 4.2.4 开关级设计
• 4.2.5 输出级设计
• 4.3 仿真结果分析
• 4.3.1 直流仿真
• 4.3.2 单频率点仿真
• 4.3.3 宽频带仿真
• 4.4 版图设计
• 4.5 与相关论文性能比较
• 4.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A（攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录）
• 致谢