论文摘要
随着通信技术的发展,人们希望无线通信设备拥有更小的尺寸、更高的性能以及电池使用更长时间,从而对射频电路也提出了相应的要求,即小型化、高集成度、高性能、低成本以及更低的功耗。在这种背景下,本文完成了对2.4GHz ISM（Industrial, Scientific and Medical band）频段的低功耗无线接收机射频前端的研究和设计。本文首先介绍了2.4GHz低功耗无线接收机射频前端电路的研究现状和意义,并引出了低功耗低噪声放大器（LNA）研制的重要性；然后系统地概述了低噪声放大器的基本理论,并提出了低功耗低噪声放大器电路；最后设计出了性能较好的低功耗射频前端电路。本文所做的工作和创新如下：（1）总结和分析了当前低功耗射频前端的各种结构,并比较了它们的优缺点；对现有的低噪声放大器和混频器电路的低功耗技术作了详细地分析和比较。（2）提出了一种2.4GHz的低功耗CMOS低噪声放大器。这种LNA结构相当于两级共源电路的级联,从而降低了电源电压；并采用电流复用技术降低了电流消耗。与已有的两级共源结构相比,该电路在输入放大管的栅极加入接地电容,通过理论分析和模拟仿真,这种方法能够有效地改善LNA的增益和噪声性能。该LNA在2.4GHz的工作频率下正向增益为14.4dB,噪声系数为1.68dB,输入匹配S11为-18.1dB,而功耗只有960μW。（3）提出了应用于2.4GHz的低功耗、低噪声CMOS LNA,该结构采用电流复用两级结构降低功耗。为了克服共源输入结构在低功耗下很难同时达到噪声匹配和输入匹配的缺点,本文采用共栅输入结构,并在输入端加入LC调谐网络帮助实现输入匹配和降低噪声。通过理论分析和模拟仿真,这种方法能够有效地改善LNA的增益和噪声性能。该LNA在2.4GHz工作频下的正向增益为15.5dB,噪声系数为1.68dB,输入输出匹配良好,而功耗只有1.05mW。（4）针对提出的低噪声放大器提出了一种混频器结构,并将低噪声放大器与混频器作为一个模块联合仿真。该射频前端结构的输入匹配良好,增益约为10.0dB,噪声系数为7.4dB,输入三阶交调点IIP3为-7.0dBm,功耗只有3.0mW。可见,该射频前端结构能在低功耗的情况下下获得良好的性能。本文提出的电路采用TSMC 0.18μm CMOS工艺,由软件ADS2008进行模拟仿真,仿真结果与当前发表过的低功耗电路相比具有相近性能。