论文摘要
随着无线通信技术的发展,传统的窄带通信系统已经很难满足需要。宽带、高速率的无线通信是未来发展的主要趋势。超宽带（UWB）技术以其低功耗、低成本和高速率等优点,被看作新一代无线通信的重要技术之一。在射频微波领域,电路小型化的需求促进了射频集成电路的发展。伴随着工艺的进步,采用CMOS实现的射频前端可以在满足低成本的同时完成良好的性能要求。因此研究基于CMOS工艺的射频宽带电路,具有重要的现实意义和市场前景。本文设计了一个用于UWB射频接收机的低噪声放大器（LNA）。作为接收前端的第一级,LNA的增益、噪声和线性度等指标对于整个系统的性能有直接的影响。保证宽频带内有平坦的增益、低的噪声和良好的匹配是设计的重点所在。本文首先讨论了CMOS放大器的带宽扩展技术。在分析比较现有技术的基础上,提出了栅极电感峰化技术。栅极电感峰化技术相对传统的共源共栅技术,带宽最多能扩展2.5倍。由于其良好的带外信号抑制性和增益平坦度,LNA设计采用这种技术来实现带宽的拓展。然后介绍了主流的CMOS低噪放宽带输入匹配结构和噪声消除技术。结合电感源级退化和并联电阻负反馈的特点,完成输入级的设计,并仿真分析了各元件对输入匹配性能的影响。同时加入噪声消除电路来降低LNA的噪声系数。最后,在完成LNA电路设计后,将栅极电感峰化技术中的无源电感替换成电流复用形式的有源电感,以减小芯片的面积。LNA的电源电压为1.2V,采用TSMC 0.13μm RF CMOS工艺,在ADS软件下完成仿真。仿真结果表明,在3.1-10.6 GHz的工作频段内,其小信号增益最大15.1dB,带内波动0.6dB,输入和输出反射系数均低于-10dB,整个频带的噪声系数为3.5-4.1dB,在7GHz处IIP3为-3.6dBm,功耗为15mW。