0.18um CMOS工艺低噪声放大器的电路及版图设计

论文摘要

无线通信技术和CMOS工艺的迅猛发展使得基于CMOS工艺的射频集成电路设计成为当前研究的热点。本文针对射频接收机中的关键模块-低噪声放大器进行了设计。作为无线接收机中的第一级,低噪声放大器必须具有低的噪声系数,同时还要有足够的线性度、合适的增益、输入输出的阻抗匹配和低的功耗。这些指标之间是紧密联系的,如何折衷考虑并根据系统要求优化处理是LNA设计的难点。本文基于TSMC 0.18um CMOS工艺,设计了一种应用在2.4GHz Bluetooth射频前端中的低噪声放大器。主要内容有：首先对集成电路中的基本元件-电阻、电容、电感和MOSFET进行了讨论分析,并着重分析了MOSFET的物理特性。其次,从经典的二端口网络噪声理论出发,在对MOSFET噪声的分析的基础上,分析了LNA的噪声。然后,对低噪声放大器的四种拓扑结构进行分析比较,选择了噪声系数最小的源极电感负反馈结构。基于LNA折衷设计的考虑,本文还讨论了功耗约束下的噪声优化技术,并以此来实现LNA的电路设计。同时,为了完善LNA的整体性能,本文在电感源极负反馈结构的基础上增加了具有高隔离度的cascode结构和高线性度的差分结构,并对最终的电路进行了仿真,得到的仿真结果满足系统要求。最后,介绍了在射频电路版图设计中需要特别注意的寄生、匹配、噪声隔离等问题,并给出了解决这些问题的方法和原则,在此基础上完成了LNA的版图设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 射频集成电路在无线通信技术发展中的重要性
• 1.2 无线接收机的结构
• 1.3 工艺技术的选择
• 1.4 蓝牙技术
• 1.5 CMOS射频前端中的低噪声放大器
• 1.6 论文的组织结构
• 第二章 射频集成电路中的无源元件
• 2.1 电阻
• 2.2 电容
• 2.3 电感
• 第三章 有源器件MOSFET
• 3.1 二阶效应
• 3.2 短沟道效应
• 3.3 高频小信号模型
• 第四章 低噪声放大器的噪声
• 4.1 器件噪声
• 4.2 二端口网络噪声理论
• 4.3 LNA噪声系数的计算
• 4.4 本章小结
• 第五章 CMOS射频低噪声放大器的设计
• 5.1 MOSFETLNA的拓扑结构
• 5.2 功耗限制下的噪声优化
• 5.3 低噪声放大器的设计与仿真
• 5.4 本章小结
• 第六章 低噪声放大器的版图设计
• 6.1 射频集成电路版图的重要性
• 6.2 模拟电路版图设计基础—基本元器件的版图
• 6.3 寄生参数
• 6.4 匹配
• 6.5 噪声问题
• 6.6 闩锁效应
• 6.7 天线效应
• 6.8 低噪声放大器的版图设计
• 6.9 本章小结
• 第七章 总结
• 参考文献
• 致谢