采用有源电感的CMOS低噪声放大器设计

论文摘要

近年来,随着无线通信系统的市场不断增大,采用CMOS工艺实现射频集成电路(RFIC)成为国内外的研究热点。CMOS工艺相对其他工艺具有低成本,低功耗,易于集成等优点。随着深亚微米CMOS工艺的持续发展,晶体管特征尺寸不断减小,截止频率不断上升,用CMOS工艺实现的射频集成电路性能不断提高。低噪声放大器(LNA)是射频前端中不可缺少的关键电路。通常的低噪声放大器设计要注意低噪声,合适的增益,高线性度,并且能对天线或滤波器进行良好的输入匹配。要获得好的性能,需要高品质因素(Q)的电感。同时,高Q值的电感也有助于抑制带外干扰和噪声。然而,CMOS工艺实现的片上螺旋电感,由于衬底和金属线上的寄生电容和电阻损耗,Q值低,很难达到要求。尽管采用一些额外的工艺,可以提高片上螺旋电感的Q值,但是会增加电路的复杂度和成本。另外一方面,片上螺旋电感的巨大尺寸也是影响芯片面积和成本的重要因素。面对螺旋电感Q值低、面积大、电感值不便调控等缺陷,可采用有源电感来代替螺旋电感。通过合理的设计,由晶体管组成的有源电感,可得到高的Q值,工作频率可以达到晶体管的特征频率。本文对射频前端接收机中的低噪声放大器进行深入的研究,介绍了低噪声放大器的基本原理、常见的低噪声放大器结构以及特点。对目前低噪声放大器中应用最为广泛的源端电感负反馈低噪声放大器,文章作了详细的分析。在此基础上完成了以有源电感为负载的低噪声放大器的设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 有源电感简介
• 1.2 低噪声放大器简介
• 1.3 论文的主要工作
• 第2章 MOSFET 噪声
• 2.1 MOS 管中的噪声源
• 2.1.1 栅极、源极、漏极电阻的热噪声
• 2.1.2 漏电流噪声和衬底噪声
• 2.1.3 闪烁噪声
• 2.1.4 栅感应噪声
• 2.2 相关系数
• 2.3 二端口网络噪声与最佳噪声源导纳推导
• 2.4 MOSFET 二端口网络噪声参数
• 2.5 小结
• 第3章 有源电感的设计
• 3.1 CMOS 工艺中的电感
• 3.2 品质因数
• 3.3 有源电感
• 3.3.1 有源电感设计
• 3.3.2 有源电感的仿真结果
• 3.4 小结
• 第4章 低噪声放大器设计
• 4.1 低噪声放大器的性能指标
• 4.1.1 增益
• 4.1.2 噪声系数
• 4.1.3 线性度
• 4.1.4 稳定性
• 4.2 低噪声放大器的拓扑结构及噪声性能
• 4.3 源端电感负反馈低噪声放大器的噪声优化
• m 的噪声优化'>4.3.1 恒定G_m的噪声优化
• 4.3.2 功耗约束的噪声优化
• 4.4 低噪声放大器的电路设计及仿真
• 4.4.1 低噪声放大器的电路设计
• 4.4.2 电路的仿真结果
• 4.5 小结
• 第5章 版图设计
• 5.1 版图设计技术
• 5.1.1 匹配
• 5.1.2 降低寄生效应
• 5.1.3 减小衬底噪声
• 5.2 版图设计
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A（攻读学位期间所发表的学术论文）