差分cmos低噪声放大器设计

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第3页那么其后的射频模块将无法对有用信号进行处理。因此，低噪声放大器的性能对整个无线局域网系统的性能起着至关重要的作用。随着无线局域网的迅速发展，对射频前端集成电路(如低噪声放大器)的市场需求日益扩大，经济前景乐观。并且，随着RFCMOS工艺性能的提高，用RFCMOS工艺实现无线局域网系统的射频前端低噪声放大器不仅可能而且必要，本课题正是基于其市场价值的重要性而进行研究与设计的。1．3系统分析1．3．1超外差式无线接收机“超外差”接收是指将射频输入信号与本地振荡器相乘

2、或差拍，由混频器后的中频滤波器选出射频信号与本振信号频率的和频或差频。其主要优点是在低、中频容易实现相对带宽较窄，矩形系数较高的中频滤波器，以提高接收机的选择性，而且增益可以从中频级获得，降低了射频级实现高增益的难度。当射频信号频率上升到微波甚至毫米波时，可以采用二次变频方法，以降低滤波器实现的难度，保证接收机的选择性，即使在射频频率较低时，也可以采用二次变频，第一中频设计为高中频的方法可以获得较好的镜像频率抑制。实际上，现代接收机射频前端绝大多数设计为超外差结构，基本概念如图1．1所示。该接收机

3、包含镜像抑制滤波器、高频放大器、混频器、中频放大器、本地振荡器、中频带通滤波器、高频放大器、混频器、中频放大器、本地振荡器、中频带通滤波器、解调器等。信号首先通过选频网络选频并使干扰减弱，特别是镜像干扰：然后，经低噪声高频放大后送到混频器进行下混频，得到中频传号fi=fi．fs(或fi=fs．f1)；中频信号经过中频放大后送到解调器解出基带信号。图1．1给出了一种典型的超外差式无线接收机的原理结构框图⋯。西南交通大学硕士研究生学位论文第4页图1．1超外差式无线接收机的原理结构框图超外差接收机的规划

4、首先是考虑降频的次数与中频的频率。频率较高的中频会有较佳的镜像噪声与较差的频率选择性。对中频的频率选择而言，镜像噪声抑制与频率选择性为一权衡关系，此外亦必须考虑杂散响应与是否有适当的中频滤波器。中频决定后，需要决定LO频率高于或低于RF，若选择LO频率高于RF，LO有较大的可调范围，但较差的相位噪声；若LO频率低于RF频率，则相反。IEEE802．1lWLAN对相位噪声的要求较为严格，所以选择LO频率低于RF频率。接收机信号经过一个带通滤波器后降频至中频，由选择性较佳的中频滤波器滤波。因为在频率较

5、高的频段，要滤出一个窄带信号，需要一个品质因数极高的带通滤波器，难以实现。所以先将信号降至较低的中频，中频滤波器品质因素的需求相对较低，可提供较佳的频率选择性。整体接收机增益可分布在不同频率，增加放大器的稳定性。若为数字通信时，信号分正交，若需要较高的灵敏度可在混频器前加入低噪声放大器，借此放大接收信号，降低接收机电路自身的噪声对信号的影响。但是超外差接收机有镜像频率的干扰与架构复杂的缺点，在设计上需要特别注意。1．3．2低噪声放大器性能指标图1．1射频输入后的第一级射频放大器即低噪声放大器。LN

6、A是无线接收机的第一级，也是射频前端的主要部分，它的主要作用是放大天线从空中接收到的非常微弱的信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据。LAN的噪声性能直接决定着整机的性能，进而决定接受机的灵敏度和动态工作范围。首先，它位于接受机的最前端，这要求它的噪声越小越好。为了抑制后面各级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，但为了不使后面的混西南交通大学硕士研究生学位论文第5页频器过载，产生非线性失真它的增益又不宜过大。低噪声放大器在其工作频段内应当是稳定的。其次，它所接受的信号是很微弱的，所以低

7、噪声放大器必定是一个小信号线性放大器。而且由于传输路径的影响，信号的强弱又是变化的，在接收信号的同时又可能伴随有许多强干扰信号的混入，因此要求放大器有足够大的线性动态范围。第三，LNA一般通过传输线直接和天线或天线滤波器相连，放大器的输入端必须和它们很好的匹配，以达到功率最大传输或最小的噪声系数，并能保证滤波器的性能。第四，应具有一定的选频功能，抑制带外和镜象频率干扰，因此它一般是频带放大器¨一1。通过上面分析可以知道低噪声放大器的主要指标是㈣：低的噪声系数(NF)，足够的线性范围(IIP3)，合

8、适的增益(Gain)，输入输出的阻抗匹配(VSWR)，输入输出间良好的隔离度以及系统的稳定性。所有这些指标都是互相牵制的，甚至是相互矛盾的。它们不仅取决于电路的结构，对集成电路来说，还取决于工艺技术。在设计中如何采用折中的原则，兼顾各项指标是很重要的。l、功耗LNA是小信号放大器，必须为它设计一个静态偏置。而降低功耗的根本方法是采用低电源电压，低偏置电流。但伴随的结果是晶体管的跨导减小，会引起晶体管及放大器的一系列指标的变化。2、工作频率放大器所能允许的工作频率与晶体管的特征频率f