射频cmos低噪声放大器设计及其功耗优化

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1、射频CMOS低噪声放大器设计及其功耗优化StudyofALow-powerCMOSRadio-frequencyLowNoiseAmplifierDesign学科专业：微电子学与固体电子学研究生：蔡天昊指导教师：秦国轩副教授天津大学电子信息工程学院二零一四年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的

2、同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要射频低噪声放大器（LNA）主要用于对从天线

3、接收到的微弱信号进行放大，提高信号噪声比。作为整个射频接收机的最前端电路，低噪声放大器的噪声系数、增益、线性度将对整个无线通信系统的工作产生极大影响。随着CMOS工艺特征尺寸不断减小，CMOS器件的高频特性也在不断提升，与传统的射频工艺（如砷化镓工艺、双极型半导体工艺等）相比，CMOS工艺变得越来越有竞争力，并且CMOS工艺具有低功耗和高集成度的特点，因此CMOS工艺将是未来芯片的主流发展方向。目前，无线网络技术广泛普及，ISM2.4G公用频段有限的信道资源已消耗殆尽，为了解决2.4G无线网络信道拥挤

4、的难题，IEEE组织不断地推出新的无线通信标准。而其中5G无线通信标准的推出将是解决当前难题的有效方法。本文研究的是基于CMOS工艺的5G频段低噪声放大器设计。使用180nmChrt18_rf工艺，文中详细研究了工艺中所用到的各种器件，并对它们的等效电路模型和噪声机理进行了建模研究，接着还提出了一种比传统计算法更精确和快速的图形辅助低噪声放大器设计法。而且，该方法还可以实现最小噪声和最小反射系数的同时匹配。设计中使用了独立的片上螺旋电感工艺库，大大地提高了片上螺旋电感的品质因数和设计的自由度。本文设计

5、的射频CMOS低噪声放大器，工作频率为5.25GHz，对应的电压增益为15.2dB，噪声系数小于2dB，S11小于-15dB，在1.8V供电电压下电路的功耗小于10mW，1dB压缩点为-18dBm，IIP3为-5dBm。该低噪声放大器电路的性能优良，验证了文中提出的图形辅助设计方法的可靠性和可行性。关键词：射频集成电路低噪声放大器匹配网络散射参数ABSTRACTRFlownoiseamplifierismainlyusedforweaksignalreceivedbytheantennatoampli

6、fyandimprovethesignaltonoiseratio.AsthefirstblockofRFreceiver,theperformanceofthereceiverishugelyaffectedbyitsnoisefigure,gain,linearity.AsCMOStechnologyfeaturesizeisreduced,highfrequencycharacteristicsofCMOSdevicesarealsorising.Comparingwithtraditional

7、RFprocess(likeGaAs,BJT),CMOStechnologybecomesmorecompetitive.Furthermore,withthefeaturesoflow-powerlevelandhighintegration,CMOStechnologyisthefuturetrends.Nowadays,thewirelessnetworktechnologyiswidelyusedandthelimitedchannelpublicresourcesofISM2.4Gbandh

8、avebeendepleted.Inordertosolvetheproblemofchannelcongestion,IEEEorganizationscontinuetolaunchnewwirelesscommunicationstandards.Amongthem,theintroductionof5Gwirelesscommunicationstandardisaneffectivewaytosolveourcurrentproblems.Th