基于CMOS工艺的超宽带低噪声放大器设计

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要近年来，无线通讯和CMOS工艺得到了很大发展，射频集成电路可以用CMOS工艺来实现。在各种无线通讯新技术中，超宽带技术(U1tra．WideBand，UWB)以其高速率、低功耗的特点受到无线通讯学术界的广泛重视，是一种具有巨大发展潜力的新技术。低噪声放大器是无线接收机的第一级，其良好性能保证了射频前端的正常工作。研究基于CMOS工艺的超宽带低噪声放大器，具有重要理论与实践意义。本文首先对超宽带低噪声放大器的研究现状和CMOS集成电路的特点作了论述。其次，分析了几种常见的输入匹配电路，比较了各电路的优缺点，研究设计了巴特沃斯滤波器作为输

2、入匹配电路。共源共栅结构具有增益大，密勒效应小，结构简单等优点，本文决定将其作为电路主放大结构，然后用基于功耗限制的噪声优化理论推导出了输入MOS管的最优尺寸，并采用级间匹配结构来提高增益降低噪声。为满足宽带需要，电路设计采用了电容耦合负载电路。本文还分别设计了电压偏置电路和电流源电路，以促进低噪声放大器的性能最优化。超宽带低噪声放大器的电源电压为1．5V，采用台积电0．189mCMOS工艺。用ADS2008软件进行仿真，仿真结果显示：在3～5GHz带宽内，噪声系数低于2．3dB，增益大于12dB，最大增益大于14dB，增益波动小于2．4dB，一分贝压缩点约为．15dBm。

3、输入输出匹配均优于．10dB，功耗为19mW。关键词：巴特沃斯滤波器；共源共栅；超宽带；级间匹配；西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractWiththerapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnologyandCMOSprocessinrecentyears，RFICCallbeachievedbyCMOSprocess．OneofnewwirelesscommunicationtechniquesisUWB，whichpeoplefromwirlesscommunicationacademeattachgreat

4、importanceto,becauseofitshighdataspeedandlowpowerconsumption．SoUWBCanbeconsideredasanewhugedevelopmentpotentialtechnology．Lownoiseamplifieristhefirststageinthewirelesstransceiver,itshighperformancecanensurefront-endofRFworkingsuccessfully．Sotheresearchofultra-widebandCMOSLNAisgreatimportan

5、cefortheoryandpractice．Firstly,thispaperdiscussedsomethingaboutultra·widebandLNAstudyactualityandcharacteristicofCMOSRFIC．Secondly,weanalyzedseveralfamiliarinputimpedancematchcircuits，andcomparedtheiradvantagesanddisadvantages．Afterthat，butterworthfilterWasdesignedasinputmatchcircuits．Thec

6、ascodestructurehasmanyadvantages，suchasgoodgain，smallMillereffect，simplestructureetc．Sothepaperchoseitasprimarymagnifyingstructureofcircuits．Thirdly,weeducedtheoptimalsizeofinputtransistorbynoiseimprovedtheoryunderpowerlimit．AstagematchingschemeWasusedforheighteninggainandreducingnoisefigu

7、re．Capacitance-couplingloadcircuitWasusedforfulfillingthedemandofwidefrequency．TooptimizetheperformanceofLNA，thepaperdesignedvoltagebiasedcircuitandcurrent—sourcecircuit．Thevoltageofultra-widebandLNAis1．5V．basedonTSMC0．18gmCMOSprocess．AndthisLNAissimulatedbyAD