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CMOS多频带接收机射频前端电路设计

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 多频带接收机研究现状

1.3 论文的主要工作

1.4 论文的具体内容

第2章 射频接收机基础

2.1 噪声

2.1.1 白噪声

2.1.2 射频CMOS集成电路中的噪声源

2.2 噪声系数

2.2.1 信噪比

2.2.2 噪声系数

2.2.3 多个模块级联

2.3 线性度

2.3.1 理想的线性

2.3.2 实际电路模块的非线性

2.3.3 非线性的损害和量化

2.3.4 非线性的级联

2.4 接收机灵敏度

2.5 接收机典型结构

2.5.1 超外差接收机

2.5.2 零中频接收机

2.5.3 低中频接收机

第3章 低噪声放大器和混频器电路分析

3.1 低噪声放大器的作用

3.2 输入匹配的意义

3.3 不同匹配结构下的噪声分析

3.3.1 共源输入端并联50Ω电阻

3.3.2 电感源简并共源型

3.3.3 共源共栅型

3.3.4 共栅输入型

3.3.5 电阻负反馈型

3.4 混频器

3.4.1 混频器的作用

3.4.2 混频器性能参数

3.4.3 混频器常用结构

第4章 低噪声放大器的设计

4.1 电流复用型单端转差分双频带低噪声放大器

4.1.1 双频带接收机结构

4.1.2 双频带LNA典型结构

4.1.3 采用的双频带LNA结构

4.1.4 双频带单转差低噪放的分析

4.1.5 仿真结果和分析

4.2 宽带噪声消除单转差低噪声放大器

4.2.1 电路结构

4.2.2 输入匹配

4.2.3 噪声系数

4.2.4 感性负载和电阻负反馈

4.2.5 仿真结果和对比

4.3 低电压LNA

4.3.1 采用的低电压LNA结构

4.3.2 电路仿真分析

第5章 多模接收机前端设计

5.1 双模窄带射频前端接收机

5.1.1 常用窄带接收机的结构

5.1.2 所采用的结构

5.1.3 双频带接收机性能与分析

5.2 宽带直接下变频接收机

5.2.1 接收机具体结构

5.2.2 下变频接收机性能与分析

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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摘要

本文首先设计了应用于不同环境的三款低噪声放大器(Low Noise Amplifier),都是采用TSMC130nm工艺设计。第一款是共电流型双频带单转差LNA,无需开关切换,可同时工作在2.4GHz和5.2GHz两个频段,通过双频带输入匹配网络和拥有两个谐振点的负载网络一同完成信号放大,有着很好的噪声性能和较低的功耗;2.4GHz处的噪声系数为1.79dB,5.2GHz处的噪声系数为1.39dB。第二款是采用噪声抵消技术的单转差无电感宽带LNA,共两级,第一级在传统的噪声抵消结构上进行改进,消除了电路中更多MOS管的噪声,第二级采用有源负载和电阻负反馈来扩展带宽;后仿结果显示,在0.4GHz到6.2GHz的频带范围内,输入输出匹配的都相当好,S11和S22都在-14dB以下;S21保持了很高的平坦度,最高为19dB,且在6.2GHz处增益只下降了1.2dB;噪声系数也一直维持在较低水平,最高只有2.5dB,0.8~4GHz之间不超过2dB。第三款为低供电电压的单端LNA,在0.4V的供电电压下可以正常工作,核心电路功耗不到1mW。
  接着将之前设计的双频带LNA、宽带LNA和Mixer结合起来,分别设计了两款不同用途的射频前端。第一个采用电流复用结构,将开关管叠加在双频带LNA输入跨导管之上,提高了电路线性度,减小了功耗。另一个针对零中频接收机而设计,宽带LNA结构不变;在混频器电路设计中,为降低闪烁噪声的影响,先通过跨导级电路将射频电压信号转换为电流,后接无源混频器,最后接跨阻级电路,使得1/f噪声得到了很好的抑制,同时具体优化和分析了开关管对整体增益、噪声和线性度的影响,设计得到的1/f转角频率仅为5KHz。

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