基于SiGe工艺和噪声抵消技术的宽带低噪声放大器研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qijisama
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近年来,无线通信在移动通信、全球互联接入及物联网等领域应用越来越广泛。现代通信系统往往要提供两个甚至更多的无线服务,这就要求射频前端的关键部件之一的低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)能在多个频带下具有放大能力。因此能够覆盖多个频带的宽带低噪声放大器成为研究热点。   宽带低噪声放大器需要有良好的输入匹配,输入匹配要兼顾阻抗匹配和噪声系数。通常,这两个指标是耦合在一起的。现有的宽带匹配技术需要反复协调电路参数,在阻抗匹配和噪声匹配之间折衷,给设计增大了难度。噪声抵消技术可以有效的将这两个参数分离,对降低设计复杂度、缩短设计周期、降低设计成本具有重要意义。   现有的噪声抵消电路结构基本上都是基于CMOSI艺的。近年来,随着SiGe技术的发展,SiGe BiCMOS工艺逐渐成为射频集成电路工艺的主流。然而,基于SiGe工艺的采用噪声抵消结构的设计方法还未见报道。,因此,本文基于SiGe工艺,开展噪声抵消电路结构研究,并开展采用噪声抵消技术的工作于0.8-5.2GHz频段低噪声放大器的设计研究。   首先,设计了一款用于LNA输入匹配的SiGe HBT噪声抵消电路结构。通过解析的方法给出了此电路结构的噪声系数表达式,并与安捷伦公司的ADS(Advanced Design System)仿真结果对比,验证了该表达式的正确性。   其次,给出了0.8-5.2GHz的噪声抵消结构电路参数的设计以及基于电流镜的偏置网络的设计方法。借助射频集成电路设计软件ADS,对该结构电路的噪声系数和输入匹配进行仿真。结果表明,在该频带内,输入匹配和噪声性能良好,并且很好地实现了匹配与噪声系数的去耦。   再次,基于该噪声抵消电路结构,完成了0.8-5.2GHz LNA的设计。为兼顾输出匹配、电路线性度等因素,电路输出级采用了多重反馈结构。为了补偿高频增益的衰减,保证带宽满足设计目标,应用了并联峰化、匹配补偿和反馈补偿等带宽扩展技术。   最后,对放大器各项性能参数进行了仿真。仿真结果表明,在0.8-5.2GHz范围内,LNA的Sn达到23dB以上,噪声系数小于4dB,S11和S22在整个频带内均小于-11dB,且放大器无条件稳定,性能良好。接着,基于JAZZ0.35μm BiCMOS工艺绘制出了LMA的版图。  
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