针对宽带和多模无线通信系统、高速率数据传输、测试仪器仪表和光通信等对宽带接收机射频前端的应用需求,对包括宽带低噪声放大器和宽带混频器在内的接收机中的核心电路的设计和片上实现方法进行了研究。论文的主要内容包括:(1)为了达到宽带低噪声放大器在片上集成偏置电路的目的,提出了适用于从接近直流的低频开始到几十GHz高频的超宽带电路的偏置电路的解决方案。提出的偏置电路充分利用pHEMT晶体管的直流特性,在超宽带范围内对信号表现出良好的扼流特性。文中对提出的偏置电路的原理进行了深入的分析和说明。(2)在对实现宽带低噪声放大器的方法进行总结和凝练的基础上,提出并设计实现了多款超宽带低噪声放大器电路:a.设计实现了一款0.1到20 GHz的超宽带低噪声放大器。在该设计中通过同时引入两个峰化电感来增强和改善带内的增益平坦度和噪声系数;同时,通过优化共栅极晶体管的栅极与地之间的电容来进一步提升放大器的高频增益;最后,采用LC-ladder匹配网络来实现宽带范围内的噪声和增益匹配。b.设计实现了一款0.1到23 GHz的超宽带低噪声放大器。该低噪声放大器充分利用反馈回路的频率依赖特性,基于理论分析对反馈回路进行设计,使得设计的低噪声放大器同时实现宽带和平坦的增益响应。文中对提出的低噪声放大器的频率依赖特性、低频特性、噪声和线性度等进行了详尽地分析,并对采用提出的技术实现宽带低噪声放大器的方法进行了总结和验证。c.设计实现了一款0.1到40 GHz的超宽带低噪声放大器。该低噪声放大器电路在传统的Cascode结构的基础上通过引入电阻电容反馈来拓展低频端的带宽;同时,通过引入串联和并联电感峰化技术来延缓和补偿高频的增益滚降,从而实现对高频端带宽的拓展。文中分别从时域和频域对提出的超宽带低噪声放大器的带宽拓展原理进行了分析说明。d.设计实现了一款0.1到50 GHz的超宽带低噪声放大器。该低噪声放大器是以噪声级联公式为指导。第一级采用高增益和低噪声的放大器单元,而第二和第三级则采用改进型的带反馈的Cascode达林顿结构放大器单元,以实现更宽的增益带宽。文中从跨导增强、密勒效应消除和高频增益优化三个方面对带反馈的Cascode达林顿结构放大器单元的带宽拓展原理进行了分析说明。e.设计实现了一款0.1到52 GHz的超宽带低噪声放大器。该低噪声放大器单元电路是在Triple Cascode结构的基础上引入电阻电容反馈和电感峰化技术,结合多种带宽拓展技术实现超宽带低噪声放大器。文中对提出的放大器单元的带宽拓展和噪声改善原理进行了分析说明。(3)对超宽带混频器电路的实现方法进行了研究,并设计实现两款超宽带混频器电路:a.设计实现了一款0.1到5 GHz的混频器。该混频器在芯片上集成了本振buffer、混频单元和中频放大器,通过改变芯片外部的匹配电路来对特定频段的性能进行优化。从应用的角度考虑,该混频器芯片电路被封装在了3 mm×3 mm的QFN管壳中,并对包括800 MHz和1.7 GHz在内的典频段的性能进行了验证。b.设计实现了一款0.1到50 GHz的超宽带混频器。提出的混频器电路解决了传统的分布式混频器带宽和线性度之间的矛盾,同时实现了宽带和高线性度的目的。文中对提出的混频器的设计思想和实现方法进行了详尽地说明。(4)在设计的超宽带低噪声放大器和混频器的基础上,对两个电路模块进行了集成设计。实现了一款0.1到50 GHz的超宽带接收机射频前端电路,文中对实现的宽带接收机前端电路的性能指标进行了测试和验证。