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超宽带是一种高速短距离的无线通信技术,由于其具有数据传输速率高、抗干扰能力强、功耗低等优点而具有广泛的应用前景。超宽带的频谱范围为3.1~10.6GHz,多频带正交频分复用(MB-OFDM)技术是一种最具发展潜力的超宽带解决方案,它采用多频带方式,把整个频段划分为14个528M带宽的子频带。其中,低频段(3.1~5.15GHz)的MB-OFDM超宽带射频收发系统是最近研究的热点。
在超宽带无线射频收发系统中,低噪声放大器是无线接收机的关键电路模块之一,通常处于接收系统的前端位置,影响着整机的噪声性能和灵敏度。因此,设计噪声尽可能小且具有一定增益大小的低噪声放大器对提高接收机的动态范围至关重要。
本文设计了一种用于3~5GHz MB-OFDM超宽带接收机射频前端的带无源电感的CMOS低噪声放大器。在分析了RC电阻反馈式低噪声放大器结构的基础上,针对其存在的噪声大、增益较低等问题,设计了一种改进的电路结构,增加了一个源极电感以克服其电路的上述不足,采用TSMC0.18μm RF CMOS工艺库,用Cadence软件进行了设计和仿真,仿真结果表明:改进后的结构在保证良好的输入输出匹配、较好线性度和绝对稳定的工作状态的前提下,提高了电路的噪声性能,在整个频带范围内噪声系数小于1.9dB,同时,增益也达到11dB左右。
本文基于TSMC0.18μm RF CMOS工艺,设计了一种工作于3~5GHz的无电感并联负反馈低噪声放大器。采用了电流复用技术为其提供自偏置,在足够的带宽范围内实现了较高的增益;利用了噪声相消技术消除一部分沟道热噪声,较大程度上降低了放大器的噪声系数;设计了一种有源结构来代替无源电感,实现了良好的输出匹配性能。从仿真结果可以看出:低噪声放大器不仅实现了良好的输入输出匹配、较好的线性度和绝对稳定的工作状态,而且得到了较高的电压增益和较好的噪声性能;它在整个频带范围内的噪声系数小于4.6dB,增益达到11~13.9dB。
本文简单介绍了版图设计的相关规则,并利用Cadence工具分别对前面设计的两种CMOS低噪声放大器进行了版图设计。