论文部分内容阅读
无线通信事业的迅速发展和个人无线产品的快速普及,对射频接收机的性能提出了越来越高的要求。低噪声放大器(LNA)作为射频接收机的第一级有源模块,对接收机系统的整体性能有着重要的影响。锁相环(PLL)为射频接收机提供变频所需的本振信号,是射频接收机的核心模块,压控振荡器(VCO)作为PLL环路中提供频率输出的模块,直接决定了本振信号的频率调谐范围和带外相位噪声。因此,研究和设计高性能的LNA和VCO,具有重要的意义和价值。考虑到SiGe工艺的特殊性,本文首先对设计LNA所采用的SiGe BiCMOS工艺进行了简单介绍并分析了器件中的噪声,然后比较了LNA的几种基本结构和性能差异,叙述了窄带单端LNA的设计原理。在考虑LNA的各种性能参数折中的情况下,最后选择了采用射极电感负反馈和电阻负反馈的结构来实现噪声匹配与功率匹配,设计了一种工作在北斗二代导航系统B3频点的窄带LNA,完成了版图设计并通过了后仿真验证。后仿真结果表明,在工作频率1268.520MHz处LNA的噪声系数为1.05dB,增益为20.3dB,S11和$22分别为-12.2dB和-11.8dB,功耗为13mW。在设计VCO之前本文首先简单介绍了振荡器的分析方法及LC VCO的设计原理,然后详细分析了VCO的相位噪声模型,并总结了几种常用的相位噪声优化技术。在考虑VCO的各种性能参数折中的情况下,本次设计的VCO采用尾电流型全NMOS交叉耦合结构,利用四组差分开关电容阵列将整个频率调谐范围划分为十六个子频带,实现了宽带覆盖,采用二次谐波滤波网络优化VCO的相位噪声性能,基于0.13μm CMOS工艺设计了一种宽带低相位噪声LC VCO。文中给出了详细的设计过程,完成了版图设计、后仿真验证并流片测试。在片测试结果表明,VCO的功耗与输出信号幅度与后仿真结果基本一致,在1.2V电源电压下,消耗总电流都为12.8mA,频率调谐范围较后仿真的11.6GHz～15.1GHz整体下降了大约1.7GHz,相位噪声性能也较后仿真的-111.2dBc/Hz@1MHz有所下降。经过分析,VCO性能的下降主要是由于高频下寄生电容提取不准确和压控信号线上存在的噪声引起的。