CMOS宽带线性可变增益低噪声放大器设计
CMOS宽带线性可变增益放大器的设计
国防科学技术大学硕士学位论文CMOS宽带线性可变增益放大器的设计姓名：汪金真申请学位级别：硕士专业：电子科学与技术指导教师：李建成2010-11摘要在射频通信系统中，由于受到诸如障碍物、空气效应等因素的影响引起信号的衰减，信号的接收需要能够处理最大范围的数据转换。
基于这种考虑，在典型的射频系统的前端一般都采用自动增益控制电路。
可变增益放大器(Variable Gain Amplifier, VGA)是自动增益控制(Automatic Gain Control, AGC)电路中的一个关键模块，自动增益控制系统的稳定性和对输入信号的响应灵敏度在很大程度上取决于可变增益放大器的设计性能。
本课题以射频接收芯片的研制为背景，从自动增益控制环路系统入手，分析了自动增益控制电路的基本工作原理，以及可变增益放大器在AGC环路中的地位和作用。
在总结目前CMOS可变增益放大器的主流技术的基础上，设计了一个CMOS宽带线性可变增益放大器，其增益的控制范围为24dB。
根据AGC系统的要求，设计其增益与控制信号成dB-线性关系。
所设计的可变增益放大器由输入匹配电路、控制电压转换电路、主体电路和输出匹配电路四个部分组成。
输入阻抗匹配电路采用带通滤波器技术实现VGA的频带选择，并在频带范围内满足输入阻抗匹配及较低噪声的要求；控制电压转换电路将变化范围较大的控制电压转换成变化范围较小的电压直接控制VGA主体电路，实现增益-控制电压呈dB-线性关系；主体电路将输入信号和控制信号相乘，进而实现增益的连续可调，通过控制输入管漏源电压，在输入信号强度较大时，使输入管工作在饱和区，提供较好的线性度；输出匹配电路采用并联峰值(Shunt-Peaking)结构，通过电感引入零点来补偿因电容引起的增益下降，扩展了带宽，同时采用源极跟随器作放大器的输出级，驱动片外负载。
本设计基于Agilent Technologies公司的ADS2009仿真平台，采用TSMC公司的0.18μm RF CMOS工艺进行仿真。
0.13μm CMOS超宽带低噪声放大器的设计
０１ ．３
．
ｍＣ ０ 超宽带低噪声放大器的设计 Ｍ Ｓ
■ 北京理工大学信息科学与技术学院 申华 吕昕
中芯 国际集成电路制造（ 上海） 有限公司 多新 中 杨立吾
ｌ 厂。 摘要
：
Ｉ 流反馈￣４源共栅超宽带 ｔ ． － 低噪声 放大器， 并采用中 际 ０１ ｍ Ｉ 芯国 ． ３
优 化 窄带 放 大 器 ，然 后 通 过适 当选
择 电 阻Ｒ 角定 小 信 号 等 效 输入 电路 的一ｄ ３ Ｂ带 宽 。根 据 带 宽 的值 ， 电 阻
电 阻Ｒ 和 Ｌ ＮＡ输入 阻抗 的 匹 配 。 图
１ｂ所 示 为 整 个 ＬＮＡ输 入 部 分 的 小 （）
波器 的一 部 分 ，实现 较 好 的性 能 并
且 功 耗 较 低 。 但 为 了 降 低 插 入 损 耗 ，滤 波 器 通 常 由 片 外 元 件 实 现 ，
增 加 了Ｐ ＣＢ的 复杂 性 和 成 本 ；其 二 是 电阻 并联 交 流反 馈 式 拓 扑结 构 。 这 种结 构 将 窄 带 低噪 声 放 大器 和 传 统 的 电 阻 并 联 反 馈 式 放 大 器 相 结
以 ， 图 ２ａ 中 反 馈 电 阻 Ｒ 的 主 要 作 （） 用 之 一 是 减 小 输 入 电 路 的 Ｑ值 。 图
带 宽 和 Ｑ值 成 反 比 关 系 ，通 过 适 当
调 节 电阻Ｒ ，窄 带 Ｌ ＮＡ能够 转 换 为
宽 带Ｌ ＮＡ，如 图 ２ａ所 示 。 （） 总之 ，为 设 计 覆 盖 一 定 带 宽 的 宽 带 放 大器 ，首 先 应 在 中心 频率 处
（） 入端 等 效 电路 ｂ输
图 １窄带共源共栅低噪声低噪声放大器
６６ ０８０电子设计 ２０． １ 应用 ｗ ｗａ．ｍ删 ｗ．ｗｏ． ｅ ｃ
CMOS宽带低噪放大器的研究与设计
学校代码： 10246学号： 042052031硕士学位论文CMOS宽带低噪声放大器的研究与设计院系：信息科学与工程学院专业：微电子学与固体电子学姓名：廖友春指导教师：唐长文闵昊完成日期：2007年7月4日目录目录 (I)摘要 (III)Abstract (IV)第一章概述 (1)1.1 数字电视调谐器系统 (1)1.2 低噪声放大器 (3)1.3 论文研究内容及贡献 (4)1.4论文组织结构 (5)参考文献 (5)第二章 MOS管噪声模型 (8)2.1 沟道电流热噪声 (8)2.2 栅噪声(准静态模型) (8)2.3 栅噪声与沟道噪声的相关性 (10)2.4 MOS器件非线性模型 (11)参考文献 (12)第三章窄带LNA电路设计与优化 (13)3.1 四种基本窄带LNA结构及噪声分析 (13)3.1.1 栅极匹配电阻型共源结构 (13)3.1.2 电阻反馈型共源结构 (14)3.1.3 共栅放大结构 (14)3.1.4 带源极电感反馈的共源结构 (15)3.2 源极电感反馈型LNA噪声分析 (16)3.2.1 简约模型(忽略感应栅噪声) (16)3.2.2 完整模型(包括感应栅噪声) (19)3.3 噪声优化 (23)3.3.1 固定增益求最小噪声系数 (25)3.3.2 固定功耗求最小噪声系数 (26)参考文献 (26)第四章噪声抵消LNA的设计方法 (28)4.1 噪声抵消原理 (28)4.2 噪声系数计算 (31)4.3 线性度分析 (32)4.4 各参数间的权衡关系 (32)参考文献 (33)第五章差分可变增益LNA设计 (34)5.1 电容交叉耦合LNA 基本结构 (34)5.2 输入端设计 (36)5.3 理想Balun特性 (36)5.4 负载设计 (39)5.5 电路参数计算 (40)5.5.1 增益 (40)5.5.2 噪声系数 (41)5.5.3 线性度 (42)5.6 可变增益LNA设计 (43)参考文献 (44)第六章芯片设计与测试实例 (46)6.1 噪声抵消宽带LNA设计 (46)6.1.1电路实现 (46)6.1.2 版图设计 (47)6.1.3 芯片实现及测试结果 (48)6.1.4 设计小结 (51)6.2 差分电容交叉耦合LNA (51)6.2.1 完整电路实现 (51)6.2.2 版图设计 (53)6.2.3 芯片实现及测试结果 (53)6.2.4 测试结果小结 (57)6.3 差分可变增益LNA (58)6.3.1 版图设计 (58)6.3.2 仿真(测试)结果 (59)参考文献 (60)第七章总结与展望 (62)7.1 成果总结 (62)7.2 展望与进一步研究 (62)参考文献 (63)致谢 (65)摘要无线通信技术和CMOS工艺的迅速发展使得越来越多的射频系统的单片集成成为可能。
宽带CMOS低噪声放大器的设计
第 ７ 卷第 ４ 期
承瑞清，李海松，李智群：宽带 CMOS 低噪声放大器的设计
表1 电路元器件参数
图 4 LNA 电路结构
其中输出 1dB 压缩点为 8.1dBm，输入 1dB 压缩点 为 -14.9dBm。
4 电路仿真结果及分析
本设计采用无锡华润上华 0.6 μ m 工艺模型和 Cadence 仿真工具。 4.1 S 参数分析
第第7７卷卷，第第4４期期 Vol． 7，No． 4
电子与封装 ELECTRONICS & PACKAGING
电 路 设 计
宽带 CMOS 低噪声放大器的设计
总 第48 期 2007 年 4 月
承瑞清 1,2，李海松 1,2，李智群 1
（1. 东南大学射频与光电集成电路研究所，南京 210 096；2. 东南大学集成电路学院，南京 210 096）
（ 1）
在谐振频率处有：
Z =ω L
in
Ts
（2）
收稿日期：2006-12-12
- 25 -
第 ７ 卷第 ４ 期
电子与封装
增益和最小输入输出驻波比。在输入匹配过程中采 用无源匹配网络LC La dder宽带滤波器，电感采用 高频电感模型。由于最大增益和最小噪声的要求不 能同时满足，因此实际中需要利用 Smi th圆图对输 人输出、级间匹配网络进行优化。最后在增益、 噪声系数、输入输出驻波比等几项指标中取折衷以 达到最终要求。
［2］C.J.M.Verhoeven . Structured Electronic Design-Negative Feedback Amplifiers[M]. Kluwer Academic Publishers, 2003.
［3］K. van Hartingsveldt. HF Low Noise Amplifiers with Integrated Transformer Feedback[J]. ISCAS,2002,5(2): 815-818.
CMOS宽带低噪声放大器的研究与设计的开题报告
CMOS宽带低噪声放大器的研究与设计的开题报告一、选题的背景和意义随着电子技术的快速发展和应用的广泛开展，宽带低噪声放大器成为了许多领域的核心技术之一，如通信、无线电、雷达、电视等。
特别是在5G通信时代，宽带低噪声放大器的性能和效率对整个通信系统的性能影响越来越大。
同时，随着射频电路的日渐复杂和小型化，CMOS技术作为一种高度集成的技术，更能满足这些需求。
二、研究内容本文的主要研究内容如下：1. 综述宽带低噪声放大器的基本原理和发展历程；2. 研究CMOS技术的特点和优势，并介绍CMOS宽带低噪声放大器的设计方法；3. 对CMOS宽带低噪声放大器的关键技术进行深入探讨，如抗干扰能力、线性度等；4. 实现设计并对其进行性能测试。
三、预期研究结果通过本文的研究，预期获得以下成果：1. 深入了解宽带低噪声放大器的基本原理和发展历程；2. 掌握CMOS宽带低噪声放大器的设计方法和关键技术；3. 利用EDA软件设计CMOS宽带低噪声放大器，并进行性能测试；4. 获得一种优化的CMOS宽带低噪声放大器，具有更高的抗干扰能力和更好的线性度。
四、研究方法本文采用文献综述和实验研究相结合的方法，首先通过文献综述和分析，深入了解宽带低噪声放大器的原理、设计方法以及关键技术。
然后，利用EDA软件设计并实现CMOS宽带低噪声放大器，并进行性能测试，评估设计的有效性和可行性。
五、进度安排第一学期：1. 阅读相关文献，了解宽带低噪声放大器的基本原理和发展历程；2. 学习CMOS技术的特点和优势，掌握CMOS宽带低噪声放大器的设计方法；3. 研究CMOS宽带低噪声放大器的关键技术。
第二学期：1. 利用EDA软件设计CMOS宽带低噪声放大器；2. 进行性能测试；3. 对测试结果进行分析和总结，撰写论文。
基于CMOS工艺的超宽带低噪声放大器设计的开题报告
基于CMOS工艺的超宽带低噪声放大器设计的开题报告一、研究背景和意义超宽带（Ultra-WideBand, UWB）是近年来新兴的无线通信技术，其传输带宽一般大于20 MHz，一般以极短脉冲时间间隔传输数据。
UWB技术具有以下优越性：（1）高速传输：UWB技术的传输速度可达到数Gbps，比传统的通信技术（如WLAN、Bluetooth）快上几个数量级。
（2）高保真度：UWB技术具有极好的时域特性，可提供准确可靠的位置和距离信息，适用于高精度定位和跟踪应用。
（3）抗干扰：UWB信号是低功率、短脉冲的宽带信号，干扰产生的能量很小，因此UWB信号不容易被其他无线设备干扰。
低噪声放大器（Low-Noise Amplifier，LNA）作为UWB系统中一项重要且难以实现的关键电路，承担着接收器前端的信号放大和噪声降低的任务。
在UWB系统中，LNA的主要目标是最大限度地提高接收器的灵敏度，并提高传输速率和特征值的信噪比。
此外，LNA还需要尽可能降低功耗、占用面积和成本，以提高整个系统的性能。
基于CMOS工艺的LNA已经成为了UWB通信领域的核心研究方向。
CMOS工艺具有功耗低、占用面积小、成本低等优点，可以满足UWB通信系统对电路设计的要求。
因此，设计一种基于CMOS工艺的超宽带LNA，具有促进新一代UWB无线通信技术发展的重要意义。
二、研究内容和方法本文旨在设计一种基于CMOS工艺的超宽带LNA，并分析其性能表现。
具体研究内容和方法如下：（1）分析UWB系统的要求和LNA的设计指标，建立设计模型。
（2）根据设计模型，利用Cadence软件设计出LNA电路，并进行仿真验证。
该电路包括放大器的结构、调制方式、传输媒介和双平衡混频器（Double Balanced Mixer，DBM）的设计。
（3）根据仿真结果优化LNA电路，进一步提高其性能表现，并进行特性分析。
（4）在TSMC 65nm工艺下进行电路实现，对电路进行测试评估，比较仿真结果和实验结果，验证设计结果的准确性和性能表现。
31～106 GHz CMOS超宽带低噪声放大器设计
第１期王春华等：３．１～１０．６ＧＨｚＣＭＯＳ超宽带低噪声放大器设计７５软件完成。
最终的各项仿真结果见图５～图９。
图５是通过原理图仿真得到的Ｓ参数￥２１、Ｓｌｌ和Ｓ２２曲线，图６在完成版图验证和寄生参数提取之后通过后仿真（Ｐｏｓｔ—ｌａｙｏｕｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ）得到的相应的Ｓ参数结果。
对比图５和图６不难发现，在３．１～１０．６ＧＨｚ频带内，后仿真得到的放大器正向增益Ｓ２ｌ较之前仿真结果减小了大约６ｄＢ，降到了１４士０．４ｄＢ，增益曲线仍然具有比较好的平坦度。
后仿真得到的放大器增益有所下降，特别是高频端的增益下降得比较快，是因为后仿真考虑了电路版图中存在的寄生电容等影响，并且考虑到工艺中电感Ｑ值不高这一实际情况，能比较真实的反映出电路的实际性能。
电路在３．１～１０．６ＧＨｚ频带内的输入反射系数Ｓ１ｌ、输出反射系数￥２２均小于．１０ｄＢ。
电路的反向隔离性也比较好，整个频带内Ｓ１２保持在．７５ｄＢ以下。
由图７，后仿真的噪声系数最小值为３．２ｄＢ，３．１．１０．６ＧＨｚ范围内的平均值约为５．８ｄＢ。
在高频端的噪声性能有所恶化，这与电路结构有关，凶为共栅极结构本身噪声系数比较大１１３１０本文之所以采用共栅极结构而没有采用ＬＣ无源滤波器结构【８】，是在实现超宽带的阻抗匹配和低噪声系数的折衷权衡。
后仿真结果显示电路Ｐ１ｄＢ压缩点为一３７ｄＢｍ。
图９是电路版图结果，芯片面积约为０．９５ｍｍ２（１．３ｍｍｘ０．７３ｍｍ）。
本设计的工作电压为０．８５Ｖ，电路的直流功耗为１０ｍＷ。
表１给出了本设计与近年来部分采用０．１８ＬＬｍＲＦＣＭＯＳ工艺的超宽带低噪声放大器设计的比较。
由表１可知，文献８和文献１５中电路的直流功耗虽然低于ｌＯｍＷ，但是同时它们的增益也较低，均为１０ｄＢ左右。
文献［１４】的设计功耗与本设计频率（ＧＨｚ）图７噪声系数ＮＦ图８反向隔离Ｓ１２图９放大器电路版图相当，但是增益也不高（峰值为１２ｄＢ），且带内增益曲线平坦度也不理想。
宽带CMOS低噪声放大器的设计
摘 要 ：文章主要介 绍应 用于集群接 收机 系统的 ３ ０ ｚ～４ ０ ５ ＭＨ ７ ＭＨｚ 低噪 声放 大器 ，采 用 ０６ ｍ ．
引言
随着 无线 通讯 、卫 星通 讯 、全 球定 位 系统迅速 发展 。现代通讯 系统要 求通讯距 离越来越 远的 同时 ， 接收灵敏度越来越高 。低噪声放大器（ Ｎ 作 为移动 Ｌ Ａ） 通 信 、雷 达 、电子对 抗及 遥控 遥感 系统 接收 机前端 部 件 ，对 整个 接 收系 统 的性 能 指标 起着 关 键 作用 。 设 计性 能指标 良好 的 Ｌ Ａ 有着重要 的意义 。本 文以 Ｎ
一
输入输 出在宽带 内 配到 ５ ０ Ｑ。
２ 设计思路
２１ 源 极 负 反馈 ．
低噪声放大器采用共源共栅（ ａｃ ｄ） Ｃ ｓｏ ｅ和源极 电感 负反馈结构 ，如图 １ 所示 。若忽略 Ｍ１ 管栅漏 电容 ｃ 则输 入阻抗 ｚ ｊ 表示为… ：
１
种两级低噪声放大器为例 ，探讨 宽带低噪声放 大器
收 稿 日期 ： ０ ６ １ － ２ ２ ０ ・２ １
一
２ ５—
维普资讯
第７ 第４ 卷 期
电
子
与
封
装
增 益 和最 小输 人输 出驻波 比。 在输 人 匹配过 程 中采 用 无 源匹 配 网络 Ｌ ａ ｄ ｒ Ｃ Ｌ ｄ ｅ 宽带 滤波 器 ， 电感 采用 高 频 电感模 型 。由于 最 大增 益和 最小 噪声 的要求 不 能 同 时满 足 ，因此实 际 中需 要利 用 Ｓ ｔ 图对输 ｍｉ ｈ网 人 输 、级 间 匹 配 网 络 进 行 优 化 。最 后 在 增 益 、 噪 声系 数 、 人输 驻波 比等 几 项指 标 中取折 衷 以 输
CMOS超宽带低噪声放大器的设计
中图分类号 ：Ｔ ７ ２３ Ｎ ２．
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１８－０ ０ （００ ８０ １— ６ １１７ ２ １ ）０ —０ ７０ ４
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｓｇ ｆ ＣＭ ＯＳ Ｕｌｒ － ｉ ｅ ａ ｄ Ｌｏ Ｎｏ ｓ ａ ｔ ａ Ｗ ｄ ｂ ｎ ｗ ｉｅＡｍｐｌ ｅ ｉ ｒ ｉ ｆ
的定义上存在两种方案 ，直接序列 （ — ＤＭＡ）和 ＤＳＣ 多带 Ｏ Ｄ （ Ｏ Ｄ 。 Ｆ Ｍ ＭＢ Ｆ Ｍ） 尽 管 目前超 宽带技 术的标 准还没有 统一 ，但 是 低噪 声放 大器终 归是其 接收机 中一个 不可或 缺的 重 要模块 。低噪 声放大器 （ ＮＡ）的主要功 能是将来 Ｌ 自天 线的微 伏级 的 电压 信号进行 小信号 放大后 传输 到下一级 电路 。因此 ，Ｌ ＮＡ的性能对射频 接收系统
邦通信委 员会 （ Ｃ Ｆ Ｃ）于 ２ ０ 年 公布 了允许民用的 ０２
１ 引言
超宽带 （ ＵＷＢ）技术是一种低功耗、低成本 、高
传 输 速 率 、抗 干 扰 性 能 强 的 短 距 离 无 线 通 讯 技 术 。
ＵＷＢ频段 ，即 ３１ Ｈ － ０ Ｇ ｚ ． Ｇ ｚ １． Ｈ 。目前在 Ｕ ６ ＷＢ系统
ＸＵ Ｇｕ － ｉｇ ｏｍ ｎ
（ ｏｌ ｅ ｆ ｌ ｔ ｎｃ ｎｏｍ ｔ ｎ Ｓ ｏｈ ｗ Ｕ ｉ ｒｉ ， ｕｈ ｕ １０ ０ Ｃ ／ａ Ｃ ｌｇ ｏＥ ｅ ｒ ｉＩ ｒ ａ ｏ ， ｏ ｃｏ ｎ ｅｓｙ Ｓｚｏ ５ ０ ， ｈｎ ） ｅ ｃｏ ｆ ｉ ｖ ｔ ２
Ａｂｓｒ ｃ ： ｔａ ｔ ＡｓＵＷ Ｂ ｃ ｎ ｌｇ ａ ｓｅ ｔ ｎ ａｓ ｏ ｔｄｓａ ｃ ｅ ｅ ａ ｙ ｅ ｆ ａ ，ｏｈ ｌ ｅ ｐ ｅｇ ｔ ｉ ｔ ｈ ｏ ｏ ｙ ｔ ｎ ｆｒｗｉ ｅ ｒ ｈｉ ｈ ｒ ｉｔｎ ｅａｆｗ ｍ ｇ ｂ ｔ ｓｏ ｔ ｔ ｅｐ ｐ ｏ ｌ ｅ ｄ ｄａ ｒ ｏ ｅ ｅ ｄ ｎ ｅｏ ｈ ｉｅ ｔｕｓｍ ａ ｉｇ ｂ ｇ ｂ ｎ ｗｉ ｔ ｒ ｌｓ ａａｔａ ｓ ｉｓｏ ｏ ｔｅａｍ ｏ ｔｍ ｐ ｓ ｉ ｅ ｆｄ ｐ ｎ ｅ ｃ ｎｔ ｅｗ ｒ ， ｈ ｋ ｎ ｉ — ａ ｄ ｄｈ ｗｉｅｅ ｓｄ ｔ ｎ ｍ ｓ ｉ ｎｆ ｍ ｌ ｓ ｒ ｒ ｈ ｉ ｏ ｓｂｌ ｉ ｔ ｅ ｌｔ． ｌ ｏ ｇ Ｗ Ｂ ｔｎ ａ ｄｈａ ｏ ｅ ｎｉ ｅ ， ｕ ， ｆｅ ｌ，ｓｉ ｏ — ｏ ｓ ｍｐ ｉ ｅ ｅ ｅｖ ｒ ｎ ｏｒ ａｉ Ａ ｔ ｕ ｈＵ ｙ ｈ ｓａ ｄ ｒ ｓｎ ｔｙ ｔ ｕ ｆ ｄ ｂ ｔ ａ ｔｒａ ｌ ｉ ｓｌｗ ｎ ｉｅａ ｌｆ ｒｉ ａｒ ｃ ｉ ｅ ｉ ｔ ｉ ｎ ｉ ｄｓ ｅ ｓ ｂ ｅｍｏ ｕ ｅ Ｔｈ ｓｐ ｐ ｒｄ ｓ ｒｂ ｓａｔｃ ｉ ｕ ａ ｅ ｎ ０ １ ＣＭ Ｏ Ｓｆ ｒＵＷ Ｂ ｉ ｌｓ ｏ ｎ ｉｐ ｎ ａ ｌ ｄ ｌ ． ｉ ａ ｅ ｅ ｃ ｉ ｅ ｅ ｈ ｑ ｅｂ ｓ ｄｏ ． ｕ ｍ ｎ ８ ｏ ｗ ｒ ｅ ｓｃ ｍｍ ｕ ｅ — ｎｃ ｔ ｎｓ ｓｅ ｃ ｉｅ ｏ ｔｅ ｄｌｗ— ｏ ｓ ｍｐ ｉ ｅ ． ｍ ｂｎ ｄｗｉ ｏ ｕ ｅ－ｉ ｅ ｓｇ ，ｈ ｌ ａ ｗｉｅ ａ ｄ ｉａｉ ｙ ｔｍ ｒ ｅｖ ｒｆ ｎ －ｎ ｏ ｅ ｒ ｏ ｎ ｉｅａ ｌｆ ｒ Ｃｏ ｉ ｉｅ ｔ ｃ ｍｐ ｔｒａｄ ｄｄｅｉ ｎ ｔｅｕ ｔ － ｄ ｂ ｎ ｈ ｒ ｌｗ ｏ ｓ ｍｐ ｉ ｅ ｐ ｔａ ｄｏ ｔｕ ｅｔ ｃ ｉｖ ｏ ｄｉ ｅ ａ ｃ ｔｈｉｇ ｉ ｅ３ＧＨｚ－１ ＧＨｚｆｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ｎ ｉｅａ ｌｆ ｒｉ ｕ ｎ ｕｐ ｔ ａ ｈｅ ｅｇ ｏ ｉ ｎ ｒ ａ ｏ ｍｐ ｄ ｎ ｅｍａｃ ｎ ．ｎｔ ｈ ０ ｑ ｅｃ ｒ ｒｎ ｅｔ ｃ ｅ ｅａｇ ｉ ＝ ２ ｌ Ｂ． ｏ ｓ ｇ ｒ ｅ ｓｔ ａ ｄ ｆｒ ．Ｖ ｐ ｒｔｎ ｏｔｇｅｉ ｈ Ｃ ｏ ｒ ａ ｇ ａ ｈｉｖ ａｎＧ ｏ ９ ４ ｄ ｎ ｉｅｆ ｕ ｅｌ ｓ ｎ ４ Ｂ ．１８ ｏ ｅ ａｉ ｇｖ ｌ － ｉ ｈ ｏ ａ ｎｔ ｅＤ ｐ ｗｅ ａ ｌ ｅ ｂ ｕ ５ Ｗ ． ｍｐ ｉ ｒｉ ａ ｏ ｔ ｍ ｉ ｆ ｓ ３ Ｋｅ ｒ ｓ ＣＭ ＯＳ； ｌ ａｗ ｉｅ ａ ｄ ｌＷ —ｏｉｅａ ｙｗｏ ｄ ： ｕｔ － ｄ ｂ ｎ ；Ｏ ｎ ｓ ｍｐｌ ｅ ｒ ｉ ｒ ｉ ｆ
3~5 GHz超宽带可变增益CMOS低噪声放大器的设计
3~5 GHz超宽带可变增益CMOS低噪声放大器的设计摘要：基于TSMC 0.18 μm RF CMOS工艺，设计了一款工作在3 GHz～5 GHz的增益连续可调CMOS低噪声放大器。
采用RC电阻负反馈式结构以获得良好的输入匹配和噪声性能。
通过改变第二级MOS管的偏流, 在工作频段内获得了36.5 dB的连续增益可调。
关键词：超宽带；低噪声放大器；增益可调；CMOS超宽带UWB（Ultra-Wide band）技术是一种新兴的无线通信技术，具有数据传输速率高、功耗低、安全性好等优势，在雷达定位、智能交通系统、无线个人局域网（WPAN）等方面得到广泛应用。
而作为超宽带射频无线接收机最前端的低噪声放大器,对系统的灵敏度具有决定性作用。
可变增益低噪声放大器除满足低的噪声系数和高的增益等指标外，还可以稳定输出、增大接收机的动态范围、满足混频器的线性度要求, 可灵活应用于超宽带系统设计。
目前已报道的可变增益LNA主要采用开关选择技术[1-2]、负反馈技术及偏流控制技术等[3-4]。
上述方法对窄带低噪声放大器的增益能实现连续控制,但在超宽带放大器中会造成放大器的回波损耗及增益平坦度等指标随着增益的减小而恶化。
本文提出了一个基于TSMC 0.18 μm CMOS工艺的3 GHz~5 GHz增益可变的低噪声放大器。
采用二级共源共栅结构，使用并联负反馈展宽频带，通过控制第二级放大器的偏流来实现增益连续可变。
仿真结果表明，该放大器在工作频段内可实现增益变化为36.5 dB，输入输出回波损耗及增益平坦度几乎不变，噪声系数最小值为1.46 dB，在1.8 V电源下，功耗仅有6.2 mW。
1 电路设计1.1 超宽带输入阻抗匹配基于CMOS工艺的经典电感源简并(Inductively source degeneration)结构的LNA具有噪声系数小、增益高等特点，在实现宽带LNA电路时，通常需要增加负反馈网络，降低电路品质因数来拓展频带。
CMOS宽带线性可变增益低噪声放大器设计
CMOS宽带线性可变增益低噪声放大器设计
李海松;李智群;王志功
【期刊名称】《电子与封装》
【年(卷),期】2007(7)10
【摘要】文章设计了一种48MHz～860MHz宽带线性可变增益低噪声放大器,该放大器采用信号相加式结构电路、控制信号转换电路和电压并联负反馈技术实现.详细分析了线性增益控制、输入宽带匹配和噪声优化方法.采用TSMC 0.18μm RF CMOS工艺对电路进行设计,仿真结果表明,对数增益线性变化范围为-5dB～18dB,最小噪声系数为2.9dB,S11和S22小于-10dB,输入1dB压缩点大于-14.5dBm,在1.8V电源电压下,功耗为45 mW.
【总页数】5页(P21-24,32)
【作者】李海松;李智群;王志功
【作者单位】东南大学射频与光电集成电路研究所,南京,210096;东南大学集成电路学院,南京,210096;东南大学射频与光电集成电路研究所,南京,210096;东南大学射频与光电集成电路研究所,南京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】TN722.3
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增益可调宽带CMOS低噪声放大器设计
Ｋｅ ｏ ｄ ： Ｎ （ ｏ ｏ ｅＡ ｌ ｅ） ｖｒ ｂｅｇｉ ； ｉｅａ ｄ Ｃ Ｓ ｍ ｌ－ａ ｄｔ ｎｉｏ ｙｗ ｒｓ Ｌ Ａ Ｌ ｗ Ｎ ｉ ｍｐｉ ｒ ； ａ ａｌ ａ ｗｄｂｎ ； ＭＯ ； ｕｔｇｔ ａ ｓ ｔ ｓ ｉ ｆ ｉ ｎ ｉ ｅ ｒ ｓｒ ｓ
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匹配 电 路 ； 采用 了两 级 共 源共 栅 结 构实 现 电路 的放 大 ， 通 过控 制 第 二 级 的 电流 ， 现 了在 宽 频 带 范 围 内 增 益 连 续 可 调 ； 用 了 并 实 采
H调谐器的CMOS可变增益低噪声放大器设计的开题报告
应用于DVB-T/H调谐器的CMOS可变增益低噪声放大器设计的开题报告1. 研究背景和目的随着数字电视的广泛应用，DVB-T/H调谐器成为数字电视接收系统中不可缺少的组成部分。
而低噪声放大器作为调谐器中的核心部件，其性能对整个系统的性能有着至关重要的影响。
传统上，低噪声放大器多采用GaAs等III-V材料制成，但由于制造成本高昂，CMOS技术已经成为一种更加经济实用的选择。
然而，CMOS 技术的低噪声性能仍然不及III-V材料。
因此，如何在CMOS技术下设计出性能优异的低噪声放大器，是当前研究的热点之一。
本研究的目的是设计一种基于CMOS技术的可变增益低噪声放大器，以应用于DVB-T/H调谐器中。
该放大器具备低噪声、高增益、高线性、可变增益的特点，能够提供优异的信号放大性能，从而提高整个DVB-T/H接收系统的性能和稳定性。
2. 研究方法和步骤为了实现可变增益低噪声放大器的设计，本研究将采取如下步骤：- 进行系统需求分析，明确放大器的设计指标和应用场景；- 建立放大器的电路模型，包括放大器的结构、参数和特性；- 采用基于CMOS技术的RFIC设计流程，设计放大器电路原理图和布局；- 采用SPICE软件对电路进行仿真，并进行电路优化；- 制作样品，进行测试评估，并根据测试结果进行调整和改进，最终完成样品设计。
在以上步骤中，仿真和测试评估是关键环节。
通过仿真可以快速评估设计方案的有效性和性能优劣，直观地观察到电路中各项参数的变化和相互影响。
而测试评估则可以验证仿真结果的有效性，同时可以了解电路实际性能及其与仿真结果的差距，为后续改进提供重要参考。
3. 预期研究结果和意义本研究的预期结果是设计一种基于CMOS技术的可变增益低噪声放大器，并完成样品测试评估。
该放大器具备以下特点：- 可变增益：通过改变电路中某些元器件的电阻、电容或其他参数，可以实现放大器增益的连续可调；- 低噪声：通过优化电路结构和参数，使得放大器在高增益情况下仍可提供优异的低噪声性能；- 高增益：放大器具有较高的增益，在DVB-T/H接收系统等应用场景中具有较为广泛的适用性；- 高线性：通过优化电路结构和参数，使得放大器在大信号下具有良好的线性特性，能够提供稳定的信号放大效果。
CMOS低噪声放大器的分析与设计的开题报告
CMOS低噪声放大器的分析与设计的开题报告一、选题背景随着现代电子技术的迅速发展，各种高性能、低功耗的电子设备被广泛应用到各个领域中。
而这些电子设备中，低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）则是至关重要的一个组成部分。
在通信领域中，LNA扮演着接收信号的第一道防线，因此其性能决定了整个系统的灵敏度、抗干扰能力和信噪比等重要指标。
而随着通信系统的发展，对LNA的性能要求也越来越高，要求其具备高增益、宽带、低噪声等优秀特性。
CMOS 技术因其具有低成本、低功耗、集成度高等优势，逐渐成为LNA研究领域的热点。
因此，LNA的分析与设计成为了当前重要的研究方向之一。
二、研究目的本课题旨在对CMOS低噪声放大器的原理和性能进行深入分析，设计出符合高性能LNA的设计需求的电路，并对其进行仿真与验证，最终得到性能优秀的LNA电路。
三、研究内容1. CMOS低噪声放大器的原理与基本结构2. LNA设计中常用的两种匹配方式——L型匹配和电感-电容匹配3. CMOS LNA的关键参数——增益、带宽、噪声系数等的计算与分析4. 所设计LNA电路的仿真与验证四、研究方法本课题首先进行对CMOS LNA的低噪声放大器原理、结构和匹配等分析，在此基础上，采用ADS软件设计出LNA电路，并通过仿真与验证对电路的性能进行评估和分析。
仿真时采用S 参数仿真，验证时则采用实验测试数据进行对比。
五、预期成果通过本次研究，预计可以得到以下成果：1. 对CMOS LNA的低噪声放大器原理、结构和匹配等方面有进一步的深入了解。
2. 成功设计出符合高性能LNA的需求的电路。
3. 对电路的实际性能进行评价，得出优秀的性能指标，并在仿真和实验中进行验证。
4. 通过实验的验证，为CMOS LNA的未来研究提供一定的参考。
六、论文结构1. 绪论：介绍论文的研究背景、意义和目的2. CMOS低噪声放大器的原理与设计3. LNA的匹配方式4. CMOS LNA的关键参数分析与计算5. LNA电路的仿真与验证6. 结束语：总结论文的研究内容和取得的成果，并对未来研究提出展望和建议。
CMOS宽带低噪声放大器的设计
CMOS宽带低噪声放大器的设计林丽芬;凌朝东;杨骁【期刊名称】《华侨大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(033)006【摘要】提出一种利用噪声抵消技术减小热噪声因子的互补金属氧化物半导体(CMOS)宽带低噪声放大器电路.它具有不平衡变换器可转换单端信号为差分信号,无需外接平衡-不平衡变换器,也未采用电感匹配技术,进一步减小了芯片的面积.该低噪声放大器基于TSMC0.18μm RF CMOS 1.8 V的工艺设计,仿真和验证采用Cadence公司的Spectre工具.结果表明:在150～600 MHz频带内的噪声系数为3.9dB,输入匹配参数S11小于-11.7 dB,输入3.阶截点IIP3为1.03 dBm.%In this paper, a wide-band complementary metal oxide semiconductor (CMOS) with low noise amplifier is presented, in which the noise-canceling technique is exploited to reduce the thermal noise of input transistor. The LNA combining with active balun can convert the single-ended signal into differential signals, so off-chip balun is not needed. Furthermore, the LNA is inductor-less, which can reduce chip area. The LNA is designed in TSMC 0.18μm RF CMOS process with 1. 8 V supply voltage, simulated and verified by using the Spectre tools of Candence. The simulation results show that the noise figure is less than 3. 9 dB, the input match is less than —11. 7 dB rang from 150 MHz to 600 MHz and IIP3 is 1. 03 dBm.【总页数】4页(P640-643)【作者】林丽芬;凌朝东;杨骁【作者单位】华侨大学信息科学与工程学院,福建361021;厦门市专用集成电路系统重点实验室,福建厦门361008;华侨大学信息科学与工程学院,福建361021;厦门市专用集成电路系统重点实验室,福建厦门361008;华侨大学信息科学与工程学院,福建361021;厦门市专用集成电路系统重点实验室,福建厦门361008【正文语种】中文【中图分类】TN492【相关文献】1.3～5GHz超宽带可变增益CMOS低噪声放大器的设计 [J], 陈昌明;彭烨;王建波2.3 GHz~5 GHz CMOS超宽带低噪声放大器分析与设计 [J], 唐江波3.3GHz～5 GHz CMOS超宽带低噪声放大器分析与设计 [J], 唐江波;4.CMOS超宽带低噪声放大器设计难点和要点分析 [J], 石磊;华梦琪;张惠国5.基于3.1～10.6 GHz CMOS超宽带低噪声放大器设计 [J], 赵小荣;范洪辉;朱明放;傅中君;黄海军;陈鉴富因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
H调谐器的CMOS可变增益低噪声放大器设计的开题报告
应用于DVB-T/H调谐器的CMOS可变增益低噪声放大器设计的开题报告一、背景介绍数字视频广播（DVB）是一种数字电视广播技术，其核心是调制和解调数字信号。
其中，DVB-T/H标准是欧洲和部分亚洲国家广泛采用的地面数字电视广播技术。
在DVB-T/H接收端，调谐器是一个关键的组件，负责从天线接收的高频信号中选取需要的频率并放大，其性能直接影响到接收端的信号质量。
在调谐器中，低噪声放大器（LNA）是一个重要的模块，用于将信号放大并降低噪声，提高接收器的灵敏度和可靠性。
常用的LNA类型包括双极性晶体管（BJT）、高电子迁移率晶体管（HEMT）和互补金属氧化物半导体（CMOS）等。
CMOS技术具有低功耗、低电压、低成本、集成度高等优势，适合制造高速、低功耗的集成电路。
近年来，越来越多的研究者将CMOS技术应用于LNA设计，以实现高性能、低功耗、小尺寸的LNA。
在DVB-T/H接收端中，由于接收信号的功率范围较宽，因此需要一种可变增益的LNA，以适应不同信号强度的接收。
目前，大多数可变增益LNA都采用了多个级联的LNA，复杂度高、成本昂贵。
因此，设计一种简单的、可变增益的CMOS LNA对于降低成本、提高性能、促进DVB-T/H技术的发展有着重要意义。
二、研究目标本课题旨在设计一种基于CMOS技术的可变增益低噪声放大器，以应用于DVB-T/H调谐器中，实现高性能、低功耗、小尺寸的接收端。
具体目标如下：1.设计并实现一种可变增益的CMOS LNA，其增益范围应覆盖DVB-T/H接收信号的全部功率范围。
2.实现LNA的低噪声性能，降低噪声系数至小于2dB，以提高接收器的灵敏度。
3.实现LNA的低功耗和小尺寸，以降低成本和提高集成度。
4.验证LNA的性能，包括增益、噪声系数、带宽、线性度等指标，并与已有的可变增益LNA进行比较。
三、研究内容1. CMOS技术基础了解CMOS技术的基本原理、制造工艺和特点，包括基本器件结构、NMOS和PMOS的工作原理、布局和尺寸的设计等。
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（ ＬＮＡ ） ｄ ｓｇ ． ｉ Ｌ ｅ ｉｎ Ｔｈｓ ＮＡ ｓ ｏ ｉｅ ｔ ｉｎ ｌｓ ｍｍｉｇ ｓ ｕ ｔｒ ， ｏ ｔ ｌｓ ｎ ｌ ｏ ｖ ｒｅ ｎ ｓ ｓ ｉ ｍｂｎ ｄｗｉ ｓｇ ａ—ｕ ｃ ｈ ｎ ｔ ｃｕ ｅ ｃ ｎｒ ｉ ａ ｃ ｎ ｅｔｒａ ｄｕ ｅ ｒ ｏ ｇ
电视广播 （ ＤＶＢ Ｔ）系统 ，信号 频段覆盖 ４ ＭＨｚ — ８ ～ ８ ０ ｚ 文章第一部分分析 了宽带线性可变增益 Ｌ Ａ ６ ＭＨ 。 Ｎ 结构 ，包括增益线性控制原理 、电路输入匹配结构和 噪声特性及 电路的整体结构及相关参数 的确定方秉 第 二部分给出了电路的前后仿真结果 最后是本文的结论 。
维普资讯
第７ ， １ 卷 第 ０期 Ｖｏ ７ １．电子与
封
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总 第５ ４期 ２０ ０ ７年 １ ０月
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电 路 ｌ 设 计
Ｃ ＭＯＳ宽带线性 可变增 益低 噪声放 大器 设计 术
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李 海松 ，李智 群 ～ ，王 志功
（． １东南大 学射频与光 电集成 电路研究所 ，南京 ２ ０ ９ １ ０ ６；２ 东南大学集 成 电路学 院 ，南 京 ２ ０ ９ ． １ ０ ６）
摘
要：文章设计 了一种 ４ ＭＨ ～ ６ ＭＨ 宽带线性可 变增益低噪 声放 大器，该放大器采用信号相加式 ８ ｚ８０ ｚ
结构电路 、 控制信号转换 电路和 电压并联 负反馈技术 实现。 细分析 了线性 增益控制 、 详 输入 宽带匹配和
噪 声优化 方法 。采 用 Ｔ ＭＣ０ １ ｍ Ｒ ＭＯＳＸ 艺对 电路进 行设计 ，仿真结果表明 ，对数增益线性 Ｓ ．８ ＦＣ － 变化 范围为．ｄ １ｄ ５ Ｂ～ ８Ｂ，最小噪声 系数为 ２ ｄ Ｓ】 ２小于・０ Ｂ，输入 ｌＢ压缩点 大于‘４ ｄ ｍ， ． Ｂ， 】 ９ 和 ２ １ｄ ｄ １、 Ｂ ５
设计 的Ｃ Ｓ ＭＯ 宽带可变增益 Ｌ Ａ适用于地面数字 Ｎ
１ 引言
低 噪声放 大器 （ ＬＮＡ ） 为 移动通 信 、雷 达 、 作 电子 对抗及遥控遥感系统接收机前端部 件 ，对整个接
收系统 的性能指标起着关键作用 。传统的 Ｌ ＮＡ，多采
用 固定增益 的Ｌ Ａ，而今被可变增益低噪声放 大器取 Ｎ
ｎ ｉｅｏ ｔ ｚ ｔ ｎｍｅｈ ｄｓａｅａ ａｙ ｅ ｅ ａｌＴｈ ｏｓ ｐｉ ａｉ ｔ ｏ ｎ ｚ ｄｉ ｄ ｔｉ ｍｉ ｏ ｒ ｌ ｎ ． ｅＬＮＡ ｅ ｉ ｎ ｄｉ Ｍ Ｃ １ ｍ ＣＭ ＯＳｔｃ ｎ ｌ ｇ ｉ ｄ ｓｇ ｅ ＴＳ ｓ ｎ ０．８ ＲＦ ｈ ｏｏ ｙ， ｅ
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在 １ Ｖ 电 源 电 压 下 ，功 耗 为 ４ ． ８ ５ｍｗ 。
关键 词： 线性 可变增益 ；低 噪声放 大器 ；噪声 系数 ；宽带 匹配
中图分类号 ：Ｔ ７ ２３ Ｎ ２． 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１８ ・０ ０（ ０ ７）１・０ １ ４ ６ １１７ ２０ ００ ２ － ０
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