2.4GHZ射频前端设计
2.4GHz射频功率放大器的设计
毕业论文（设计）论文（设计）题目：2.4GHz射频功率放大器的设计目录中文摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (3)第二章理论基础 (5)2.1 二端口网络 (5)2.2 技术指标 (6)2.2.1 输出功率 (7)2.2.2 功率增益 (8)2.3 匹配网络 (9)2.3.1共轭匹配 (11)2.3.2负载牵引 (11)2.4 传输线理论简介 (12)2.5 ADS软件简介 (12)第三章电路设计 (14)3.1器件选型和功率分配 (14)3.1.1器件选型 (14)3.1.2 功率和增益分配 (14)3.2 单级放大器设计 (15)3.2.1功率级（Power stage）设计 (15)3.2.2驱动级（Driver stage）设计 (23)3.2.3 两级功率放大器系统设计 (26)第四章总结与展望 (29)谢辞 (30)参考文献 (31)附录翻译 (33)中文摘要近年来，RFID技术的应用在全球掀起一场热潮。
2.4G技术标准由于它的广泛应用，更是成为技术和市场领域的宠儿。
RFID最重要的部分是发射机，而射频功率放大器作为发射机的核心部件，它的性能是制约整个RFID系统性能和技术水平的关键因素。
本文介绍了基于ADS用于RFID系统的2.4GHz射频功率放大器的硬件电路设计方法。
整个系统以MOSFET器件为核心功放晶体管，在2.4GHz、工作电压为3.3V 条件下，采用两级功放级联方式，前端驱动级工作于小信号状态，为后端提供高功率增益，后端功率级工作于大信号，提供高功率输出。
级联之后的效果是实现了27dB功率增益和高达近27dBm功率输出。
该系统主要应用于超高频射频识别读写器系统。
本文深入探讨了整体硬件电路的设计方案，详细阐述了电路设计的原理和方法，最后给出了具体的实现过程。
关键词：GaAs FET；RFID；ADS；2.4G无线系统；射频功率放大器AbstractIn recent years, RFID technology has led to a boom in the world. 2.4G technology standard has become a cosset of the technology and market field, just because of its wide range of applications. Transmitter is the most important part of the RFID system. As the core component of a transmitter, the performance of RFPA becomes to the key factor restricting capability and technical level of the whole RFID systemThis paper introduces a method of 2.4GHz RFPA hardware circuit designing used in RFID system based on ADS. The entire system using MOSFET component as the core power transistor contains two-stage cascade amplifiers working in 3.3V supply voltage, 2.4GHz. The driver-level works in small-signal state, providing high power gain for the back-end; power-level works in large-signal state, providing high output-power for the load. The effect after cascade is to achieve a 27dB power gain and a 27dBm output-power.We discuss the blue print of the overall hardware circuit design in this paper, expatiate the principles and methods of circuit design in detail, and finally give a concrete realization of the process.Key words: GaAs FET; RFID; ADS; 2.4G wireless system; RF Power Amplifier第一章绪论随着人类社会进入信息时代，无线通信技术有了飞速的发展，尤其是射频微波通信技术的产生和发展无疑对无线通信技术的发展起到了决定的作用。
2.4GHz收发系统射频前端的ADS设计与仿真
2.4GHz收发系统射频前端的ADS设计与仿真0 引言近年来，随着无线通信业务的迅速发展，通信频段已经越来越拥挤。
1985 年美国联邦通信委员会(FCC)授权普通用户可以使用902MHz，2．4GHz和5．8GHz 三个“工业、科技、医学”(ISM)频段。
ISM 频段为无线通信设备提供了无需申请在低发射功率下就能直接使用的产品频段，极大地推动了无线通信产业的发展。
虽然目前无线数字通信技术已经相当成熟，但射频设计仍然是移动通信设计的瓶颈。
射频电路的设计主要围绕着低成本、低功耗、高集成度、高工作频率和轻重量等要求而进行。
ISM 频段的射频电路的研究对未来无线通信的发展具有重大的意义。
国内外许多文献都对此作了研究，文献[2]中介绍了在无线高速数据通信环境下，2．4GHz 发射机的设计。
文献[3]介绍了一种低功耗的CMOS 集成发射机的设计。
ADS(AdvancedDesignSystem)软件是Agilent 公司在HPEESOF 系列EDA 软件基础上发展完善的大型综合设计软件。
它功能强大能够提供各种射频微波电路的仿真和优化设计广泛应用于通信航天等领域。
本文主要介绍了如何使用ADS 设计收发系统的射频前端，并在ADS 的模拟和数字设计环境下进行一些仿真。
l 发射端的建模与仿真由于设计是建立在实验室中已有的中频调制和解调的硬件基础上的，因此发射端和接收端不考虑信号的调制和解调过程。
实验室中的中频调制模块可以输出大概8～10dBm 的40MHz 已调中频信号，经过分析选择，该发射端的各个模块均参考MAXlM 公司的集成模块的参数而设计。
本地振荡器采用的是MAX2700。
MAX2700 是压控振荡器，通过设计合适的外围电路可以使它输出2．4GHz的信号。
混频器采用的是MAX2660，MAX2660是有源混频器，可以提供一定的增益。
功率放大器采用的是MAX2240，MAX2240的最大输出功率是15．3dBm。
nRF24L01的工作原理
nRF24L01的工作原理nRF24L01是一种低功耗2.4GHz无线收发器，广泛应用于无线通信领域。
它采用射频芯片nRF24L01+，具有高度集成的特点，能够提供可靠的无线通信连接。
本文将详细介绍nRF24L01的工作原理，包括硬件结构和通信协议。
一、硬件结构nRF24L01由射频前端、基带处理器和外设接口组成。
1. 射频前端：射频前端包括射频收发器和天线开关。
射频收发器负责无线信号的调制、解调和放大，天线开关用于切换天线的收发模式。
2. 基带处理器：基带处理器负责控制射频前端的工作状态，包括发送和接收数据。
它还负责处理数据的编码、解码和差错校验。
3. 外设接口：nRF24L01提供了多种外设接口，包括SPI接口、GPIO接口和中断接口。
SPI接口用于与主控芯片进行通信，GPIO接口用于控制外部设备，中断接口用于处理外部中断信号。
二、通信协议nRF24L01采用2.4GHz的ISM频段进行无线通信，支持多种通信协议，如SPI、I2C、UART等。
其中，最常用的是SPI通信协议。
1. SPI通信协议：nRF24L01通过SPI接口与主控芯片进行通信。
SPI通信协议包括四根信号线：SCK（时钟信号）、MISO（主从数据传输）、MOSI（从主数据传输）和CSN（片选信号）。
主控芯片通过SPI接口向nRF24L01发送控制命令和数据，nRF24L01通过SPI接口将接收到的数据传输给主控芯片。
2. 数据传输：nRF24L01支持点对点和广播两种数据传输模式。
在点对点模式下，一个nRF24L01作为发送端，另一个nRF24L01作为接收端。
发送端将数据通过SPI接口发送给接收端，接收端通过SPI接口接收数据并进行处理。
在广播模式下，一个nRF24L01作为发送端，多个nRF24L01作为接收端。
发送端将数据广播给所有接收端，接收端通过SPI接口接收数据并进行处理。
三、工作原理nRF24L01的工作原理可以分为发送和接收两个过程。
2.4ghz接收机射频前端的分析与设计
1 绪论1 绪论 1.1 课题背景及其意义 近年来，移动通信产业的快速发展带动了无线通信技术及其研究的发展，也使宽带无线接入技术得到了快速发展和应用，如无线局域网、蓝牙技术（Bluetooth）等。
同时，无论是电信市场的开放，还是通信与信息产业技术的快速发展，都在促使各种高速率的宽带接入不断涌现。
宽带接入凭借其建设速度快、运营成本低以及投资成本回收快等优点正越来越受电信运营商的青睐。
这也促进了宽带接入技术的迅速发展，如各种微波、无线通信领域的先进技术不断引入，各种宽带固定无线接入技术不断涌现。
宽带固定无线接入技术一方面充分利用过去未被开发或者应用还不广泛的频率资源，另一方面，凭借微波和有限通信领域成功运用的先进技术可以实现更大的频谱利用率等功能。
由于频谱资源是不可再生资源，所以有限的频谱资源是影响现代无线通信发展的一个重要因素。
为了促进无线局域通信的发展，各国都采取了相应的措施以保证正常通信并合理利用频谱资源。
1985年美国联邦通信委员会开放了9.02GHz、5.8 GHz及2.4 GHz三个ISM频段，允许在低发射功率下无照使用这些频段。
欧洲无线电委员会也于1991年公布了一组无线局域网建议频段：2.4 GHz、5.8 GHz、17.1 GHz、24 GHz和60.2 GHz ISM频段。
而我国无线电委员会也规定了2.4 GHz~2.5 GHz频段用于未来移动通信和无线接入应用。
这些规定的出台无疑大大地促进了无线通信的发展，如无线局域网、蓝牙、家用射频(Home RF)、通用分组无线业务、各频段的无线接入以及本地多点分配业务(LMDS)等主流无线通信系统正在蓬勃发展并被越来越广泛地运用。
而这些频段都处在较高的射频段，因此，对该频段无线通信接收机射频前端电路的研究也越来越重要。
接收机作为通信系统的重要部分，正面临着高工作频率、高集成度、低电压、低功耗以及低价格的挑战。
然而要提高接收机的集成度，关键是要提高接收机的模拟射频前端的集成度。
2.4GHz E类射频功率放大器的设计
图 ２为理想 Ｅ类功率放大器两端 电压 、电流 的
波形图 。
为 了使 该功率放 大器的效率达 到 １ ０ ０ ％， 该功率放大器 的瞬态响应网络应该满足 以下三 个条件： （ １ ）晶体 管导通 时，晶体管两 端的 电压
必 须 为 零 ，即 晶体 管 的瞬 态 响 应 网 络 应 在 晶体
并且趋 向于零 。当晶体管断开时，晶体管 电压
虽然 有 点 高 ，但 无 电 流 通 过 晶 体 管 ， 从 而 达 到 减 小耗 散 功 率 的 目 的 。Ｅ类 功 率 放 大 器 就 是 按
照 电压 与电流 不重叠出现而设计出来的，使得 在任 意时刻，电压与电流的乘积为零，即耗散 功 率为零 。图 ｌ 为 Ｅ类功率放大器的拓扑结构
键 词 】Ｅ类 功 放 ２ ． ４ Ｇ Ｈ ｚ 伪 差分 饱和输
， 率
提 供 直 流 偏 置 ， 电 容 ｃｌ为 外 加 电容 和 晶 体 管
电疆
Ｃ ａ ）
寄生 电容之 和 ，电感 Ｌ ２和 电容 Ｃ ２构成滤 波 谐振 网络，该 谐振 网络谐 振频率 为 ２ ． ４ Ｇ Ｈｚ 。 Ｒ。 为从晶体管获得最大 功率 的最佳匹配负载 。 Ｅ类射频功率放大器 由单个 晶体 管和负载匹配
流 才 不 会 发 生 重 叠 ，从 而 保证 其 １ ０ ０ ％ 的 效率 。 根 据 以上 三 点 ，可 以列 出微 分 方 程 。通 过 对 微 分 方 程 进 行 解 析 ，可 以得 出 Ｅ类 功 率 放 大 器 负
，
图３ ：反 相 器驱 动 级 电路 图
：
—
，
ｊ 可穿戴系统等 ，Ｅ类射频 功率 放大器的效
图。 该 拓 扑 机 构 由 Ｇｒ ｅ ｂ ｅ ｎ ｎ ｉ ｋ ｏ ｖ在 ２ ０ ０ ２年 提 出 ， 经过 ｌ ０余 年 的 发 展 ，该 放 大 器 以 其 效 率 高 ， 可 设计 性 强等 优 点而 被 广 泛 应 用 。
2.4G射频双向功放电路设计
2.4G射频双向功放电路设计在两个或多个网络互连时，无线局域网的低功率与高频率限制了其覆盖范围，为了扩大覆盖范围，可以引入蜂窝或者微蜂窝的网络结构或者通过增大发射功率扩大覆盖半径等措施来实现。
前者实现成本较高，而后者则相对较便宜，且容易实现。
现有的产品基本上通信距离都比较小，而且实现双向收发的比较少。
本文主要研究的是距离扩展射频前端的方案与硬件的实现，通过增大发射信号功率、放大接收信号提高灵敏度以及选择增益较大的天线来实现，同时实现了双向收发，最终成果可以直接应用于与IEEE802.11b/g兼容的无线通信系统中。
双向功率放大器的设计双向功率放大器设计指标：工作频率：2400MHz～2483MHz最大输出功率：+30dBm（1W）发射增益：≥27dB接收增益：≥14dB接收端噪声系数：< 3.5dB频率响应：<±1dB输入端最小输入功率门限：<?15dB m具有收发指示功能具有电源极性反接保护功能根据时分双工TDD的工作原理，收发是分开进行的，因此可以得出采用图1的功放整体框图。
功率检波器信号输入端接在RF信号输入通道上的定向耦合器上。
当无线收发器处在发射状态时，功率检波器检测到无线收发器发出的信号，产生开关切换信号控制RF开关打向发射PA通路，LNA电路被断开，双向功率放大器处在发射状态。
当无线收发器处在接收状态时，功率检波器由于定向耦合器的单方向性而基本没有输入信号，这时通过开关切换信号将RF 开关切换到LNA通路，PA通路断开，此时双向功率放大器处在接收状态。
下面介绍重点部位的设计：发射功率放大（PA）电路发射功率放大电路的作用是将无线收发器输入功率放大以达到期望输出功率。
此处选择单片微波集成电路（MMIC）作为功率放大器件，并采用两级级联的方式来同时达到最大输出功率与增益的要求。
前级功率放大芯片选择RFMD公司的RF5189，该芯片主要应用在IEEE802.11b WLAN、2.4GHz ISM频段商用及消费类电子、无线局域网系统、扩频与MMDS 系统等等。
24GHz射频前端频率合成器设计
第48卷第1期（总第187期）2019年3月火控雷达技术Fire Control Ｒadar TechnologyVol.48No.1（Series 187）Mar.2019收稿日期：2018-10-24作者简介：饶睿楠（1977－），男，高级工程师。
研究方向为频率综合器及微波电路技术。
24GHz 射频前端频率合成器设计饶睿楠王栋余铁军唐尧（西安电子工程研究所西安710100）摘要：随着微波射频集成电路集成度越来越高，24GHz 频段的高集成雷达收发芯片逐渐大规模使用。
其中英飞凌科技公司的24GHz 锗硅工艺高集成单片雷达解决方案就是其中具有代表性的一种，被大量应用在液位或物料检测、照明控制、汽车防撞、安防系统。
FMCW 为此种应用最多采用的信号调制方式。
本文采用锁相环频率合成方案，产生系统所需的FMCW 调制信号。
关键词：24GHz 射频前端；FMCW ；频率综合器BGT24AT2ADF4159中图分类号：TN95文献标志码：A 文章编号：1008－8652（2019）01－066－04引用格式：饶睿楠，王栋，余铁军，唐尧．24GHz 射频前端频率合成器设计［J ］．火控雷达技术，2019，48（1）：66－69．DOI ：10．19472/j．cnki．1008－8652．2019．01．014Design of a Frequency Synthesizer for 24GHz ＲF Front EndsＲao Ｒuinan ，Wang Dong ，Yu Tiejun ，Tang Yao（Xi'an Electronic Engineering Ｒesearch Institute ，Xi'an 710100）Abstract ：With the increasing integration of microwave and radio-frequency integrated circuits ，highly integratedradar transceiver chips in 24GHz band have gradually found large-scale applications．Among those chips ，Infineon's24GHz SiGe monolithic radar solution is a typical one．It has found wide applications in liquid （or material ）detec-tion ，lighting control ，automotive collision avoidance ，and security systems．FMCW is the most widely used signal modulation method in these applications．This paper uses PLL frequency synthesis scheme to generate FMCW mod-ulation signals required by the system．Keywords ：24GHz ＲF front end ；FMCW ；frequency synthesizer ；BGT24AT2；ADF41590引言24GHz 频段雷达大量用于液位检测、照明控制、汽车防撞、安防等领域。
2.4GHz接收机模拟前端的设计与实现(硕士论文)
分类号密级U D C 编号10486武汉大学硕士学位论文2.4GHz接收机模拟前端设计与实现研究生姓名：学号：指导教师姓名、职称：学科、专业名称：电子与通信工程研究方向：雷达接收机二零一二年四月摘要由于射频部分要处理的是宽带的高频模拟信号，如何实现高频时的匹配和满足实际的性能指标是本课题设计的难点，本文对2.4GHz宽带接收机模拟前端进行研究，基于max2829的RF方案，完成了模拟前端的具体实现，最后结合项目实际需要对超外差二次变频方案进行了设计和仿真。
首先，简单介绍了2.4GHz接收机的背景、意义及其研究现状。
其次，基于2.4GHz接收机技术，介绍了常用接收机结构，分析了这些接收机的优缺点及其适用场合，然后介绍了接收机模拟前端的主要技术指标。
再次，根据常用接收机的结构和实际的设计需要，给出了本文基于max2829的2.4GHz接收机模拟前端的结构，在理论上分析了所采用的接收机的性能指标，并实现了接收机模拟前端和对模拟前端的调试。
测试结果表明该系统基本满足了基带对模拟前端的要求。
最后，结合超外差二次变频接收机结构的优点，对超外差二次变频方案进行设计与仿真，对关键模块作了深入的理论分析，给出了其性能参数及其设计方法，并使用ADS2011对接收机系统中的关键模块进行了设计和仿真。
关键词：接收机模拟前端零中频低噪声放大器目录摘要 (I)ABSTRACT .......................................... 错误！未定义书签。
第一章绪论 .. (1)1.1研究背景与意义 (1)1.2 2.4GHz模拟接收机发展现状 (2)1.3主要内容与章节安排 (3)第二章模拟接收机 (4)2.1 模拟接收机的结构 (4)2.1.1 超外差式接收机 (4)2.1.2 零中频结构接收机 (6)2.1.3 低中频接收机 (8)2.1.4 镜像抑制接收机 (10)2.1.5 数字中频接收机 (11)2.2 接收机的主要技术指标 (12)2.2.1 噪声系数 (12)2.2.2 接收机灵敏度 (13)2.2.3 接收机选择性和线性度 (14)2.2.4 接收机的动态范围 (20)第三章基于max2829模拟前端的设计 (22)3.1 接收机模拟前端电路结构 (24)3.2 理论指标的计算 (25)3.3 模拟前端与天线的匹配电路设计仿真 (27)3.3.1 阻抗匹配的重要性 (27)3.3.2 匹配的基本原理 (28)3.3.3 匹配电路ADS的仿真 (30)第四章基于max2829模拟前端的具体实现 (33)4.1 电路原理图的设计 (33)4.2 PCB的设计要点 (34)4.3电路测试 (37)4.3.1 测试工具设备介绍 (37)4.3.2 测试及其结果分析 (38)第五章超外差结构接收机模拟前端设计 (41)5.1 超外差结构接收机系统的方案设计 (41)5.1.2 超外差结构接收机的指标分配 (42)5.1.3 超外差结构接收机系统性能仿真 (43)5.2 超外差接收机射频前端关键模块的设计与仿真 (45)5.2.1低噪声放大器的设计 (45)5.2.2 射频带通滤波器的设计 (50)第六章总结和展望 (52)参考文献 (53)致谢 (57)第一章绪论1.1研究背景与意义近几年来，随着无线通信的蓬勃发展，使得无线通讯技术的研究也日渐深入。
2.4_GHz频段射频前端高线性度SiGe低噪声放大器设计
第50 卷第 10 期2023年10 月Vol.50，No.10Oct. 2023湖南大学学报（自然科学版）Journal of Hunan University（Natural Sciences）2.4 GHz频段射频前端高线性度SiGe低噪声放大器设计傅海鹏†，史昕宇（天津大学微电子学院，天津 300072）摘要：为满足高性能射频前端接收部分对高线性度的需求，基于SiGe BiCMOS工艺设计并实现了一款工作在2.4 GHz频段的高线性度低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）.该放大器采用Cascode结构在增益与噪声之间取得平衡，在Cascode结构输入和输出间并联反馈电容，实现输入端噪声与增益的同时匹配.设计了一种改进的动态偏置有源电流镜以提升输入1 dB压缩点及输入三阶交调点的线性度指标.为满足应用需求，LNA与射频开关及电源模块集成组成低噪声射频前端接收芯片进行流片加工测试.测试结果表明：在工作频率2.4 ~2.5GHz内，整个接收芯片增益为14.6 ~15.2 dB，S11、S22<-9.8 dB，NF<2.1 dB，2.45 GHz输入1 dB压缩点为-2.7 dBm，输入三阶交调点为+12 dBm.芯片面积为1.23 mm×0.91 mm.该测试结果与仿真结果表现出较好的一致性，所设计的LNA展现出了较好的线性度表现.关键词：低噪声放大器；线性度；射频前端芯片；BiCMOS工艺中图分类号：TN402 文献标志码：ADesign of 2.4 GHz RF Front-end High Linearity SiGe Low Noise AmplifierFU Haipeng†，SHI Xinyu（School of Microelectronics，Tianjin University，Tianjin 300072，China）Abstract：To meet the high linearity requirement of high-performance RF front-end receivers， a high linearity low noise amplifier （LNA）operating at 2.4 GHz based on SiGe BiCMOS technology is proposed. The amplifier adopts the cascade structure to achieve a balance between gain and noise， and the feedback capacitor is connected in parallel between the input and output of the Cascode structure to achieve simultaneous noise and power match. An improved dynamic bias active current mirror is designed to improve the linearity parameters of the input 1 dB compression point and the input-referred third-order intercept point. To meet the requirements in application， LNA is integrated with an RF switch and power module to form an RF receiver front-end chip for processing and testing. The test results show that： within the operating frequency range of 2.4 ~ 2.5 GHz， the gain of the whole receiver chip is 14.6 ~ 15.2 dB. Return loss < -9.8 dB， and NF < 2.1 dB. At 2.45 GHz， the input 1 dB compression point is -2.7 dBm， and the input-referred third-order intercept point is +12 dBm. The chip area is 1.23 mm×0.91 mm. The test results are consistent with the simulation results， and the designed LNA exhibits good linearity performance.∗收稿日期：2023-02-22基金项目：国家自然科学基金资助项目（62074110），National Natural Science Foundation of China（62074110）作者简介：傅海鹏（1985—），男，黑龙江齐齐哈尔人，天津大学副教授† 通信联系人，E-mail：************.cn文章编号：1674-2974（2023）10-0077-07DOI：10.16339/ki.hdxbzkb.2023240湖南大学学报（自然科学版）2023 年Key words：low noise amplifiers；linearity；radio frequency front-end chip；BiCMOS technology低噪声放大器要求在自身不引入较大噪声的同时，将接收到的微弱信号进行线性放大.作为接收机中的第一个放大器，LNA的性能在很大程度上影响整个系统的噪声、线性度、灵敏度等指标.近年来，通信技术的发展和进步让视频会议、网络教学等各种应用场景得以实现，改变了人们的生活方式［1-3］.为了适应不断扩大的接入设备数量，满足不断增长的数据吞吐量及速率需求，无线通信协议标准也在不断发展.其中，无线通信协议中诸如调制阶数的提升及系统灵敏度要求的提高对射频前端接收部分的线性度提出了更高的需求.这为LNA的设计带来了新的挑战，LNA需要具有更高的线性度、更低噪声、更高增益，以及更低的面积成本等［4］.为实现高线性度需求，文献［5］采用多栅晶体管（Multiple Gated Transistor，MGTR）结构，分别将主、从CMOS晶体管偏置在饱和区和亚阈值区，实现对整体跨导二次导数的抵消，从而提升线性度.然而，该方案仅适用于CMOS工艺.文献［6］采用堆叠晶体管的方法设计了一种堆叠三级的cascode低噪声放大器.堆叠使得放大器可以使用更高的电源电压，从而获得更大的信号摆幅范围.功耗的提升也使得线性度得以提升.但这显著牺牲了功耗，不符合低功耗应用的发展趋势.文献［7］通过改进偏置电路提升线性度，但是其在大信号时，经电阻泄漏的射频电流会直接流入偏置电路中，偏置电路与放大器间镇流电阻的压降变化仍会带来低噪声放大器输入1 dB压缩点的前移，恶化放大器线性度.从工艺考虑，虽然CMOS工艺具有成本较低、易于集成等优势，但是噪声和线性度较差［8］.而GaAs等Ⅲ/Ⅴ族工艺与之相反，性能优秀，但价格高昂且不易集成［9］.与上述主流工艺对比，SiGe BiCMOS工艺不仅具有CMOS工艺易于集成的特点，还具有可与GaAs等Ⅲ/Ⅴ族工艺相比拟的性能和价格优势，是一种适合射频LNA设计的具有高性价比的折中选择［10］.针对上述挑战并考虑工艺特点，本文采用SiGe BiCMOS工艺，设计并实现了一款工作在2.4 GHz频段的射频前端LNA.通过并联电容反馈技术在输入端同时实现增益和噪声匹配，并结合SiGe工艺特点，采用改进的动态偏置电路，克服镇流电阻压降影响，对泄漏的射频电流也加以利用，在不提升静态功耗的同时，实现线性度提升.为适应不同强度信号下的工作情况，该LNA可在LNA模式和旁路（Bypass）模式间切换.1 电路设计本文提出的全集成LNA整体框图如图1所示.整体电路由LNA、偏置电路、单刀双掷（Single PoleDouble Throw，SPDT）收发开关及Bypass支路构成.芯片整体通过单刀双掷开关选通发射、接收支路. LNA接收部分在输入信号较小时，通过逻辑控制开关使电路工作在LNA模式，实现低噪声放大功能.在输入信号较大时，电路工作在Bypass模式，对信号进行旁路衰减，供后级电路处理.1.1 开关设计本文使用的单刀双掷开关如图2所示.开关电路结构采用串并联结构，导通时开启串联支路，关闭并联支路，实现导通低插入损耗；关断时关闭串联支路，导通并联支路，实现关断高隔离度.由于发射、接收支路具有不同的功率容量需求，整体电路设计为非对称结构.当LNA_EN为高电平，PA_EN为低电平时，射频开关选通接收支路，M1管关断隔离发射支路，天线ANT端口接收信号经过M2、M3管从RX端输出至LNA主体放大；当LNA_EN为低电平，PA_EN为高电平时，M2、M3关断隔离接收支路，PA发出的大功率信号由TX端口经过M1管从ANT端输出.1.2 LNA及Bypass设计低噪声放大器在稳定的条件下，主要性能指标图1 全集成LNA框图Fig.1 Block diagram of fully integrated LNA78第 10 期傅海鹏等：2.4 GHz 频段射频前端高线性度SiGe 低噪声放大器设计包含噪声系数、增益及线性度，良好的设计需要在三者之间权衡折中，一般噪声系数和增益的优先级较高［11-12］.本文所设计的LNA 放大器部分如图3所示，放大器主体由三极管Q CE 和Q CB 构成器件数较少的共射共基结构，减少晶体管噪声贡献并提高放大器增益.采用高Q 值的金丝键合线电感L S 组成发射极电感反馈结构保持放大器良好的稳定性，并参与输入阻抗实部匹配.考虑三极管在电流密度一定的条件下，其最小噪声系数将独立于晶体管大小.并且，共射共基极放大器的线性度与集电极工作电流I C 正相关.因此，在功耗范围内采用大尺寸、低电流密度的三极管实现噪声与线性度的折中设计.尽管这将导致输入阻抗的实部低于50 Ω，使输入匹配复杂化，但采用额外的并联电容反馈C F 和L 1、C 1构成的L 型匹配网络仍可以实现输入端噪声与增益的同时匹配.具体如图4所示，Z S 为50 Ω射频端口阻抗经过射频开关接收支路后在RX 端口体现的阻抗值.将L 1、C 1构成的L 型匹配网络输入阻抗设计为射频开关输出阻抗Z S 的共轭以实现最佳输入匹配，输出阻抗设计为共射共基放大器的最优信号源阻抗实现噪声匹配.并联反馈电容C F 将由负载电感L D 与电容C 3、C 4、C 5构成的T 型匹配网络共同组成的输出负载阻抗Z L 引入输入端匹配，因此可以通过调整C F 、Z L 来使看向晶体管的输入阻抗Z T 等于最佳噪源阻抗的共轭来实现增益匹配.由于引入的Z L 不在输入端，不会对先前噪声匹配产生明显影响，至此，也就实现了晶体管输入阻抗不为50 Ω时的输入端噪声与增益的同时匹配.且反馈电容C F 的引入使得反馈增强，稳定性提高，可以减小对L S 尺寸的需求，进一步优化噪声.结合图3、图4，可以推导出具体的输入阻抗为：Z IN =1sC 1//(sL 1+Z T )（1）Z T =Z 1s ()Z L +1sC FZ L ωT +s ()Z L +1sC F（2）Z 1=r BB +L S g m C BE +sL S +1sC BE（3）ωT =g m C BE（4）其中，C 1、L 1分别为L 型输入匹配的电容、电感，Z L 为负载电感L D 与电容C 3、C 4、C 5构成的T 型匹配网络共同组成的输出负载阻抗，C F 为并联反馈电容，r BB 为三极管小信号模型中的基极电阻，L S 为发射极反馈电感，g m 为三极管跨导，C BE 为三极管基极与发射极间寄生电容.当接收机接近信号源时，会接收到较大功率的信号，此时需要Bypass 功能对大功率信号进行旁路，避免信号超出接收电路动态范围，保护低噪声放大器不被损坏.当工作在Bypass 模式时，开关S 1、S 2、S 3、图2 单刀双掷开关原理图Fig.2 Schematic of single pole double throw switch图3 低噪声放大器原理图Fig.3 Schematic of the proposed dual-mode low noise amplifier图4 输入匹配原理图Fig.4 Schematic of the input matching network79湖南大学学报（自然科学版）2023 年S4断开，切断LNA通路.开关S5、S6打开，借由S5、S6开关的导通电阻与电阻R2和电容C7所在的支路一同构成T型衰减结构，并可以通过电容C6、C8分别调节Bypass模式下的输入、输出匹配特性，通过电容C7调整带内衰减平坦度，实现Bypass模式的信号衰减功能.1.3 线性度提升偏置电路设计偏置电路为晶体管提供合适的静态工作点.传统的有源偏置电路常采用电流镜结构，如图5所示.晶体管集电极电流I C与基极-发射极之间电压V BE的关系可写为：I C=I S exp(V BE V T)（5）式中：V T为热电压；I S为饱和电流.上式得出，当图5中晶体管Q2与Q3具有相同V BE 时，电流镜左右两边必然流过相同的电流.这就是电流镜的工作原理.假设LNA共射管Q CE叠加射频信号后，式（5）可改写为如式（6）所示，其中V RF为输入射频信号幅度.经过泰勒展开后可得式（7）.I C=I S expéëêêV BE+V RF·sin ()2πft V Tùûúú（6）I C≈I S exp (V BE V T)éëêê54+sin (2πft)-cos ()4πft4ùûúúV RF V T（7）由上式可以得出，射频信号的输入会给集电极电流I C引入额外的直流分量，且随着输入射频信号增大，I C的直流部分将迅速升高.这意味着，随着输入射频信号增大，升高的I C将使得基极电流几乎同步升高，在镇流电阻上产生更大的压降，迫使共射管Q CE直流偏置电压降低，晶体管跨导下降，进而带来放大器增益的下降，使得放大器的1 dB压缩点提前到来，影响LNA线性度表现.因此，为提高LNA的线性度，本文采用如图6所示的动态偏置电路对LNA进行偏置.I Bias采用基准模块产生的恒定电流.将原本的镇流电阻R拆分为电阻R2、R3，则Q CE基极电流增大在R3上产生的额外压降仅会使得Q2各极电位同步抬升，避免了上述传统结构中镇流电阻对LNA线性度的影响.当LNA工作在小信号情况时，该偏置电路为放大器晶体管提供稳定偏置.而当输入射频信号增大，使得LNA共射管Q CE基极电压出现下降时，Q1基极电压将随之降低.同时，泄露的射频电流经C1流入R1，抬升Q1发射极电压，使得Q1集电极电流减小.此时，I Bias中将有更多电流成为Q2的基极电流，并经过Q2的电流放大作用，产生更多电流流入Q CE基极.最终，额外电流的注入将提高Q CE偏置电压，延缓Q CE跨导下降导致的放大器增益下降，实现动态偏置效果，提高LNA线性度.仿真得到在使用上述两种偏置电路时，Q CE晶体管基极-发射极电压V BE随输入功率变化的关系如图7所示.从图7可对比得出，使用传统电流镜偏置的晶体管V BE在输入功率高于-10 dBm后出现快速下降，并在输入功率达到+5 dBm时，已下降约200 mV.而同等条件下，采用动态偏置电路结构进行偏置的晶体管V BE仅下降10 mV.以上结果表明，动态偏置电图5 传统电流镜有源偏置电路原理图Fig.5 Schematic of traditional active bias circuit usingcurrent mirror图6 动态偏置电路原理图Fig.6 Schematic of dynamic bias circuit 80第 10 期傅海鹏等：2.4 GHz 频段射频前端高线性度SiGe 低噪声放大器设计路可以更好地稳定放大器的静态工作点，减弱输入功率升高时，晶体管跨导变化导致的增益下降，改善电路的线性度.2 仿真及测试结果对比分析本节介绍芯片的仿真与测试结果.芯片的显微镜照片如图8所示.芯片面积为1.23 mm×0.91 mm.测试时，芯片的所有pad 均由金丝键合线连接至片外测试板.测试板照片如图9所示.测试板使用4350板材.S 参数的仿真与测试结果对比如图10所示.仿真结果表明，在2.4 ~2.5 GHz 内，LNA 的S 21为15.1~15.5 dB ，S 11<-20 dB ，S 22<-13.8 dB.测试结果表明，在相应频带内，S 21为14.6 ~15.2 dB ，S 11<-18 dB ，S 22<-9.8 dB. S 参数的测试结果与仿真结果一致性较高.噪声系数的仿真与测试结果对比如图11所示.在2.4 ~2.5 GHz 内，仿真噪声系数<1.85 dB ，实测噪声系数在1.9~2.06 dB 内.噪声系数的仿真与实测结果相差接近0.2 dB ，主要为测试板射频走线及接头损耗所致，可以认为仿真与测试结果一致.图12及图13展示了LNA 线性度测试结果.测试结果表明，该LNA 在中心频点2.45 GHz 处输入1 dB图7 电路使用传统电流镜偏置与动态偏置的V BE 随输入功率变化Fig.7 V BE versus input power for circuit using conventionalcurrent mirror bias and dynamic bias图8 芯片显微镜照片Fig.8 Microscope photo of the chip图9 测试板照片Fig.9 Photo of the test board图10 S 参数仿真与测试结果Fig.10 Simulation and test results of S-parameters图11 噪声系数仿真与测试结果Fig.11 Simulation and test results of noise figure81湖南大学学报（自然科学版）2023 年压缩点接近-2.7 dBm ，其输入三阶交调点超过+12 dBm. LNA 实现了较优的线性度表现.表1展示了本设计与近年其他低噪声放大器的性能比较结果.从对比结果可以看出，本文所设计的低噪声放大器各项性能指标较为均衡，增益较高，噪声系数相对较小，且本设计的输入三阶交调点指标较为突出，该低噪声放大器具有较为优秀的线性度水平.3 结 论本文提出了一款基于SiGe 工艺的高线性度低噪声放大器.设计采用电容反馈结构和L 型输入匹配实现放大器增益与噪声的同时匹配优化，并采用改进的动态偏置电路提升LNA 的线性度表现.实测结果表明，在2.4 ~2.5 GHz 的工作频带内，电路增益为14.6 ~15.2 dB ，噪声系数在2.1 dB 以内，输入输出匹配良好，且整体仿真结果与加工实测结果表现出较好的一致性.线性度测试结果表明该LNA 在中心频点2.45 GHz 处输入1 dB 压缩点接近-2.7 dBm ，电路输入三阶交调点达到了+12 dBm ，所设计的低噪声放大器具有较高的线性度.参考文献［1］胡锦，翟媛，郝明丽，等．应用于WLAN 的SiGe 射频功率放大器的设计［J ］．湖南大学学报（自然科学版），2012，39（10）：56-59．HU J ，ZHAI Y ，HAO M L ，et al ．Design of SiGe RF poweramplifier for WLAN ［J ］．Journal of Hunan University （NaturalSciences ），2012，39（10）：56-59．（in Chinese ）［2］LI C J ，WANG X X ，JAIN V ，et al ．2.4/5.5GHz LNA switchdesigns based on high resistive substrate 0.35um SiGe BiCMOS ［C ］//2015 IEEE 11th International Conference on ASIC （ASICON ）． Chengdu ：IEEE ，2016：1-4．［3］刘祖华，刘斌，黄亮，等．应用于WLAN 的低噪声放大器及射频前端的设计［J ］．电子技术应用，2014，40（1）：38-40．LIU Z H ，LIU B ，HUANG L ，et al ．Design of low noise amplifier and RF front-end for WLAN ［J ］．Application of ElectronicTechnique ，2014，40（1）：38-40．（in Chinese ）［4］KANG B ，YU J ，SHIN H ，et al ．Design and analysis of a cascodebipolar low-noise amplifier with capacitive shunt feedback under power-constraint ［J ］．IEEE Transactions on Microwave Theoryand Techniques ，2011，59（6）：1539-1551．［5］KIM T W ，KIM B ，LEE K ．Highly linear receiver front-endadopting MOSFET transconductance linearization by multiple gated transistors ［J ］．IEEE Journal of Solid-State Circuits ，2004，39（1）：223-229．［6］DAVULCU M ，ÇALıŞKAN C ，KALYONCU İ，et al ．An X-bandSiGe BiCMOS triple-cascode LNA with boosted gain and P1dB ［J ］．IEEE Transactions on Circuits and Systems II ：Express Briefs ，2018，65（8）：994-998．［7］LUO Y B ，SHI J A ，MA C Y ，et al ．A high linearity SiGeHBT图12 输入1 dB 压缩点测试结果Fig.12 Test results of input 1 dB compression point图13 输入三阶交调点测试结果Fig.13 Test results of input-referred third-order intercept point表1 低噪声放大器性能总结Tab.1 Summary of the low noise amplifier performance文献文献［13］文献［14］文献［15］本文工艺CMOS SiGe SOISiGe 增益/dB 11.213.51514.6 ~15.2噪声系数/dB3.92.81.82.06输入1 dB 压缩点/dBm――-8.5-2.7输入三阶交调点/dBm3.9-1.53.51282第 10 期傅海鹏等：2.4 GHz频段射频前端高线性度SiGe低噪声放大器设计LNA for GPS receiver［J］．Journal of Semiconductors，2014，35（4）：045001．［8］ZHANG H，SÁNCHEZ-SINENCIO E．Linearization techniques for CMOS low noise amplifiers：a tutorial［J］．IEEE Transactionson Circuits and Systems I：Regular Papers，2011，58（1）：22-36．［9］饶忠君，张志浩，章国豪．2.3～2.7 GHz双模式低噪声射频接收前端全集成芯片的设计［J］．电子技术应用，2021，47（7）：17-20．RAO Z J，ZHANG Z H，ZHANG G H．Design of a 2.3~2.7 GHzdual-mode low-noise RF receiver front end［J］．Application ofElectronic Technique，2021，47（7）：17-20．（in Chinese）［10］井凯．SiGe HBT低噪声放大器的研究［D］．西安：西安电子科技大学，2016．JING K．Research on SiGe HBT low noise amplifier［D］．Xi’an：Xidian University，2016．（in Chinese）［11］NGUYEN T K，KIM C H，IHM G J，et al．CMOS low-noise amplifier design optimization techniques［J］．IEEE Transactionson Microwave Theory and Techniques，2004，52（5）：1433-1442．［12］曾健平，樊明，陈铖颖，等．应用于眼压信号检测的低噪声前置放大器设计［J］．湖南大学学报（自然科学版），2017，44（8）：112-116．ZENG J P，FAN M，CHEN C Y，et al．Design of low-noisepreamplifier for application of intraocular pressure signal-detection［J］．Journal of Hunan University （Natural Sciences），2017，44（8）：112-116．（in Chinese）［13］陈福栈，甘业兵，罗彦彬，等．一种2.4 GHz多模块集成CMOS 射频前端芯片［J］．微电子学与计算机，2020，37（12）：27-32．CHEN F Z，GAN Y B，LUO Y B，et al．A 2.4 GHz multi-moduleCMOS RF front-end chip［J］．Microelectronics & Computer，2020，37（12）：27-32．（in Chinese）［14］刘启，甘业兵，黄武康．一种2.4 GHz SiGe全集成射频前端电路［J］．微电子学与计算机，2020，37（10）：7-12．LIU Q，GAN Y B，HUANG W K．A 2.4 GHz SiGe full integratedRF front-end［J］．Microelectronics & Computer，2020，37（10）：7-12．（in Chinese）［15］PARAT D，SERHAN A，REYNIER P，et al．A linear high-power reconfigurable SOI-CMOS front-end module for WI-FI 6/6Eapplications［C］//2022 IEEE Radio Frequency Integrated CircuitsSymposium （RFIC）． Denver，CO：IEEE，2022：39-42．83。
GHz无线局域网射频前端电路设计
研究与设计
针对文献综述中提出的问题，本次演示提出了一种新型的无线局域网接收机射 频前端电路设计方案。该方案采用零中频架构，具有高集成度、低功耗、高可 靠性等优点。以下将详细介绍该方案的研究方法和设计思路：
1、元器件选择
在射频前端电路设计中，元器件的选择对于整体性能至关重要。我们选用了具 有高品质因数的射频晶体管和低噪声系数的高频放大器，以降低噪声干扰和提 高增益。此外，我们还选择了高性能的混频器和滤波器，以实现信号的有效转 换和滤除杂波。
测试与结果分析
为了验证本次演示所提出的新型射频前端电路方案的性能，我们进行了详细的 测试和分析。以下将介绍测试方案、测试数据的采集与分析方法以及实验结果 及分析：
1、测试方案
在测试过程中，我们采用了多种测试设备和仪器，包括信号源、频谱分析仪、 功率计等。我们首先使用信号源生成一定带宽内的信号，并将其输入到射频前 端电路中进行接收和处理。同时，我们使用频谱分析仪对接收到的信号进行频 谱分析和测量，以获取信号的噪声系数、增益、动态范围等性能参数。
3、电磁兼容性测试
电磁兼容性测试是检验射频前端 电路对电磁干扰的抵抗能力。
参考内容
引言
随着无线通信技术的迅速发展，无线局域网（WLAN）已经成为日常生活中不可 或缺的一部分。无线局域网接收机是实现无线通信的关键组件之一，其射频前 端电路对于信号的接收和处理具有至关重要的作用。因此，对无线局域网接收 机射频前端电路的研究具有重要意义。本次演示旨在探讨无线局域网接收机射 频前端电路的研究背景和意义，分析相关文献的优缺点，提出一种新型的射频 前端电路设计方案，并对其进行测试和结果分析。
1、测试环境搭建
搭建测试环境需要考虑测试场地、测试设备、测试软件等因素。测试场地应具 备安静的电磁环境，以减小外界干扰对测试结果的影响；测试设备包括信号源、 功率计、频谱分析仪等，需根据实际测试需求进行选型和配置；测试软件则用 于实现自动化测试过程，可提高测试效率和准确性。
24GHz车载雷达射频前端设计
提交论文日期
二○一四年三月
万方数据
万方数据
西安电子科技大学 学位论文独创性（或创新性）声明
秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名： 日期:
万方数据
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目 录
第一章 绪论 ................................................................................................................ 1 1.1 研究背景............................................................................................................ 1 1.2 车载雷达系统发展现状..................................................................................... 2 1.3 本文的工作及章节安排..................................................................................... 3 第二章 车载雷达原理与方案 ..................................................................................... 5 2.1 雷达工作体制选择 ............................................................................................ 5 2.2 调频连续波（FMCW）雷达 ............................................................................. 6 2.2.1 测距与测速 .................................................................................................. 7 2.2.2 相位法测角 ................................................................................................ 10 2.3 射频系统方案 .................................................................................................. 11 第三章 发射组件与锁相环 ....................................................................................... 15 3.1 雷达发射机 ...................................................................................................... 15 3.1.1 基础知识介绍 ........................................................................................... 15 3.2 车载雷达发射组件设计................................................................................... 17 3.2.1 发射机形式选择及指标设定 .................................................................... 17 3.2.2 器件选择 ................................................................................................... 17 3.2.3 设计与测试 ............................................................................................... 20 3.3 锁相环 ............................................................................................................. 24 3.3.1 锁相环原理及主要参数 ............................................................................ 24 3.3.2 集成锁相环 ............................................................................................... 25 3.3.3 锁相环芯片选择........................................................................................ 26 3.3.4 锁相环电路设计........................................................................................ 28 第四章 接收组件设计............................................................................................... 31 4.1 雷达接收机 ...................................................................................................... 31 4.2 雷达接收组件主要技术参数 ........................................................................... 32 4.2.1 噪声 ........................................................................................................... 32 4.2.2 灵敏度 ........................................................................................................ 32
2.4GHz ISM射频前端模块的设计及应用
2.4GHz ISM射频前端模块的设计及应用2.4GHz工业科学医疗设备(ISM)是全世界藏匿通用用法的无线频段，(Bluetooth)、Wi-Fi、等短距离无线数据通信均工作在2.4GHzISM频段。
针对2.4GHz ISM频段无线应用，锐迪科微公司推出了RDAT212前端模块。
T212芯片集成了功率(PA)、低噪声放大器(LNA)、天线开关(Antenna Switch)和功率检测器(Power Detector)，并特殊增强PA带通及LNA 带通的省电功能，内部还针对天线端做了ESD庇护设计。
T212芯片采纳标准的QFN 3×3mm2超小型封装，输入和输出已集成隔直和匹配，外围元件仅需少量滤波电容，极大地简化了设计。
高集成度、超小尺寸并提供省电功能的T212射频前端模块，在手机蓝牙以及802.11.b/g扩展应用中大有可为。
同时，T212芯片还具有优异的线性度，支持Bluetooth 2.0的高速率应用。
T212模块的性能T212射频前端模块内集成的采纳先进的砷化镓异质结双极晶体管(GaAs HBT)工艺创造，低噪声放大器和天线开关采纳增加型高电子迁移率场效应晶体管(E-PHEMT)工艺创造。
尽管没有采纳差分PA的形式，但是T212依旧为客户提供了差分输入管脚，从而使客户不需要再关怀差分转单端的设计。
T212集成的功率放大器是一款高线性高效率PA，在2.4GHz~2.5GHz频段内有20dB增益，线性输出功率为18dBm时的三阶交调IM3小于-30dBc。
PA的静态工作可低至10mA，饱和输出功率可达23dBm，功率附加效率高达45%，这么高的效率有助于延伸供电时光。
图1：T212射频前端模块的功能模块图。
T212集成的低噪声放大器具有很高的线性度，在2.4GHz~2.5GHz频段内有10dB增益，工作电流仅4.5mA，噪声系数小于2.6dB(已包括开关损耗)，输入三阶交调点IIP3高达+8dBm。
2.4 GHz短距无线通信系统射频模块的设计
HbFP 0420 双极晶体管来设计 LNA，并分别按最
小噪声系数、最佳增益设计 LNA 的输入、输出匹配
电路. LNA 由 LMX3l62 内部的稳压器提供 + 2. 7 V
的稳压电源. 经调试该 LNA 在 2. 4 ~ 2. 5 GHZ 的频
率范围内可获得 l2 db 的增益、l. 5 db 的噪声系
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY（ NaturaI Science Edition）
VoI. 34 No. l Jan. 2004
2. 4 GHZ 短距无线通信系统射频模块的设计
张 华 赵洪新 洪 伟
（ 东南大学毫米波国家重点实验室，南京 2l0096）
摘要：主要介绍一种工作在 2. 4 ~ 2. 5 GHZ ISM 频段的短距离无线通信收发信机射频前端模块. 该模块由低噪声放大器（ LNA）、上 / 下变频器、锁相环（ PLL）频率合成器以及射频 / 中频滤波器等 构成，并集成在一块 97 mm X 66 mm 的 PCB 板上. 文中在理论分析和仿真基础上对射频前端电路 进行了设计和研制. 发射通道输出信号频谱和接收通道解调信号的测试结果表明，该射频模块可 应用于蓝牙或 IEEES02. llb 无线局域网等短距离无线通信系统. 关键词：无线扩频通信；射频前端；收发信机；仿真与测试 中图分类号：TN925 +. 92；TN929. 54 文献标识码：A 文章编号：l00l - 0505（2004）0l-00l0-05
实验证明该 PLL 本振源能很好地锁定. PLL 的
鉴相频率设计值为 500 kHZ，由于本系统以跳频方
式工作，频率合成器在要求的频率范围内以 500
kHZ 的最小频率间隔跳频工作. 这样合成频率经倍
射频前端的设计方法
射频前端的设计方法射频前端是指射频信号从天线到数字信号处理器之间的整个信号链路。
它是无线通信系统中最重要的部分之一。
射频前端的设计涉及到许多方面，包括天线、放大器、滤波器、混频器、频率合成器等。
在设计射频前端时，需要考虑到许多因素，如频率范围、带宽、增益、噪声系数、线性度、稳定性等。
本文将介绍射频前端的设计方法，并结合实际案例进行分析。
一、射频前端设计的基本原则1.选择合适的器件在射频前端设计中，选择合适的器件是非常重要的。
不同的器件具有不同的特性，如增益、噪声系数、线性度、频率响应等。
因此，在选择器件时，需要根据具体的应用场景进行选择。
2.合理的电路布局电路布局对射频前端的性能有很大的影响。
合理的电路布局可以减少信号的干扰和串扰，提高射频前端的性能。
在电路布局时，应注意信号的传输路径、电源的分离、地线的布局等。
3.合适的匹配网络匹配网络是射频前端设计中非常重要的一部分。
它可以将天线的阻抗与放大器的输入阻抗相匹配，提高信号的传输效率。
在设计匹配网络时，应根据天线的阻抗、放大器的输入阻抗和频率响应进行选择。
二、射频前端设计的流程1.确定设计需求在射频前端设计之前，需要确定设计的需求。
包括频率范围、带宽、增益、噪声系数、线性度、稳定性等。
2.选择合适的器件根据设计需求，选择合适的器件。
包括天线、放大器、滤波器、混频器、频率合成器等。
3.设计匹配网络设计匹配网络，将天线的阻抗与放大器的输入阻抗相匹配。
根据天线的阻抗、放大器的输入阻抗和频率响应进行选择。
4.设计放大器电路设计放大器电路，根据设计需求选择合适的放大器器件，并设计合适的放大器电路。
5.设计滤波器电路设计滤波器电路，根据设计需求选择合适的滤波器器件，并设计合适的滤波器电路。
6.设计混频器电路设计混频器电路，根据设计需求选择合适的混频器器件，并设计合适的混频器电路。
7.设计频率合成器电路设计频率合成器电路，根据设计需求选择合适的频率合成器器件，并设计合适的频率合成器电路。
2_4GHzChirp发射机射频前端的设计与实现_文德钢
第３４卷 第１期桂林电子科技大学学报Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．１ ２０１４年２月Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆｅｂ．２０１４ ２．４ＧＨｚ Ｃｈｉｒｐ发射机射频前端的设计与实现文德钢，林基明，杜 洋（桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林 ５４１００４）摘 要：为了能在２．４ＧＨｚ频段实现有效通信，将Ｃｈｉｒｐ扩频技术应用于２．４ＧＨｚ ＩＳＭ频段，利用其良好的抗噪性能，设计了多带Ｃｈｉｒｐ发射机。
同时，研究了Ｃｈｉｒｐ发射机射频前端的参数指标和制作要点，并使用ＡＤＳ对系统方案进行了增益预算仿真。
在单个子带通信时对系统性能进行了测试，结果表明，设计的发射机射频前端发射功率为１５ｄＢｍ，带内平坦度小于１ｄＢ，杂散及谐波抑制度好，满足视距高速无线数据传输的要求。
关键词：ＩＳＭ；ＣＳＳ；射频前端；Ｃｈｉｒｐ中图分类号：ＴＮ９２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－８０８Ｘ（２０１４）０１－０００１－０４Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｒｐ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒＲＦ ｆｒｏｎｔ－ｅｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ２．４ ＧＨｚＷｅｎ Ｄｅｇａｎｇ，Ｌｉｎ Ｊｉｍｉｎｇ，Ｄｕ Ｙａｎｇ（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｈｉｒｐ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ２．４ＧＨｚ ＩＳＭ ｂａｎｄ ｆｏｒ ｉｔｓ ｇｏｏｄ ｎｏｉｓｅ ｐｅｒｆｏｒｍ－ａｎｃｅ．Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｂａｎｄ ＲＦ ｆｒｏｎｔ－ｅｎｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＡＤＳ．Ｋｅｙ ｐｏｉｎｔｓ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅＲＦ ｆｒｏｎｔ－ｅｎｄ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｅｓｔ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｓｈｏｗ ａ ｆｌａｔｎｅｓｓ ｉｎ－ｂａｎｄ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １ｄＢ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｏｗｅｒ ｉｓ １５ｄＢｍ．Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｌｉｎｅ－ｏｆ－ｓｉｇｈｔ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＩＳＭ；ＣＳＳ；ＲＦ ｆｒｏｎｔ－ｅｎｄ；Ｃｈｉｒｐ 随着网络理论的不断发展和硬件工艺的逐步提升，各种无线数据交换设备的大量出现，致使无线电频谱资源越来越匮乏。
应用于WLAN的低噪声放大器及射频前端的设计
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｎ ４ ３ ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：０ ２ ５ ８ — ７ ９ ９ ８ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ３ ８ — ０ ３
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｌ ｏ ｗ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｉ ｆ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ＲＦ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ －ｅ ｎ ｄ ｆ ｏ ｒ ＷＬ ＡＮ
Ｃ Ｍ０Ｓ 工 艺 完 成 ， 利用 Ｃ ａ ｄ ｅ ｎ ｃ ｅ进 行 了 电路 设 计 和 模 拟 仿 真 验 证 ， 画 出了 Ｌ Ｎ Ａ 的版 图 ， 最 终 合 成 了 一 个 整体 版 图并进 行 了流 片 ， 芯 片测 试 结果 良好 。
关 键 词 ：无 线 局 域 网 ； 射 频前 端 ； 低 噪 声放 大 器 ； Ｃ ＭＯ Ｓ
Ｋｅ ｙ ＷＯ ｒ ｄ ｓ： ｗ ｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ Ｌ ＡＮ ； ＲＦ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ —ｅ ｎ ｄ； ｌ Ｏ Ｗ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｉ ｆ ｅ ｒ ； ＣＭＯＳ
无 线局 域 网（ ＷＬ Ａ Ｎ） 连 接 技 术 是 有 线 接 入 方 式 的 补 充 和发展 ， 它 可 以 实 现 移 动 上 网 。近 年 来 ， ＷＬ Ａ Ｎ 技 术 迅 速 发展 ， 在 日常 通 信 中 发 挥 着 举 足 轻 重 的 作 用 ， 迅 速 成
2.4GHz频段的射频信号发生器设计
2.4GHz频段的射频信号发生器设计(07-100)作者：重庆电子工程职业学院张慧敏毛卫平何川前言在现代无线通信系统中，对大容量、高速数据的无线传输提出越来越高的要求，许多厂商也推出基于802.11系列协议的射频IC，并且无线路由器、蓝牙等技术的广泛应用，对2.4GHz频段的使用需求日益增多，但是除部分高端信号发生器具有2.4GHz频段的信号产生，大多数普通信号发生器均未涉及2.4GHz频段，开发涉及一种基于2.4GHz 频段的射频信号发生器以满足科研及教学仪器使用的需要。
本文正是基于这一点，设计成本低、性能可靠的2.4GHz频段的射频信号发生器。
系统方案系统方案以仪器面板上的人机控制设定所要操作的工作频率和基带调制方式，经由FPGA进行直接控制生成4种基本调制模式，即QPSK、16/64-QAM、GMSK、FSK，并将基带I/Q两路信号经由串并转换后送入AD9856将信号调制至70MHz的中频信号，然后通过上混频器MAX2671混频至2450MHz的射频信号，然后将混频后的信号送入射频滤波器，再由可控增益放大器将信号输出。
2.4GHz频段的射频信号发生器框图如图1所示。
电路设计信号调制电路信号调制电路首先是FPGA电路设计采用ALTERA公司的EP1C20芯片，用VHDL 编程实现由人机界面输出控制信息，然后将控制信息对应所要产生的信号，将信号输出到AD9856。
AD9856是ADI公司的一款单片混合信号的12位积分数字上行转换器，采样速率为200MSPS，产生80MHz的数字输出和80dB窄带的无杂散信号动态范围。
AD9856具有200MHz的内部时钟，集成带锁定指示器的4～20倍可编程时钟倍频器，提供高精度的系统时钟，单端或者差分输入参考时钟，而且可以输出数据时钟;内部32位正交DDS，可实现FSK调制功能;12位DDS和DAC和数据路径结构，可接受复合I/Q输入数据;32位频率控制字，采用与SPI兼容的接口，用FPGA控制可靠方便，串行时钟为10MHz;具有反转SINC功能，在DAC变换之前恢复出想得到的信号包络。
无线传感器网络的2.4GHz低功耗低中频射频接收前端的设计
无线传感器网络的2.4GHz低功耗低中频射频接收前端的设计张萌;李智群;沈董军【期刊名称】《高技术通讯》【年(卷),期】2013(023)004【摘要】在0.18μm CMOS工艺下设计了一种用于无线传感器网络的具有低功耗、低中频特性的2.4GHz射频前端.该射频前端由一个共栅结构的可变增益低噪声放大器(VGLNA)和一个低功耗折叠正交吉尔伯特结构混频器构成,内部同时集成了一个给混频器提供IQ差分本振信号的二分频器以及一组缓冲器.其低噪声放大器具有高、低两个增益模式.为了弥补共栅低噪声放大器在增益和噪声等性能方面的不足,选取有一定增益的折叠吉尔伯特有源混频器结构.对共栅结构的低噪声放大器的设计过程、相关负载电感建模过程及混频器设计过程进行了详细分析,对整个射频前端芯片进行了测试,测试结果显示,射频前端核心电路在1.8V电源电压下工作电流为3.2mA,功耗为5.76mW;在高增益模式下,具有26dB的转化电压增益及8dB的噪声系数;在低增益模式下,输入1dB压缩点为-20dBm.【总页数】8页(P413-420)【作者】张萌;李智群;沈董军【作者单位】东南大学射频与光电集成电路研究所南京210096;射频集成电路与系统教育部工程研究中心南京210096;江苏省传感网技术重点实验室无锡214135;东南大学射频与光电集成电路研究所南京210096;射频集成电路与系统教育部工程研究中心南京210096;江苏省传感网技术重点实验室无锡214135;东南大学射频与光电集成电路研究所南京210096;射频集成电路与系统教育部工程研究中心南京210096;江苏省传感网技术重点实验室无锡214135【正文语种】中文【相关文献】1.接收射频前端中频放大器增益控制电路设计 [J], 王军旗;刘晓晖;邹显炳2.一种射频前端数字接收机中的低中频下混频器 [J], 梁晓峰; 叶晖3.一种射频前端数字接收机中的低中频下混频器 [J], 梁晓峰; 叶晖4.一种低电压低功耗射频接收前端电路的设计 [J], 杨璐;王云阵;林福江5.低噪声低直流失调零中频WLAN接收前端设计 [J], 郭本青;文光俊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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2.4GHz ISM射频前端模块的设计及应用
2.4GHz工业科学医疗设备(ISM)是全世界公开通用使用的无线频段，蓝牙( Bluetooth)、 Wi-Fi、ZigBee等短距离无线数据通信均工作在2.4GHz ISM频段。
针对2.4GHz ISM频段无线应用，锐迪科微电子公司推出了RDA T212射频前端模块。
T212芯片集成了功率放大器( PA)、低噪声放大器( LNA)、天线开关(Antenna Switch)和功率检测器(Power Detector)，并特别增加PA带通及LNA带通的省电功能，内部还针对天线端做了 ESD保护设计。
T212芯片采用标准的 QFN 3×3mm2超小型封装，输入和输出已集成隔直电容和匹配电路，外围元件仅需少量滤波电容，极大地简化了PCB设计。
高集成度、超小尺寸并提供省电功能的T212射频前端模块，在手机蓝牙以及802.11.b/g扩展应用中大有可为。
同时，T212芯片还具有优异的线性度，支持Bluetooth 2.0的高速率应用。
T212模块的性能
T212射频前端模块内集成的功率放大器采用先进的砷化镓异质结双极晶体管( GaAs HBT)工艺制造，低噪声放大器和天线开关采用增强型高电子迁移率场效应晶体管( E-PHEMT)工艺制造。
尽管没有采用差分PA的形式，但是T212依然为客户提供了差分输入管脚，从而使客户不需要再关心差分转单端的设计。
T212集成的功率放大器是一款高线性高效率PA，在2.4GHz~2.5GHz频段内有20dB增益，线性输出功率为18dBm时的三阶交调IM3小于-30dBc。
PA的静态工作电流可低至10mA，饱和输出功率可达23dBm，功率附加效率高达45%，这么高的效率有助于延长供电时间。
图1：T212射频前端模块的功能模块图。
T212集成的低噪声放大器具有很高的线性度，在2.4GHz~2.5GHz频段内有10dB增益，工作电流仅4.5mA，噪声系数小于2.6dB(已包括开关损耗)，输入三阶交调点IIP3高达+8dBm。
模块内的LNA bypass 功能，既可作为省电模式，又能增大接收机的动态范围。
T212模块提供了PA 带通及LNA带通的省电功能。
无需硬件改动，仅通过改变控制逻辑，即可在正常工作模式和bypass省电模式间自由切换。
在蓝牙1类应用时，模块可以在0dBm输入条件下提供20dBm的输出功率；在蓝牙2类应用时，该模块又可切换到PA带通状态，此时不消耗电流。
T212集成了功率检测，通过测量PD端电压可以检测功放的输出功率。
该模块采用了QFN 3×3mm2超小型封装，输入和输出已经在内部匹配到50欧姆，客户应用时不需要在PCB板上设计匹配电路，使得PCB板设计更加容易。
功率放大器的输出谐波已经抑制到-50dBc以下，应用时外部通常已不需要滤波器。
这样模块外部仅需少量滤波电容，缩小了PCB板尺寸，并降低了系统成本，极适合对器件尺寸有特殊要求的手机蓝牙应用。
T212芯片的无线应用
1)蓝牙应用：T212支持蓝牙Bluetooth class1和class2应用。
应用于Bluetooth class1时，T212集成的功率放大器提供20dBm的输出，可以扩展蓝牙设备的有效传输距离至100米；T212的低噪声放大器的噪声系数小于2.6dB，可以很大的提高接收链路的灵敏度。
应用于Bluetooth class2时，T212通过改变控制逻辑，即可自动切换到bypass省电模式，此时不消耗电流。
2)Wi-Fi应用：T212的高集成度和低功耗优点，极适合手机Wi-Fi应用。
功率放大器的静态工作电流可低至10mA，低噪声放大器的工作电流仅4.5mA。
T212应用于802.11g OFDM时，可输出功率15dBm，消耗电流60mA。
芯片还集成了功率检测电路，提供完整的功率检测方案。
3)其他工业应用：T212还可以广泛使用在其他2.4GHz ISM频段的无线应用上，包括2.4G无线数字影音传输模块、手持终端PDA、智能玩具、自动化数据采集系统、工业无线控制等应用。
对于无线设备而言，暴露在外界的天线端最容易遭受ESD损坏，T212内部针对天线端做了ESD保护设计，人体模式下可抗静电8000V，极大的增强了工业设备的安全性。
WLAN/WiMax应用扩展
针对更高功率的 WLAN/ WiMax应用，锐迪科还推出了工作在2.3~2.7GHz频段的W260功放芯片，在3.3V 电源工作时可输出线性功率26dBm @ -30dBc IM3，在5.0V电源工作时可输出线性功率29dBm@ -30dBc IM3。
同时，用于5.8GHz WLAN的功放芯片W560也正在开发中，预计近期即可提供样片。
这样，锐迪科可以提供2.4G ISM频段，涵盖Bluetooth和Wi-Fi等低功率射频模块到WLAN/WiMax等高功率放大器芯片的全套解决方案，充分满足客户的各种应用需求。