5.8GHz CMOS全集成低噪声放大器设计

针对目前在LNA设计中存在需要在任意给定的功耗条件下噪声和输入阻抗同步匹配的问题,本文采用TSMC0.18μm RF工艺,通过利用共源共栅结构和功耗受限下噪声和阻抗同步匹配技术(PCSNIM),提出了一个可支持IEEE802.11a无线局域网(WLAN)标准的5.8GHz CMOS低噪声放大器,在中心频率处所提出的低噪放大器的噪声系数(NF)只有0.972dB。仿真结果表明:在1.8V供电电压下LNA的功耗为6.4mW,增益可达17.04dB,输入1dB压缩点(P1dB)约为-21.22dBm,同时具有良好的输入输出匹配特性。     

2.4 GHz频段射频前端高线性度SiGe低噪声放大器设计

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 ~2.5 GHz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.     

2.4 GHz CMOS双平衡混频器的设计

该文设计了工作在2.4GHz基于Gilbert单元为核心的CMOS有源双平衡混频器.为提高变频增益增加了分流源单元.该混频器RF、LO和IF分别为2.40GHz、2.41 GHz和10 MHz.经仿真在2.5 V电压下,取得变频增益(Gc)为11.095dB、噪声系数(NF)为8.836dB、1dB压缩点(P1dB)为-13.6 dBm、三阶输入截止点(ⅡP3)为-3.72 dBm、功耗为13.5 mW的较好结果.该混频器采用TSMC 0.25μm CMOS工艺实现,版图面积(包括pads)为1 mm×1 mm.     

具有平坦增益的3.1~10.6 GHz UWB CMOS低噪声放大器设计

提出了一种采用0.18μm CMOS工艺的3.1～10.6GHz超宽带低噪声放大器.电路的设计采用了电流复用技术与阻抗反馈结构,具有低功耗和平坦增益的特性.仿真结果显示,在3.1～10.6GHz频率变化范围内,低噪声放大器达到平均17.5dB的电压增益,输入和输出的回波损耗均低于-8dB,最小噪声系数约为2.8dB,在电源电压为1.5V下功耗约为11.35mW.     

2.4GHz 0.18μm CMOS Doherty 功率放大器设计

文中采用SMIC 0.18μm CMOS 工艺设计了一款2.4GHz Doherty结构功率放大器。两子功放均采用两级放大结构,提高了功放的功率增益和功率附加效率（PAE)。模拟显示最大功率输出为28.75dBm,对应PAE为43％,功率1dB压缩点输出功率为26.71dBm, 对应PAE为38％。功率增益为24dB。与以往报道的CMOS Doherty功放相比,PAE和功率增益均得到了明显的改善。     

3.1～10.6 GHz超宽带低噪声放大器设计

采用标准0.35 μm SiGe HBT工艺设计了工作频段在3.1～10.6 GHz的超宽带低噪声放大器.从宽带电路和高频电路设计的器件选择、电路结构选择等方面讨论了超宽带低噪声放大器的设计.结果表明,通过合适的电路结构和器件参数选择,可以采用0.35μm SiGe HBT工艺制备满足超宽带系统要求的低噪声放大器.在整个工作频段内所设计的低噪声放大器输入输出匹配S11和S22均优于-8dB,噪声系数为3.5dB,电路的工作电压为2.5 V,电流消耗为4.38 mA.     

2.4 GHz 0.18 μm CMOS Doherty 功率放大器设计

采用SMIC 0.18 μm CMOS 工艺设计了一款2.4 GHz Doherty结构功率放大器.两子功放均采用两级放大结构,提高了功放的功率增益和功率附加效率（PAE).模拟显示最大功率输出为28.75 dBm,对应PAE为43％,功率1 dB压缩点输出功率为26.71 dBm, 对应PAE为38％.功率增益为24 dB.与以往报道的CMOS Doherty功放相比,PAE和功率增益均得到了明显的改善.     

CMOS RGC低噪声跨阻放大器

光纤通信系统接收端前置放大器的性能很大程度上决定着整个光纤通信系统的性能.基于CMOS工艺,给出了一个RGC结构的,应用于2.5Gbit/s光纤通信系统的低噪声跨阻放大器的实现方式.RGC结构具有极低输入电阻特性,同时,为了减小输入等效噪声电流和提高-3dB带宽,采用了跨导增大技术和感性峰值技术.采用SMIC的0.18μm CMOS工艺的仿真结果表明该电路具有61.23dB的跨阻增益,2.09GHz的带宽,输入等效噪声电流为9.4pA/(Hz)~(1/2),电路功耗仅为16.2mW.     

0.1-1.2 GHz宽带巴伦低噪声放大器设计

提出了一种可用于0.1-1.2 GHz射频接收机前端的宽带巴伦低噪声放大器(Balun-LNA).采用噪声抵消技术,输入匹配网络的沟道热噪声和闪烁噪声在输出端被抵消,在宽带内可同时实现良好的输入匹配和低噪声性能.通过分别在输入匹配级内增加共源放大器,在噪声抵消级内增加共源共栅放大器实现单端转差分功能.电路采用电流复用技术降低系统功耗.设计基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,LNA的最大增益达到13.5dB,噪声系数为3.2-4.1 d B,输入回波损耗低于-15 d B.在700 MHz处输入1 dB压缩点为-8 dBm,在1.8 V供电电压下电路的直流功耗为24 mW,芯片面积为0.062 5 mm².     

低噪声CMOS电荷灵敏前置放大器

为了满足辐射探测器的读出密度要求,完成了低噪声CM O S专用集成电荷灵敏前置放大器的设计和测试。采用0.6μm CM O S工艺,电路面积为260μm×210μm,功耗为15.9mW,比传统的电荷灵敏前放的电路密度至少提高了3个数量级。测量得到的噪声结果为:在成形时间为1μs时,零电容噪声为1 377.1 e,电容噪声斜率为43.7 e/pF。噪声的实测结果和理论分析比较吻合,间接测量了使用工艺NM O S的1/f噪声系数,为低噪声设计提供了参考依据。     

带有源巴伦的CMOS宽带低噪声放大器设计

设计了一种400～800 MHz带有源巴伦的低噪声放大器(balun-LNA).电路输入级采用共栅结构实现宽带匹配,输出端使用共源漏技术来实现巴伦功能,将单端输入信号转变为差分输出信号,利用参数优化设计来降低噪声性能.电路采用TSMC 0.18 μm RF CMOS工艺仿真,结果表明:在400～800 MHz工作频段内,balun-LNA的输入反射系数小于-12 dB,噪声系数为3.5～4.1 dB,电压增益为18.7～20.5 dB,在3.3V电压下功耗约为17.8 mW.     

基于ATF54143的2.45GHz平衡式低噪声放大器设计

为了实现放大器在2.4～2.5 GHz范围内低噪声、高增益、输入输出阻抗匹配等性能指标,通过ADS2011仿真软件优化设计硬件电路,提出并加工制作了基于ATF54143的新型平衡式低噪声放大器.实测结果表明,该平衡式低噪声放大器的噪声系数低于3 dB,增益高达10 dB,输入端驻波比小于1.5,且输出端驻波比小于3.测试过程中发现在保证噪声系数较小的情况下,通过选取合适的偏置点可以明显地提高放大器的线性度.提出的平衡式低噪声放大器可以较好地应用于无线局域网领域,具有较强的实用价值.     

用于神经信号检测的低噪声CMOS前端放大器的设计

采用斩波稳定技术设计了一款低噪声CMOS放大器.该放大器用于神经信号的检测和放大,包括调制解调器、rail-to-rail输入放大级、带通滤波器、低通滤波器和振荡器5个模块.其中,rail-to-rail输入放大级提高了电路的输入共模范围,带通滤波器减小了残余失调,整个斩波稳定系统使电路显现低噪声特性.该电路采用TSMC 0.35μm CMOS工艺进行了仿真流片设计,低频等效输入相关噪声谱密度为13.2 nV/sqrt(Hz),开环增益为100 dB,3 dB带宽10 kHz,芯片面积为980μm×450μm.仿真结果显示,基于斩波稳态技术的低噪声放大器可作为一种有效的神经信号检测的前端电路.     

窄带低噪声放大器设计

本文证明了最佳源电阻的公式,举例说明了低噪放大器的设计方法以及一些特珠的技巧。     

光发射功率自适控制系统中CMOS低噪声跨阻放大器设计

设计了一种应用于光发射功率自适控制系统中的低噪声宽带跨阻放大器,用0．6μm CMOS工艺实现,在156MHz-3dB带宽范围内最小均方根等效输入噪声电流为130pA／√Hz,在无光状态时电路的总电流为3．3mA,功耗低于国外同类产品。     

用于802.11b无线局域网的2.4 GHz CMOS发送器

采用0.18μm CMOS工艺设计并实现了一个用于IEEE 802.11 b无线局域网的射频发送芯片.该芯片采用了直接转换的架构来最大限度地减少片上和片外的元器件,从而达到低功耗、低成本的目的.当以0 dBm的功率发送11 Mb/s的数据时,发送机的误差矢量幅度的峰值(peak EVM)小于13%(rms值约为7.24%),并且发送信号频谱满足802.11 b的频谱罩要求.整个芯片的面积包括pads为2.5 mm×2 mm,由1.8 V单电源供电,功耗为63 mW.     

一种高线性的CMOS低噪声放大器结构

采用TSMC0.35μmCMOS工艺,设计了一个5.7 GHz可用于无线局域网的低噪声放大器,电路在采用单端共源共栅结构的基础上为改善线性度而引进低频陷波网络(Low-frequency-trap Net-work),用ADS软件仿真与优化.仿真结果表明,在电源电压1.5 V情况下,噪声系数NF为1.22 dB,输入反射系数S 11为-15 dB,反向隔离性能S12为-32.9 dB,增益S21为17.8 dB,三阶交截点IIP3为 12.7 dBm,功耗为8 mW.     

2.9～10.6 GHz CMOS两级分布式放大器

研究应用于超宽带无线通信系统中的宽带分布式放大器设计方法. 采用电感替代传输线对晶体管寄生电容进行补偿的方法实现带宽拓展. 分布式放大器既能扩大其带宽,又能保持较低的噪声系数. 该设计采用TSMC公司的RF 0.18 μm CMOS工艺,电源电压为1.8 V,功耗为104 mW. 仿真结果表明提出的分布式放大器在2.9~10.6 GHz的频带内S₂₁保持(18.7±0.9)dB的平坦增益,噪声系数最小值N_F=1.80 dB.      

低噪声晶体管放大器的设计

以实现声频放大器低噪声化为出发点，阐述了具体设计的几个方面．从低噪声放大器设计的基本原理和方法入手，对晶体管放大器的噪声模型（Ｅｎ－Ｉｎ模型）作了分析，并推导出一种实用的最佳源电阻Ｒｓｏｐｔ近似求法．还对系统电路的低噪声设计略加探讨．