【摘 要】
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随着5G时代的到来,人们对于高数据率的网络传输和海量的终端接入率要求越来越高,毫米波技术得以飞速发展,成为无线通信体系中重要的研究方向,不仅加快了5G通信的发展进程,还大规模地应用于卫星通信和物联网等行业。毫米波通讯网络系统成为一种具有高通量,广覆盖,终端小等优点的网络系统,同样受到人们普遍的关注和研究。接收机作为无线通信系统的一部分,其中的可变增益放大器和低噪声放大器显得尤为重要。在低成本和高集
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随着5G时代的到来,人们对于高数据率的网络传输和海量的终端接入率要求越来越高,毫米波技术得以飞速发展,成为无线通信体系中重要的研究方向,不仅加快了5G通信的发展进程,还大规模地应用于卫星通信和物联网等行业。毫米波通讯网络系统成为一种具有高通量,广覆盖,终端小等优点的网络系统,同样受到人们普遍的关注和研究。接收机作为无线通信系统的一部分,其中的可变增益放大器和低噪声放大器显得尤为重要。在低成本和高集成度方面,CMOS工艺的表现要优于化合物工艺,使CMOS工艺在毫米波接收机中得到广泛的应用。因此,对于深入研究基于CMOS工艺的毫米波可变增益放大器和低噪声放大器具有重要意义。首先,本文调研了国内外毫米波频段的可变增益放大器和低噪声放大器的研究发展现状。同时对设计放大器所使用的有源器件MOS晶体管和无源电容、片上螺旋电感、片上变压器等进行介绍与分析。然后分别介绍了可变增益放大器和低噪声放大器的理论基础。其次,基于65nm CMOS工艺设计了两款放大器。一款为工作在Ka波段的可变增益放大器。该电路由一级共源结构和两级共源共栅结构组成,通过在后两级共源共栅结构使用数字电流舵来实现增益的变化。同时,利用极点收敛技术来拓宽电路的带宽,并在共源共栅结构中共栅级的源端添加交流接地电容来稳定增益变化时的输出阻抗。电路所占用的面积为0.83×0.46mm~2（含Pad）。该款可变增益放大器的仿真结果显示18.4d B的最大增益,6.5～18.4d B的增益变化范围,5.1d B的最小噪声系数,IP1d B为-7～5d Bm,直流功耗为32m W。另一款为工作在31～45GHz的紧凑型宽带低噪声放大器。电路采用两级共源共栅结构,基于变压器的输入匹配网络实现宽带输入匹配,两种不同类型的漏源反馈变压器分别实现高增益和高的稳定性。电路所占用的面积仅为0.44×0.35mm~2（含Pad）。该款低噪声放大器的仿真结果显示3d B带宽为31～45GHz,1d B带宽为32～44GHz,最大增益为18.2d B,最小噪声系数为4.5d B,电路的直流功耗为21.5m W。本文对于CMOS工艺的毫米波可变增益放大器和低噪声放大器的设计方法进行了分析和总结,是对毫米波频段的可变增益放大器和低噪声放大器的一次探索,对以后的设计者提供了一定的借鉴思路。
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