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低噪声放大器是整个接收机系统的第一级,其性能的好坏将直接影响整个接收机系统的性能。一方面,低噪声放大器应有足够的增益、较低的噪声系数、良好的输入输出匹配、足够的带宽和良好的线性度;另一方面,放大器的增益最好是可变的,这是因为接收机在接收信号时由于受环境、位置以及其他不确定因素的影响,信号幅度有较大程度的变化,放大器的增益可变,可使输出信号幅度稳定。本论文对宽带增益可变低噪声放大器(Variable Gain Low Noise Amplifier,VGLNA)的设计进行研究,完成了VGLNA芯片级的设计,进行了VGLNA板级制作和测试。 首先,基于TSMC0.18μm CMOS工艺,设计了一款可在3-5GHz工作的芯片级超宽带VGLNA。该VGLNA的输入级采用局部反馈的共栅结构,不但实现了超宽带输入匹配,也获得了良好的噪声性能,另外还利用并联峰化技术拓展了带宽。在核心放大级,提出了一种新型电流舵结构,由于采用了电流复用技术,不仅提高了增益,而且降低了功耗,实现了放大器增益连续可变。输出级采用源极跟随器,获得了良好的输出匹配。利用Agilent ADS2009仿真工具进行了验证,结果表明,在3-5GHz工作频段内,VGLNA获得了25dB的增益可变范围,最高增益达到24dB,输入端口反射系数小于-11dB,输出端口反射系数小于-14dB,最小噪声系数为2.3dB,输入三阶交调点(IIP3)为4dBm,在1.2V电压下,电路功耗仅为8.8mW。 其次,基于muRata公司的电容电感库、Avago公司的ATF35143器件模型,成功设计了一款工作在3-3.5GHz的板级VGLNA。电路基板选用Rogers公司的Rogers4350B高频板,核心放大级采用新型电流舵结构,输入匹配采用双节短截微带线匹配网络,输出匹配采用单节短截微带线匹配网络。由于有源偏置容易受寄生参数的影响,因此用电阻偏置替换有源偏置;为了使放大器能稳定工作,在输入晶体管的两个源端分别加了一段感性微带线。为了提高设计的准确性,采用ADS的电磁仿真工具MOMENTUM对所设计的VGLNA进行了版图和原理图的联合仿真验证,保证仿真结果与电路板实际工作情况相接近,从而提高制板成功率。联合仿真结果显示,在3-3.5GHz范围内,最大增益达17.5dB,控制电压在0.5-2V变化时,增益实现了6dB连续变化,S11和S22均小于-8.5dB,噪声在整个频段和控制电压范围内为0.8-2.3dB,且放大器绝对稳定。 最后,利用Altium Designer Summer2009电路板设计软件,绘制出了用于制板的VGLNA PCB版图并进行了制作,使用Agilent N5230A矢量网络分析仪,完成了增益可变低噪声放大器电路板的测试工作。测试结果表明,在3-3.5GHz频段内,控制电压在0.5-2V连续变化时,增益实现了6.2dB连续变化,测试结果验证了VGLNA设计的可行性。