基于SiGe BiCMOS工艺的放大器研究与设计

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随着移动通信技术的发展以及5G时代的来临,信息的传输速率越来越快。低噪声放大器作为移动通信系统接收机的前级,其在通信系统中具有不可忽视的作用。低噪声及宽频带的放大器可以有效提升信道的最大传输速率,而可重构放大器可以在兼容不同的通信标准、满足不同应用场景需求的同时降低设备成本。此外,随着半导体工艺的不断进步,SiGe BiCMOS工艺可以很好地与Si工艺兼容且可以提供高性能的HBT晶体管,现已成为研究热点。本文通过对华虹0.18um SiGe BiCMOS工艺的特性及工艺中包含的有源、无源器件进行研究,以实现放大器的低噪声、宽频带以及可重构为目标,开展以下三方面的工作:1、10GHz两级级联低噪声放大器的设计与实现:根据噪声相关理论,通过对放大器的输入端进行最小噪声匹配,输出端进行最大输出匹配,采用MOS管设计了一款中心频率为10GHz的低噪声放大器。该单片目前已完成加工与测试,测试结果表明,该放大器在中心频率处的增益为10.15dB,噪声为4.09dB,在8.6GHz-12.3GHz的范围内,输入和输出端口的回波损耗均优于-10dB,相对带宽达37%。并针对仿真和实测间的误差进行了简要分析。2、2-20GHz分布式低噪声放大器的分析与设计:将负阻抗网络和峰化电感同时用于分布式低噪声放大器的设计中,提高了带宽与增益平坦度。最终采用异质结双极型晶体管(HBT)设计出的分布式低噪声放大器工作频段为2-20GHz,在此范围内增益平坦度仅有±0.375dB,噪声系数在2.7dB-4.2dB之间,平均增益也高达27.648dB。3、中心频率可调放大器的分析与设计:基于前人提出的一种电感-电感-电容(LLC)可调滤波匹配网络,提出了调节灵活度更高的电容-电感-电容(CLC)可调滤波匹配网络,可以通过改变变容管的电容值实现中心频率调谐。并基于此设计了单管两级级联放大器、Cascode两级级联放大器以及多级级联放大器三种不同的频率可调放大器,验证了CLC可调滤波匹配网络在不同结构的电路以及多级级联电路中的普遍适用性。其中当多级级联放大器的控制电压从-1V变化到1V的过程中,中心频率可以从7.8GHz变化到12GHz,调谐范围达42%。
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