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低噪声放大器(LNA)位于射频接收前端的第一级,它的噪声特性将大大影响整个射频接收系统的噪声性能。然而已有的LNA噪声优化方法中没有考虑栅极寄生电阻产生的热噪声对LNA噪声性能的影响,因此,本文主要研究当考虑栅极寄生电阻和栅-源额外电容时,共源共栅源极电感负反馈CMOS LNA的噪声系数优化方法。
本文通过分析LNA的结构,基于LNA的噪声性能及CMOS工艺的考量,选择了共源共栅源极电感负反馈结构作为LNA的基本结构,然后根据噪声理论,建立其高频小信号等效噪声电路模型,最后对小信号模型进行分析,利用二端口噪声理论,推导出噪声系数的统一数学表达式。
在恒增益、恒功耗以及恒增益恒功耗下对LNA的噪声系数进行优化,并且与以前提出的方法进行比较,最后在ADS中搭建小信号电路,对噪声系数的三种优化方法进行验证仿真。
本文完成了基于恒功耗下的2.4GHz0.18um CMOS LNA的电路设计,采用ADS进行仿真。仿真结果为:S11=-22.345dB,S12=-33.994dB,S21=22.749dB,S22=-9.762dB,nf(2)=0.512dB。仿真结果表明,本文所设计的LNA性能良好,是一个成功的设计。