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低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)是射频接收机的重要组成模块,其性能会对整个接收机产生直接影响。受信号传输介质和远近效应等因素的影响,需要LNA的增益具有可调性;另一方面,LNA要对微小的输入信号进行放大并驱动后级电路工作,需要具有较高的增益,同时LNA也应具有良好的输入输出匹配、较低的噪声系数以及在工作频带内绝对稳定。在LNA设计中,电感常被用来实现不同功能。但是传统无源螺旋电感存在着Q值较低、电感值不可调节、寄生效应严重、不易于集成等缺点。采用晶体管合成的有源电感去代替无源螺旋电感来实现LNA功能,提供了一种良好的解决方案。因此,本论文首先对一款新型有源电感进行研究,然后利用有源电感可调谐等特性,实现LNA增益的可调节,最后对采用新型有源电感的LNA进行流片和测试。主要内容如下: 首先,对一款应用于LNA中作为负载的可调性增强的高Q值、大电感值新型有源电感进行研究。在该有源电感中,以回转器基本结构为基础,采用多重调制共基-共射负跨导放大器提高Q值,引入反馈电阻、可变电容来增大有源电感的电感值并改善其可调性,同时又采用多种调节方式来调节、拓展电感值和Q值的调节范围。利用安捷伦射频集成电路设计工具ADS对该有源电感的性能进行验证。结果表明,通过联合调节各个调节端口的偏置电压,该有源电感在1-5.7GHz频段内呈感性,最大电感值达到了9.17nH,最大电感值调节范围(幅度)达到了5.62nH,Q值在整个工作频率范围内均大于0,最高Q值达到了783。由于该有源电感在工作频带内具有较大的电感值调节范围,同时也具有高Q值,为后续将它应用于LNA中,实现LNA高增益与增益可调节提供了条件。 其次,对采用提出的新型有源电感增益高且可调谐的宽带低噪声放大器(High Tunable Gain,HTG-LNA)进行了研究。该HTG-LNA采用了带有RC串联负反馈的共基-共射电流镜作为输入级,实现了良好的输入匹配;采用了以有源电感作负载的共基-共射达林顿结构作为中间级,实现了高电压增益与高功率增益以及增益可调谐等特性,也降低了对LNA噪声特性的影响;采用了带有电流镜电路结构的射极跟随器作为输出级,实现了良好的输出匹配。利用ADS对HTG-LNA进行验证。结果表明,在1-3GHz频带内,该低噪声放大器的电压增益均大于37dB,最高电压增益达到50.7dB,通过调整有源电感偏置电压,实现了最大为2.2dB的电压增益可调谐幅度;功率增益均大于37.4dB,最高功率增益达到51dB;输入回波损耗均小于-7.11dB,输出回波损耗均小于-11.97dB,输入输出匹配良好;反向增益均小于-45dB,反向隔离度良好;噪声系数均小于3.34dB,具有较好的噪声性能;IIP3和OIP3分别为-18dBm和19dBm,实现了在高增益下仍具有较好的线性度;稳定因子均大于5.61,放大器绝对稳定。 最后,基于0.2μm GaAs HBT工艺,对采用新型有源电感的增益高且可调谐的宽带低噪声放大器(HTG-LNA)进行了流片和测试。根据放大器电路拓扑和版图设计规则,确定了有源器件与电感、电阻等无源器件的几何尺寸,并进行布局。利用Tanner L-edit版图设计工具,完成了HTG-LNA的版图绘制。最后进行了芯片制备与测试。该放大器显示了良好的增益和调谐功能,以及良好的输入和输出回波损耗与反向隔离度。