论文部分内容阅读
近年来，无线通信获得了飞速的发展，更高的可靠性、更快的传输速率和更好的安全性是人们对现代无线通信的迫切要求。射频收发作为无线通信系统的重要组成部分，其前端电路决定着整个无线通信系统的性能和成本。因此，对射频收发系统前端电路的研究有着重大意义。
毫米波压控振荡器(VCO)为射频前端电路提供变频所需的本振信号，直接决定着信号的频率和相位噪声。L波段低噪声放大器(LNA)作为北斗二代导航系统前端电路的第一级模块，对系统的整体性能有着重大影响。基于标准CMOS工艺的低成本、易集成等优点，本文对毫米波压控振荡器和L波段低噪声放大器分别进行了设计，主要内容包括：
1、对LCVCO的基本原理和结构进行分析，基于TSMC65nmCMOS工艺设计了一个工作频率在20.8G~26.55GHz范围的窄带切换毫米波压控振荡器。采用四个窄带切换电路提高了调谐范围，利用大滤波电容与尾电流源形成低通滤波器，优化相位噪声，设计高Q值的LC谐振回路实现低功耗性能。仿真结果表明，VCO的相位噪声为-97.44dBc/Hz@1MHz，直流功耗为9.79mW。
2、基于TSMC65nmCMOS工艺对传统开关电容阵列VCO提出了优化设计。采用NMOS型负阻结构提供能量，以适用于低电源电压电路；设计改进型开关电容阵列对频率粗调，利用可调电容阵列提高调谐范围，同时降低VCO的压控增益KVCO，通过大滤波电容、高Q值电感优化相位噪声和功耗，同时降低版图面积，节约成本。仿真结果表明，振荡器可以工作在22.5G~29.78GHz，相位噪声在1MHz频偏处为-102.06dBc/Hz，直流功耗为9.62mW。
3、基于CSMC0.25μmCMOS工艺设计了一款L波段低噪声放大器。在第一级电路中，通过带电流复用技术的并联反馈结构来获得低噪声性能和宽带输入匹配，同时达到降低功耗、提高电路增益的目的。第二级电路中电感峰化的共源共栅结构，可以提高反向隔离度和带宽。第三级采用噪声抵消结构，改善电路噪声性能。并且针对测试结果给出了优化方案，通过采用高Q值的八边差分螺旋电感结构，更好地提升电路增益和噪声系数性能，改进后LNA的S11和S22均小于-11dB，阻抗匹配良好，噪声系数小于3.7dB，S21最优可达17.4dB。
毫米波压控振荡器(VCO)为射频前端电路提供变频所需的本振信号，直接决定着信号的频率和相位噪声。L波段低噪声放大器(LNA)作为北斗二代导航系统前端电路的第一级模块，对系统的整体性能有着重大影响。基于标准CMOS工艺的低成本、易集成等优点，本文对毫米波压控振荡器和L波段低噪声放大器分别进行了设计，主要内容包括：
1、对LCVCO的基本原理和结构进行分析，基于TSMC65nmCMOS工艺设计了一个工作频率在20.8G~26.55GHz范围的窄带切换毫米波压控振荡器。采用四个窄带切换电路提高了调谐范围，利用大滤波电容与尾电流源形成低通滤波器，优化相位噪声，设计高Q值的LC谐振回路实现低功耗性能。仿真结果表明，VCO的相位噪声为-97.44dBc/Hz@1MHz，直流功耗为9.79mW。
2、基于TSMC65nmCMOS工艺对传统开关电容阵列VCO提出了优化设计。采用NMOS型负阻结构提供能量，以适用于低电源电压电路；设计改进型开关电容阵列对频率粗调，利用可调电容阵列提高调谐范围，同时降低VCO的压控增益KVCO，通过大滤波电容、高Q值电感优化相位噪声和功耗，同时降低版图面积，节约成本。仿真结果表明，振荡器可以工作在22.5G~29.78GHz，相位噪声在1MHz频偏处为-102.06dBc/Hz，直流功耗为9.62mW。
3、基于CSMC0.25μmCMOS工艺设计了一款L波段低噪声放大器。在第一级电路中，通过带电流复用技术的并联反馈结构来获得低噪声性能和宽带输入匹配，同时达到降低功耗、提高电路增益的目的。第二级电路中电感峰化的共源共栅结构，可以提高反向隔离度和带宽。第三级采用噪声抵消结构，改善电路噪声性能。并且针对测试结果给出了优化方案，通过采用高Q值的八边差分螺旋电感结构，更好地提升电路增益和噪声系数性能，改进后LNA的S11和S22均小于-11dB，阻抗匹配良好，噪声系数小于3.7dB，S21最优可达17.4dB。