随着物联网、人工智能和生命科学等领域的交叉快速发展,人类正逐步进入智能和信息社会。射频前端模块作为电子设备与外界通信的重要媒介,其性能直接决定了电子设备的通信模式、通信质量、稳定性和待机时间等重要性能指标。随着半导体工艺和通信技术的不断发展,射频前端模块向着超宽带,超高频以及超低功耗等方向不断探索。本文就射频接收机前端的关键模块低噪声放大器、混频器和频率源进行了广泛而深入的研究,主要研究成果如下:1.由于目前大多数超宽带低噪声放大器设计面临着高功耗和低集成度等缺点,本文给出了一种在芯片面积及功耗方面具有显著优势的超宽带低噪声放大器电路。电路的第一级和第二级利用电流复用技术将晶体管进行堆叠以降低功耗;利用电感峰化技术实现在高频处增益的平坦性,同时结合电阻负反馈结构实现输入级的匹配。最终测试工作带宽为2.8~10 GHz,平均功率增益、噪声系数、功耗以及芯片面积分别为13.2 dB、4.38 dB、6.54 mW和0.07 mm~2。2.针对于现代无线通信中对于多模、多频带和多功能的要求,本文提出了一种可变增益超宽带低噪声放大器电路。低噪声放大器电路采用两级放大结构,电路的第一级通过采用电阻负反馈技术与电感负反馈技术实现输入阻抗匹配,利用电感峰化技术保证了电路增益的平坦性。第二级电路采用共源放大器结构,通过控制第二级负载阻抗和放大管的工作状态实现增益变化。最终低噪声放大器在3~10GHz频段范围内增益可以在-13.2~16.4 dB范围内连续变化,最小噪声系数、最大功耗以及芯片面积分别为3.7 dB、16.2 m W和0.12 mm~2。3.为满足现代通信系统多频带和多模式的要求,本文给出了一种超宽带可变增益混频器电路设计。电路采用共栅放大输入级和吉尔伯特双平衡混频器结构,利用共栅放大电路负载可变来实现增益变化。混频器工作频带为3~20 GHz,转换增益变化区间为5.6~14.8 dB,高增益下噪声系数为6.8~8.5 dB,线性度IIP3大于3dBm,隔离度大于30 d B,功耗为11.3~14.7 dB之间。4.针对于目前超高频振荡器效率较低和难以片内集成的缺点,本文设计了一种天线集成型超高频振荡器。首先利用最大功率输出理论实现有源器件的最大功率输出,然后通过接地共面波导来实现谐振回路,有效减小了芯片面积。最后设计了一种片内集成宽带天线,在保证增益和效率的同时,实现了与振荡器的片内集成。振荡器振荡频率为283 GHz,静态电流功耗为13.176 mA,输出功率0.751 mW,直流射频转换效率达到4.75%。5.根据目前高频锁相环对低功耗及低相位噪声的需求,本文提出了一种Ka波段低功耗整数分频锁相环结构。压控振荡器通过增加驱动级使其对第一级分频器电路具有足够的驱动能力和隔离能力。分频器部分通过一个差分转单端的模块使得电流模逻辑分频器和门电路分频器串联起来,极大的降低了设计功耗。锁相环整体功耗为33.6 mW,VCO相位噪声在1 MHz频偏处达到-105 dBc/Hz,调谐范围为25.5 GHz~30.3 GHz,并且实现了接近恒定的Kvco。6.对于目前晶体振荡器高集成度的需求,本文设计了两种应用型晶体振荡器。恒温晶体振荡器电路经过相关理论分析及仿真工作,实现了电路的B模抑制,其功耗及相位噪声达到了目前市面上相关分立器件产品的水平。通过将稳压模块,分频模块和温控模块进行片内集成,大大提高了恒温晶体振荡器的集成度,有利于应用在多种应用场景中。温度补偿型晶体振荡器通过将稳压电路,选频驱动电路等电路模块集成在片内,在保证了输出信号相位噪声等性能的情况下,极大的提高了晶体振荡器的集成度。相关测试参数性能可以达到目前市场上分立器件搭建的晶体振荡器性能指标,满足了目前市场对于小型化的需求,并已经实现商用。