【摘 要】
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在过去几十年,无线通信技术发展如火如荼,GSM、CDMA、WCDMA、TDCDMA、CDMA2000、LTE、Zig Bee、Bluetooth、WLAN等一大批无线通信系统和协议应运而生,推动着经济发展和社会进步。当前,全球正逐步踏入新一代（5G）无线通信时代,人们对高传输速率、大容量空间、低延时等性能的需求将得到满足。作为无线通信接收机系统的重要组成部分,射频前端接收模组主要由射频开关和低噪声
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在过去几十年,无线通信技术发展如火如荼,GSM、CDMA、WCDMA、TDCDMA、CDMA2000、LTE、Zig Bee、Bluetooth、WLAN等一大批无线通信系统和协议应运而生,推动着经济发展和社会进步。当前,全球正逐步踏入新一代（5G）无线通信时代,人们对高传输速率、大容量空间、低延时等性能的需求将得到满足。作为无线通信接收机系统的重要组成部分,射频前端接收模组主要由射频开关和低噪声放大器构成。其中,射频开关常用于切换发射和接收链路,低噪声放大器负责放大天线端接收到的微弱射频信号,同时不引入较多的噪声。5G通信的应用对该接收模组的噪声系数、动态范围、线性度、增益等性能指标提出了更为严格的要求。射频开关的插入损耗越低,低噪声放大器的噪声系数越小,则整体电路的噪声性能越好。同时,低噪声放大器较高的增益有助于抑制混频器等后级电路产生的噪声。相比Si CMOS工艺,Ga As p HEMT工艺具有衬底损耗低、电子迁移率和饱和速度高、噪声特性良好等优点,非常适合于射频开关和低噪声放大器的设计。目前,5G通信主要布置在Sub-6GHz频段。本论文基于0.25μm Ga As p HEMT工艺设计了一款工作在2.3-2.7GHz频率范围内的射频接收前端模组芯片。该接收前端芯片主要由一个单刀双掷（SPDT）天线开关、低噪声放大器（LNA）、旁路（Bypass）开关构成,同时具备LNA＿EN和Bypass两种工作模式。当LNA输入端信号功率较低时,LNA正常工作,对信号进行放大,同时不引入较多的噪声。当输入较高功率信号时,Bypass开关开始工作,对信号进行衰减以保护后级电路。考虑到发射端和接收端的信号功率不同,SPDT开关采用非对称结构实现。一方面,采用带源极键合线电感的负反馈式共源共栅结构设计该低噪声放大器,将SPDT开关作为放大器的输入匹配网络一部分,一体化设计能够减少匹配元件的数量,同时提升输入匹配网络的Q值,进而实现高功率增益、低噪声系数以及良好的输入反射系数。另一方面,采用多组开关联合设计的方法实现衰减输入的高功率射频信号的Bypass功能,进而提高接收信号的动态范围。实测结果表明,5V工作电压下,LNA＿EN模式下的静态电流为32m A,在2.3-2.7GHz工作频率范围内,实现的接收前端芯片噪声系数达到1.55-1.66d B,并且增益在18.2-19.1d B之间,同时实现-11～-9d B的输入回波损耗和-16～-11d B的输出回波损耗水平。2.5GHz频点的输入1d B压缩点为-2d Bm。Bypass模式下,静态电流为0.7m A,2.3-2.7GHz工作频段内的插入损耗维持在-7.0至-6.4d B的水平,输入和输出回波损耗分别为-17.9～-15.4d B和-10.6～-9.3 d B,符合设计指标要求。
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