CMOS宽带高增益输出平衡低噪声放大器的设计

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近些年来,集成无线通信芯片被广泛应用于导航定位、物联网、移动终端、智能家居等多个行业,衍生出多样的通信协议。为了顺应市场的需求,当前无线通信领域最热门的研究之一就是设计一款兼容多协议的收发器芯片,以满足用户日益增长的需要。低噪声放大器(LNA)作为接收机信号处理的第一级需要具有宽频带、高增益、低噪声、阻抗匹配等特性;同时为了满足后级链路的要求,LNA需要输出一对增益和相位平衡的差分信号。  为了有效地降低噪声,噪声消除技术被广泛的应用到各种低噪声放大器中。噪声消除由两部分模块构成:输入匹配放大模块,消噪辅助放大模块。其中输入匹配放大模块实现输入端的匹配功能,并对信号进行放大;消噪辅助放大模块产生与输入匹配放大模块相等的电压放大倍数,同时对输入信号进行放大。后级采用连接网络将二者的输出信号进行处理,实现噪声消除。根据不同的输入阻抗匹配方式以及辅助放大器的设计方法,目前主流的LNA可以分为两种类型:一种是带电阻反馈或者有源反馈的共源级低噪声放大器,另一种是并行的共源共栅低噪声放大器。  本文采用TSMC0.18μm RF CMOS工艺,设计了两款低噪声放大器,并将其中一款进行流片验证,测试结果表明,在0.045~2.5GHz频带范围内,LNA的输入反射系数小于-10dB,最高功率增益为24.5dB,噪声系数为2.6~4dB,芯片面积仅为0.07mm2。
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