CMOS射频集成电路的低噪放模块的设计

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多种无线通讯系统的蓬勃发展,使无线通讯系统中的关键模块—射频集成电路,成为当前的研究热点。由于市场对重量轻、体积小、功率低、成本低的收发器的需求的迅速增加,提高收发器的集成度成为解决上述需求的重要途径。而传统的工艺如砷化镓(GaAs)工艺等不能集成低压大规模数字IC和D/A转换器,已经不能满足集成芯片(SOC)的要求。尽管基于锗硅工艺的硅异质结器件可以用于射频电路设计,但随着特征尺寸的减小,电源电压的降低,器件的线性度退化会比较严重。而CMOS由于工艺的飞速发展,从而在射频IC的应用成为可能,并且可以与数字IC集成,再加上它的低成本和低功耗的优势,已成为射频集成电路的研究热点方向。本文主要研究应用于2.4GHz Bluetooth射频前端的基于CMOS工艺的低噪声放大器模块的实现方法。 本文对MOS管的射频特性、噪声特性以及电路中的无源器件的特性进行了分析,系统研究了提高无源器件性能的方法,提出了增加片上电感品质因数O值的技术途径;接着对RFIC的几种常用的接受机架构的性能指标进行了比较,并根据SOC的特点,选择了适合的架构来进行电路设计;最后分析了目前较为流行的几种LNA实现方式,比较了它们在增益、噪声、线性度、输入阻抗和功耗等方面的性能,提出了一个单端形式的L-degenerated级联LNA结构,并采用ADS软件对LNA进行了优化。最后采用了Cadence中的Vitrtuoso工具完成了对电路版图的布局和优化。 从理论上分析了影响LNA的线性度和噪声的因素,由此提出了一种可以较好的解决LNA设计中噪声和线性度之间的折中的方法,并在实际模拟中得到比较好的验证。最后采用这种方法设计了一个基于TSMC的0.25um工艺的2.4GHz的低噪声放大模块,仿真结果显示LNA在2.4GHz的增益达到16.5dB,Noise Figure为1.2dB,有-40dB的反向隔离增益,NP3达到了0dB,性能达到了Bluctooth的要求。
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