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随着无线通信技术的发展,低噪声放大器向小型化、集成化、低功耗和高线性方向发展已经成为必然趋势。与Si工艺兼容的硅锗异质结双极晶体管(Silicon Germanium Hetrojunction Bipolar Transistor, SiGe HBT)具有良好的频率特性和增益特性,被广泛地应用于超宽带低噪声放大器(Uitra-wideband LowNoise Amplifier, UWB LNA)的设计中。 本论文在共基极放大器的噪声抵消、芯片面积减少、功耗降低和线性度改善等方面,对UWB SiGe HBT LNA的设计技术进行了研究,主要工作包括: 首先,对共基极SiGe HBT LNA的噪声抵消技术进行了研究。为了克服噪声匹配和阻抗匹配相互关联的缺点,提出了共基极放大器的噪声抵消结构,该噪声抵消结构抵消了共基极放大器引入的噪声,并分析了该噪声抵消结构的噪声系数;共基极放大器具有输入阻抗低的优点,作为低噪声放大器的输入级,实现了阻抗匹配。基于该噪声抵消结构,提出了0.6~3GHz和3.1~10.6GHz两款共基极低噪声放大器。结果表明,与未采用噪声抵消结构的低噪声放大器相比,两款新放大器均具有良好的阻抗匹配,同时也具有低的噪声系数,实现了噪声匹配和阻抗匹配的去耦合。 其次,对小面积的UWB SiGe HBT LNA的设计方案进行了研究。(1)提出了采用复合电阻反馈新技术代替电感(L)-电容(C)阻抗匹配技术,来实现LNA的阻抗匹配,由于未采用无源电感,节省了芯片面积,同时,利用cascode结构线性度高和Darlington结构增益高的优点,构建了Darlington Cascode结构,作为LNA的输出级,实现了LNA的高增益和良好的线性度。(2)针对传统放大器的并联电感峰化技术中无源电感占用较大芯片面积的缺点,提出了采用基于反馈网络的新型SiGe HBT有源电感代替无源电感,来实现UWB LNA中电感峰化作用,不但减小了芯片面积,而且利用有源电感可调性,实现了对LNA增益的可调节。 再次,对低功耗的UWB SiGe HBT LNA的设计技术进行了研究。针对高增益双极型电路,采用多级拓扑结构,需要多个偏置通路,增加了放大器功耗的缺点,为了既减小功耗,又要获得较高的增益,首次提出了Cascode-共基极配置的电流复用结构来降低LNA的功耗,同时采用发射极电感退化技术实现阻抗匹配,采用零极点抵消技术补偿因发射极电感引起的增益退化,扩展了带宽。LNA的功耗为18mW,增益为20.2dB。 然后,对高线性的UWB SiGe HBT LNA的设计技术进行了研究。(1)在分析了SiGe HBT非线性影响因素的基础上,研究了共射极和共基极放大器的线性度,提出了相应的改善方法,并应用于UWB LNA的设计中,LNA的线性度提高了6dBm;(2)为了进一步改善cascode结构LNA的线性度,我们提出了无电感的可调三阶交调失真(Third-order Inter-modulation Distortion,IMD3)抵消通路策略,来抵消cascode结构中共射极晶体管产生的IMD3,抵消通路使LNA线性度提高了11.5dBm。而且,通过调节辅助抵消通路的偏置,实现了LNA线性度的可调谐;(3)为了克服因工艺变化和寄生引起的无源电阻值变化对电阻负反馈低噪声放大器增益和稳定性的影响,提出了采用可调有源电阻反馈替代无源电阻反馈的方案。可调有源电阻反馈技术使cascode LNA的线性度提高了51dBm,并且利用其可调性也实现了线性度的可调。 最后,对复合电阻反馈的新型SiGe HBT LNA单片集成电路(MonolithicIntegrated Circuit,MIC)进行了制备。采用优化的MIC制作工艺流程,完成了复合电阻反馈的新型UWB SiGe HBT LNA MIC的制备,芯片面积仅为0.21mm2。测试结果表明,在1~6GHz内,基于复合电阻的SiGe HBT LNA具有良好的阻抗匹配和噪声性能。