论文部分内容阅读
近些年来,无线通信技术迅速发展,通信设备被广泛应用于各种场景,市场对无线终端的要求趋向于多功能化、集成化。在此背景下,能兼容多种无线通信标准的宽带射频接收机成为了目前电路设计领域的研究重点。同时,随着人们的现代生活与各种通信设备的联系愈发紧密,无线终端的发展趋于小型化、便携化。然而,在不断更新换代的无线终端中,射频模块却更加复杂。这一矛盾促使了高度集成化的射频前端模组(Front-End Module,FEM)成为了目前无线终端中射频模块的主流架构。在射频集成电路制造工艺方面,绝缘体上硅(Silicon On Insulator,SOI)工艺的发展十分引人瞩目,优良的高频性能和相对较低的成本使之在射频电路芯片的设计制造中极具竞争力。本文基于Global Foundries 130-nm SOI CMOS工艺,对射频接收前端模组(Rx FEM)中的关键电路模块—低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)与射频开关进行了研究与设计,并完成了相关的流片工作,通过板上测试对电路设计进行了验证。针对射频接收模组中LNA电路的超宽带、低噪声和小尺寸等要求,本文提出了一种基于局部有源反馈结构的差分共源级LNA,在传统有源负反馈结构基础上重新选取反馈节点,改善了带宽和线性度。同时结合电流复用结构,优化了带宽和噪声性能,并在主放大通路上耦合了高频段的反相信号,补偿了高频段的增益。此外还结合了噪声抵消技术,提升了噪声性能。本电路结构目前已在GF 130-nm SOI CMOS工艺下完成了流片和板上测试工作,测试性能如下:工作频率覆盖0.5～3.5 GHz,带内输入输出匹配良好,同时实现了 20.5 dB的电压增益和3.49 dB的带内最小噪声系数,输入三阶交调点最高为-6 dBm,由于未使用片上电感,芯片核心电路部分的面积仅为0.031mm2。电路采用单电源供电,在1.5 V电源电压下功耗为15.2 mW。针对射频接收前端模组中射频开关电路的低损耗、高线性度等要求,本文提出了一种体端自偏置SP4T宽带射频开关,开关晶体管的体偏置方式采用二极管连接,实现了体端电压的动态自偏置,简化了控制电路的结构,同时通过晶体管堆叠串联分压、引入负压偏置等措施改善电路线性度。此外还设计了基于负压产生电路的控制器电路。该射频开关电路采用GF 130-nm SOI CMOS工艺设计并进行了流片和板上测试。芯片采用单电源供电,不需要外接负压源,板上测试性能如下:在0.5-3GHz的工作频带上实现了 0.2-0.49 dB的插入损耗和20 dB以上的隔离度,P0.1dB达到为+38.5 dBm,在输入信号功率为+35 dBm的条件下,频带内二次谐波为93 dBc,三次谐波为76 dBc。