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美国联邦通信委员会( FCC )在2002年准许了频率为3.1~10.6GHz的超宽带(Ultra-Wideband, UWB)频谱资源可以用作民用后,许多科研院校和公司对超宽带技术开展了深入的理论研究与产品设计.由于采用超宽带进行通信可以实现较强的抗干扰能力和较高的数据传输速率以及兼容了多种通信协议的优点,因此,对超宽带射频接收系统的研究具有重要的应用价值.
低噪声放大器(LNA)与混频器(Mixer)作为接收机射频前端中的两个关键模块,其指标的好坏会直接影响到整个射频接收机的功能.本文主要针对超宽带射频接收系统前端的低噪声放大器和混频器做了深入的理论分析以及电路的设计.本文主要的研究工作如下:
1.提出了一种自偏置双负反馈的超宽带低噪声放大器.利用源极电感负反馈结合电阻-电容反馈在超宽频带内实现了较好的输入阻抗匹配;采用级间LC双谐振回路实现了在整个工作频段内拥有合适的增益且增益的平坦度良好;利用MOS管形成自偏置直流回路,降低了电路的复杂性,提高放大器整体的稳定性;直流偏置MOS管的应用,抵消了部分主放大管产生的噪声,降低了电路整体的噪声.
2.针对宽带混频器,在传统吉尔伯特结构的基础上,通过在开关对共源点引入去耦网络吸收MOS管的寄生电容,以提高混频器的工作带宽;对混频器的共源级采用注入电荷的手段,增大流过共源级的电流,使得混频器在低功耗条件下具有较高的转换增益和线性度.
3.本文提出的超宽带低噪声放大器和混频器均采用台积电公司的180nm CMOS工艺进行设计.仿真结果显示:在3.1~10.6GHz的频段内,本文提出的低噪声放大器的输入匹配衡量参数S11小于-10.5dB,增益S21为13.1±1dB ,噪声系数NF小于3dB,输出匹配衡量参数S22小于-9dB,输入三阶截点IIP3为-5dBm.混频器的中频信号带宽设置为80MHz,所能提供的变频增益大于10dB,整体的噪声系数NF为13dB,输入1dB 压缩点IP1dB为-2dBm.两个模块的仿真结果均基本满足所设定的设计指标.
低噪声放大器(LNA)与混频器(Mixer)作为接收机射频前端中的两个关键模块,其指标的好坏会直接影响到整个射频接收机的功能.本文主要针对超宽带射频接收系统前端的低噪声放大器和混频器做了深入的理论分析以及电路的设计.本文主要的研究工作如下:
1.提出了一种自偏置双负反馈的超宽带低噪声放大器.利用源极电感负反馈结合电阻-电容反馈在超宽频带内实现了较好的输入阻抗匹配;采用级间LC双谐振回路实现了在整个工作频段内拥有合适的增益且增益的平坦度良好;利用MOS管形成自偏置直流回路,降低了电路的复杂性,提高放大器整体的稳定性;直流偏置MOS管的应用,抵消了部分主放大管产生的噪声,降低了电路整体的噪声.
2.针对宽带混频器,在传统吉尔伯特结构的基础上,通过在开关对共源点引入去耦网络吸收MOS管的寄生电容,以提高混频器的工作带宽;对混频器的共源级采用注入电荷的手段,增大流过共源级的电流,使得混频器在低功耗条件下具有较高的转换增益和线性度.
3.本文提出的超宽带低噪声放大器和混频器均采用台积电公司的180nm CMOS工艺进行设计.仿真结果显示:在3.1~10.6GHz的频段内,本文提出的低噪声放大器的输入匹配衡量参数S11小于-10.5dB,增益S21为13.1±1dB ,噪声系数NF小于3dB,输出匹配衡量参数S22小于-9dB,输入三阶截点IIP3为-5dBm.混频器的中频信号带宽设置为80MHz,所能提供的变频增益大于10dB,整体的噪声系数NF为13dB,输入1dB 压缩点IP1dB为-2dBm.两个模块的仿真结果均基本满足所设定的设计指标.