基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺60GHz低噪声放大器的设计
Design of 60GHz Low Noise Amplifier with 0.18μm Si Ge Bi CMOS Technology
目前无线通信基础设施产业正面临频谱资源拥挤的问题,10GHz以下频段应用趋于饱和,57-64GHz连续毫米波频段的开发,给日益拥挤的无线通信提供了巨大的应用空间.随着WiGig与Wi-Fi达成合作,60GHz毫米波应用于下一代WLAN基本上不存在疑问.低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)是无线通讯系统中射频接收机前端的关键电路模块,主要面向移动通信基础设施的基站应用,如无线收发系统、塔顶放大器、组合器等.作为射频接收系统的第一级,LNA的主要作用是把天线处接收到的微弱信号进行线性放大,且希望噪声尽量小.LNA的性能参数直接影响接收系统的性能以及灵敏度,随着器件特征线宽的不断缩小,设计一个噪声小、增益高的LNA具有重要研究意义.在本文60GHz LNA的研究中,基于JAZZ 0.18μm Si Ge BiCMOS工艺,设计了单端与差分两种电路结构,实现了噪声小、增益高的设计要求.在单端结构60GHz LNA设计中,选择共射结构作为输入级以减小噪声,采用增益大,反向隔离度好的Cascode结构作为后续放大电路,提高LNA增益.针对电路信号在传输过程中由于不匹配造成的反射问题,本文引入了发射极负反馈电感和基极串联电感,在不引入额外噪声的情况下,完成输入阻抗匹配.考虑到电阻馈电有源偏置网络的基极电流增量会影响直流偏置的精准性,所以论文在电阻馈电有源偏置电路的基础上,再加一个与基极电流增量互补的偏置电路,形成一个双有源偏置电路,从而补偿了基极电流增量带来的影响,得到一个相对稳定的偏置供管子正常工作.在Cadence软件环境下,对单端结构60GHz LNA进行仿真,仿真结果表明:3.3V的工作电压下,单端结构LNA在60GHz处的噪声系数为6.1dB,增益S21高达21.8dB,S11、S22分别达到-14.5dB、-18dB,输入1dB压缩点P-1dB为-24.7dBm.在差分结构60GHz LNA的设计中,主要对输入匹配进行了优化.由于匹配的基极串联电感较大,会导致版图面积的增大、后仿时寄生效应会严重影响LNA电路的噪声性能.所以在输入阻抗匹配时,在输入主放大共射管的基极和发射极之间并联一个电容.差分结构LNA的仿真结果表明:在60GHz处的噪声系数为5.6dB,增益S21为21.6dB,57-64GHz频段范围内,输入输出反射系数S11、S22均小于-15dB,输入输出匹配良好,输入1dB压缩点P-1dB为-17.5dBm,获得一个线性度较好的LNA.
- 作者：
- 胡凤
- 学位授予单位：
- 重庆邮电大学
- 专业名称：
- 集成电路工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 王巍
- 中图分类号：
- TN722
- 关键词：
- 低噪声放大器；单端；差分；噪声系数；增益
- LNA； single-ended； differential； Noise Figure； gain