多频带多模式低噪声放大器的研究与设计

作     者：何敏君 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李斌;彭洋洋

授予年度：2018年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：多频带 低噪声放大器 通路可重构 输入级可重构 

摘      要：随着无线技术发展,多种通信标准涌现,它们对射频收发机的工作频段有不同的规定。而通信标准不断发展更新,即使是同一系列标准对载波频率也会有不同要求。同时,各国对通信系统的频谱资源分配各不相同。为提高无线通信设备的可用性和便利性,市场对于能兼容多标准、多频带射频收发终端的需求日益增大。低噪声放大器(LNA)位于接收机前端,决定系统频率范围及灵敏度。因此,兼顾芯片面积与功耗,应用于移动终端的多频多模低噪声放大器成为了研究热点。本论文基于0.25μm pHEMT工艺,开展多频带多模式低噪声放大器的研究,主要工作和成果如下:提出一种通路可重构的多频带多模式LNA架构,该架构适用于多级放大器,利用级间单刀双掷开关实现信号通路的重构,并采用可重构的输出匹配网络,实现在不同模式不同频带下的低噪声放大。基于该结构,设计一款适用于X/Ku波段的通路可重构低噪声放大器。联合仿真结果显示,所设计的LNA在X-band模式下噪声系数低于2.3dB,Ku-band模式下低于3dB,满足设计要求。提出一种输入级可重构的多频带多模式LNA架构,该架构适用于单级放大器,采用共源-共栅作为放大结构,在两个晶体管之间级联单刀双掷开关,在实现放大器重构的同时控制直流偏置,切断非工作模式频段部分的直流通路。基于该结构,设计了两款输入级可重构的低噪声放大器:(1)放大器适用于无线局域网(WLAN),兼容IEEE802.11a/b/n版本,采用单级放大以及可重构的输出阻抗匹配网络。联合仿真表明LNA在2.4G和5G模式下噪声系数均低于1.1dB;(2)放大器适用于X/Ku波段,采用两级放大以及宽带的输出匹配,仿真结果表明,在X-band模式和Ku-band模式下,LNA的噪声系数分别低于2.2dB与3.1dB。测试结果表明,通路可重构的X/Ku波段LNA增益噪声性能良好,在X-band模式下增益达18dB,噪声系数低于2.8dB,Ku-band模式增益为20dB,噪声系数低于4.4dB。输入级可重构的WLAN LNA S参数实测性能与仿真趋势基本吻合。