3～10GHz超寬帶無線接收系統(tǒng)低噪聲放大器與混頻器的設(shè)計.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對通訊設(shè)備與通信質(zhì)量的要求越來越高，超寬帶(UWB)技術(shù)可以很好的解決多種通信協(xié)議以及多種工作模式相互兼容的問題，且具有成本低、功耗小、傳輸速度快的特點，迅速成為當(dāng)今無線通信技術(shù)的研究熱點。因此，對超寬帶無線接收系統(tǒng)主要模塊的研究具有重要意義。
　　超寬帶射頻前端接收系統(tǒng)主要由低噪聲放大器與混頻器組成。低噪聲放大器(Low-Noise Amplifier)負(fù)責(zé)將從射頻天線接收過來的微弱信號在控制噪聲

2、的前提下進行放大，再傳送給下一級電路混頻器?；祛l器(Mixer)將輸入信號與本振信號進行混頻，使其下變頻到中頻信號，再由后面的濾波器濾除帶外信號?；诠I(yè)應(yīng)用廣泛的0.18μm CMOS工藝，本文主要針對3～10GHz超寬帶無線接收系統(tǒng)中的低噪聲放大器與混頻器這兩個主要模塊進行深入的研究與設(shè)計。
　　本文首先對超寬帶無線接收系統(tǒng)的第一個模塊低噪聲放大器進行設(shè)計。針對兩種不同的應(yīng)用方向:系統(tǒng)模塊高兼容性與設(shè)備低耗便攜性，本文提出了兩

3、個超寬帶低噪聲放大器的設(shè)計。LNA模塊對噪聲性能的要求十分苛刻，本文這兩款應(yīng)用方向不同的UWB LNA的設(shè)計分別基于兩種不同的噪聲消除原理并各自進行了不同的改進，保證了UWB LNA的噪聲性能，也實現(xiàn)了各自的應(yīng)用特點。第一款系統(tǒng)模塊兼容性較強的UWB LNA:基于切比雪夫網(wǎng)絡(luò)修正的噪聲優(yōu)化的UWB LNA，它在3～10GHz的超寬帶范圍內(nèi)具有較好的輸入輸出匹配性能，可以與多種類型的天線、混頻器相匹配，體現(xiàn)了較高的系統(tǒng)模塊兼容性。切比雪夫

4、修正網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計不僅提供較好的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，而且還可以針對天線輸出信號相位滯后或偏離的問題進行適當(dāng)?shù)男拚７抡娼Y(jié)果表明該設(shè)計提供10～15dB的增益，噪聲系數(shù)NF被控制在1.4～2.3以內(nèi);第二款適用于低耗便攜式的通訊設(shè)備的UWB LNA:高增益噪聲消除的超寬帶無電感LNA，該設(shè)計避免電感的使用，最大限度的縮小了芯片面積，也降低了生產(chǎn)成本和電路功耗。并且采用增益提高的噪聲消除技術(shù)，在保證噪聲性能的前提下，實現(xiàn)了放大增益的大幅度提高，并且增

5、益平坦度較為理想。仿真結(jié)果表明最大放大增益可達(dá)20dB，與一般LNA相比提高了近10dB，噪聲系數(shù)NF被控在1.2～2.6以內(nèi)。兩款應(yīng)用不同的UWB LNA的設(shè)計都實現(xiàn)了較好的預(yù)期效果。
　　此外，本文還設(shè)計了超寬帶無線接收系統(tǒng)第二個主要模塊——混頻器。在經(jīng)典有源雙平衡混頻器的基本架構(gòu)上，采用電荷注入的方法提高驅(qū)動級的跨導(dǎo)降低系統(tǒng)功耗，并采用正反饋的線性化技術(shù)，通過四管交叉跨導(dǎo)電路實現(xiàn)虛擬“短路”的現(xiàn)象，將原來的有源器件轉(zhuǎn)換為無源