超低功耗射頻接收機(jī)低噪聲放大器和混頻器的研究與設(shè)計.pdf

1、無線通信技術(shù)已成為當(dāng)前發(fā)展最為迅速和最具活力的技術(shù)領(lǐng)域之一，隨著無線通信產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用到人們生活中的眾多領(lǐng)域，人們對無線通信系統(tǒng)的要求越來越高。便攜化、低成本、低功耗、易集成必將成為無線通信設(shè)備發(fā)展的必然趨勢。低噪聲放大器和混頻器作為射頻接收機(jī)的關(guān)鍵模塊同時也是主要耗能部件，其性能表現(xiàn)對整個接收機(jī)系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，研究和設(shè)計超低功耗、高性能低噪聲放大器和混頻器，對無線通信技術(shù)的推廣和應(yīng)用具有十分重要的意義。
　

2、　本文首先簡要介紹了課題的研究背景及意義，分析了超低功耗低噪聲放大器(Low Noise Amplifier,LNA)與混頻器(Mixer)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對幾種常見的低功耗技術(shù)進(jìn)行了歸納和總結(jié)。在理論分析和仿真優(yōu)化的基礎(chǔ)上，本文提出了新型的低電壓超低功耗低噪聲放大器和低電壓超低功耗下混頻器電路。本文的主要工作和成果如下：
　　（1）提出了一種工作頻率為5.5GHz的高增益、超低電壓、超低功耗低噪聲放大器。該電路通過對傳統(tǒng)折疊

3、型共源共柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并在其基礎(chǔ)上采用電容交叉耦合跨導(dǎo)增強(qiáng)技術(shù)及正向襯底偏置，使得LN A超低功耗狀態(tài)下的射頻性能得到明顯改善，仿真結(jié)果表明，該LNA在0.5V工作電壓下，增益可達(dá)16.5dB，噪聲系數(shù)為1.53dB，輸入輸出反射系數(shù)均小于-15dB，同時功耗僅為0.89mW。
　?。?）提出了一種工作頻帶為4~5GHz的超低功耗UWB LNA。該電路采用二級放大形式，其中第一級采用共柵極輸入以實(shí)現(xiàn)寬頻率范圍內(nèi)的輸入阻抗匹配，并

4、利用電流復(fù)用型的有源式跨導(dǎo)增強(qiáng)反饋技術(shù)提高共柵放大級的增益和噪聲性能。電路的第二級采用共源放大電路，進(jìn)一步提高LNA的增益，同時，電路各MOS管均采用襯底偏置技術(shù)，降低電路的供電電壓。最終，該LNA的工作電壓為0.6V，在工作頻率4~5GHz頻帶內(nèi)，輸入反射系數(shù)小于-12dB，輸出反射系數(shù)小于-16dB，增益介于14.5~15.3dB，噪聲系數(shù)為2.3~2.6dB，功耗僅為0.9mW。
　?。?）提出了一種可工作在5GHz的超低功

5、耗折疊型Gilbert下混頻器。該電路采用折疊型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來降低M ixer工作電壓，并在M ixer的跨導(dǎo)級利用自偏置電阻電流復(fù)用結(jié)構(gòu)，改善了混頻器的轉(zhuǎn)換增益性能，同時通過電流注入技術(shù)減少開關(guān)級偏置電流,實(shí)現(xiàn)對開關(guān)級的優(yōu)化改善了混頻器開關(guān)效率，進(jìn)一步提升了噪聲性能。仿真顯示，本文提出的混頻器在5GHz的頻率下，轉(zhuǎn)換增益可達(dá)17.9dB，IIP3為-1.4dBm，雙邊帶噪聲系數(shù)為9dB。在1V的工作電壓下，電路功耗僅為0.46mW。