【摘 要】
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随着通信系统的发展,频谱资源愈发的紧张,而5G通信系统的出现与发展有效的解决了这一问题。因为5G通信频段主要有Sub 6G与毫米波频段,特别是毫米波频段有着丰富的频谱资源与高通信速率等优点,并且由于近几年硅基工艺的进步,能够满足毫米波电路的设计,所以越来越多的研究与应用都是基于硅基工艺实现毫米波电路。低噪声放大器作为通信系统中接收机的第一个模块,起到了放大微弱信号并且抑制后级模块噪声的作用,所以其
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随着通信系统的发展,频谱资源愈发的紧张,而5G通信系统的出现与发展有效的解决了这一问题。因为5G通信频段主要有Sub 6G与毫米波频段,特别是毫米波频段有着丰富的频谱资源与高通信速率等优点,并且由于近几年硅基工艺的进步,能够满足毫米波电路的设计,所以越来越多的研究与应用都是基于硅基工艺实现毫米波电路。低噪声放大器作为通信系统中接收机的第一个模块,起到了放大微弱信号并且抑制后级模块噪声的作用,所以其性能影响着整个接收机的噪声系数与灵敏度,是接收机中最为关键的部分。因此,对硅基毫米波低噪声放大器进行的研究与设计具有重要的意义。本文在绪论部分对硅基毫米波低噪声放大器的研究背景进行了简要的说明,并对低噪声放大器近年来国内外的发展历程与现状进行了一定的总结与概述。在理论部分主要针对有源器件与无源器件进行了介绍与分析,并在后续章节中对低噪声放大器的主要性能指标、传统结构与创新结构进行了介绍与原理分析。本文介绍的第一款26GHz低噪声放大器基于65-nm CMOS工艺进行设计与流片。该放大器由三级差分放大电路组成,前两级采用改进型的跨导增强结构以获得宽带低噪声系数;输出级采用中和电容结构用于弥补前两级增益的高频损失,达到宽带高增益的目的。最终的测试结果为:3dB带宽为23GHz到31GHz,带内功率增益S21大于20dB,带内S11<-10dB,S22<-6dB,NF<3.3dB,功耗为34m W。本文介绍的第二款5G毫米波低噪声放大器基于65-nm CMOS工艺进行设计与流片。该放大器采用单端结构,前两级采用源极退化电感结构并采用多谐振腔式输入匹配网络,以获得超宽带的低噪声系数;输出级采用折叠式跨导增强型共源共栅结构,通过该结构的高增益来弥补前两级放大器的高频损失,最终实现超宽带的增益曲线。最终的后仿结果为:峰值增益为21.6dB,3dB带宽为16-44.5GHz,1dB带宽为17-42GHz,在1dB带宽内S11<-10dB,S22<-8dB,NF<3.6dB,功耗为30m W。
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