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近年来,无线通信系统及其相关服务正在全球范围内迅猛发展。现今时代,在无线通信领域中,设计师正密切关注的最新进展热点是如何实现多项功能的集成,即如何把电话通信、视频、个人数码助理、数码相机、网络浏览器等多种功能集中由一部手机完成,并且能够漫游全球,畅通无阻。因此,一个适用于多种标准,并应用于低成本CMOS工艺技术的终端设备将成为迎合市场多元化、全方位要求的解决方案。
设计一个适用于多种通信标准,即多个不同工作频带的无线收发器最重要的是选取何种拓扑结构。直接变频结构因其易于集成而跃升为理论研究和实际应用的热点。在本课题项目中,我们的低噪声放大器将应用于直接变频接收器。
多标准接收器的设计可以分为多个模块,各个模块也必须能够适应于多频带的应用。多频带低噪声放大器是模块设计中的一大难点,在此,我们选择了窄带放大器切换于不同工作频带的实现方式,因为它能够提供优于宽带放大器的频率筛选功能以抑制外界干扰对系统性能产生的影响。通常在设计低噪声放大器时会使用源接电感负反馈的方法来实现放大器的窄带匹配,但是这一方案应用于较低的工作频率时需要在栅极串联一个很大的电感来实现输入阻抗和噪声的同时匹配。这样不仅不易于实现,也很难使该电路切换于不同的工作频带。在此,我们提出了一种新的电路结构,它由一个共栅极作为输入级,与一个共源极相连,在输入处并接一个电感实现噪声匹配,两级之间的电感实现输入阻抗匹配,以及一个输出电感实现输出阻抗匹配。并且在此基础上,通过调节各个电感的值可以使低噪声放大器在不同的工作频带之间进行切换,以适应电路能够应用于多种无线通信标准的要求。
电路使用先进的CMOS 90nm工艺技术,在Cadence Spectre里进行仿真。在1V的电源电压下,该电路总的功耗为10mW左右。对于所有工作频带,电路能够提供16dB以上的功率增益,同时1.7GHz和2.4GHz频带的噪声系数小于1.3dB,900MHz频带则为1.7dB。就电路的线性度而言,1.7GHz和2.4GHz频带均大于-15dBm,900MHz频带的ldB增益压缩点则为-15.4dBm。在电路的进一步改进和将来的工作中可以使900MHz频带的工作性能更好。