SiGe HFIC宽带低噪声放大器的研究

论文摘要

低噪声放大器（LNA）广泛应用于通讯、电子对抗等系统的接收装置的前端,其性能的好坏对整个接收装置有重要的影响。对微波高频宽带低噪声放大器的要求是:低功耗、低成本、宽带、高线性度和低噪声。论文应用多种技术和方法设计了一个MMIC微波单片集成的宽带低噪声放大器。这些技术和方法包括:1、为解决低噪声及低成本的问题,设计中采用SiGe异质结器件来取代通用的Si器件,同时也放弃使用GaAs器件。这是由于SiGe器件不仅具有类似GaAs器件的高性能,而且具有Si器件的低成本。在工艺上,SiGe器件可以采用BiCMOS技术,很好地实现了与CMOS技术的兼容。2、采用电路可关断技术,导通状态时器件处于工作状态;非导通状态时器件处于截止状态。采用器件旁路小电流工作电路,实现对低噪声放大器主要工作晶体管的控制,使该晶体管按需要分别处于工作或关断状态,保证了放大器的极低功耗。3、使用反馈技术,不仅可以获得平坦的增益和降低输入输出的驻波比VSWR,而且也可以使用较少的元器件。也可以用平衡技术来设计宽带放大器,但使用的元件较多,成本较高,所以在设计中没有采用平衡技术。4、利用寄生参数来设计电路。由于电路的封装存在寄生电感,其不仅会影响电路的特性,而且可能造成电路设计工作的失败,所以根据电路所需电感及其值的大小,将之有效的设计在放大器电路中。5、采用内匹配网络技术,设置输入输出匹配网络,以保持增益和传输特性的平坦性,提高输出功率和效率,降低反射系数,减少损耗。论文提出了具有开关功能的低功耗SiGe双极器件的新型放大器和利用寄生电感来设计电路的新思路,同时在工艺上采用SiGe HIT-KIT 0.35μm BiCMOS工艺来制作平面电感和有源器件,成功完成了0.5-6GHz微波宽带低噪声放大器的前期仿真和设计工作。以论文的结果为基础,可望在后续工作中完成该低噪声放大器的实用化,最终实现市场推广价值。

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 低噪声放大器的应用
• 1.2 当前国内外的研究现状
• 1.3 论文主要难点及工作
• 1.4 论文的内容安排
• 第二章 低噪声放大器的基本原理
• 2.1 微波放大器的噪声理论
• 2.2 史密斯圆图
• 2.2.1 网络匹配阻抗圆
• 2.2.2 网络匹配导纳圆
• 2.3 低噪声放大器的功率增益分析
• 2.3.1 转换功率增益
• 2.3.2 工作功率增益
• 2.3.3 可用功率增益
• 2.4 小结
• 第三章 SIGE 器件分析与设计
• 3.1 SIGE 异质结双极晶体管
• 3.2 SIGE 器件的特点
• 3.2.1 SiGe HBT 的直流参数分析
• 3.2.2 SiGe HBT 的频率
• 3.2.3 SiGe HBT 的噪声特性
• 3.2.4 SiGe HBT 噪声计算
• 3.3 SIGE HBT 的电路模型分析
• 3.4 SIGE 器件设计
• 3.4.1 晶体管图形结构设计
• 3.4.2 横向参数设计
• 3.5 小结
• 第四章 低噪声放大器的方案选择及分析
• 4.1 差分放大器的设计分析
• 4.1.1 差分放大器的特点
• 4.1.2 电路设计分析
• 4.1.3 单端与差分低噪声放大器功能比较
• 4.2 平衡式的低噪声放大器的分析
• 4.2.1 平衡放大器的结构
• 4.2.2 定向耦合器
• 4.2.3 平衡放大器匹配、噪声和增益性能分析
• 4.3 反馈放大器的分析
• 4.3.1 负反馈可以扩展放大器的带宽
• 4.3.2 负反馈可以减小非线性失真
• 4.3.3 负反馈可以改变放大器的输入输出阻抗
• 4.4 小结
• 第五章 SIGE 低噪声放大器的设计与仿真
• 5.1 SIGE 低噪声放大器的分析设计
• 5.1.1 常用CE/CB/Cascode 电路架构
• 5.1.2 共射、共基和Cascode 性能特点
• 5.1.3 SiGe 低噪声放大器电路结构
• 5.2 NEC5761 器件的选择
• 5.2.1 直流特性
• 5.2.2 噪声特性
• 5.2.3 增益特点
• 5.2.4 稳定性分析
• 5.3 SIGE 低噪声放大器电路实现
• 5.3.1 电路设计
• 5.3.2 电路的结构
• 5.3.3 电路的性能仿真优化
• 5.4 小结
• 第六章 SIGE 低噪声放大器工艺实现与版图设计
• 6.1 无源器件
• 6.1.1 电阻器件
• 6.1.2 电容器件
• 6.1.3 电感器件
• 6.2 有源器件制作特点及工艺流程
• 6.3 SIGE 低噪声放大器的版图设计
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻硕期间取得的成果