毕业设计(论文)-低噪声放大器的版图设计
波段低噪声放大器的能优化设计及版图实现设计(1)
本科毕业设计（论文）P波段低噪声放大器的性能优化设计及版图实现毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
实验四低噪声放大器的设计
〔四〕用ADS软件设计低噪声 放大器
▪ 本节内容是介绍使用ADS软件设计低噪 声放大器的方法：包括原理图绘制，电 路参数的优化、仿真，幅员的仿真等。
▪ 下面开场按顺序详细介绍用ADS软件设 计低噪声放大器的方法。
实验四 低噪声放大器的设计
〔一〕 实验目的
了解低噪声放大器的工作原理及设计方 法。
学习使用ADS软件进展微波有源电路的 设计，优化，仿真。
掌握低噪声放大器的制作及调试方法。
〔二〕 实验内容
了解微波低噪声放大器的工作原理。
使用ADS软件设计一个低噪声放大器， 并对其参数进展优化、仿真。
〔三〕低噪声放大器的技术指标
3.3 SP模型仿真设计
很多时候，在对封装模型进展仿真设计前， 通过预先对sp模型进展仿真，可以获得电 路的大概指标。sp模型的设计，通常被作 为电路设计的初级阶段。
本节首先设计sp_hp_AT41511_2_19950125在2GHz处的输入、输 出匹配。
3.3 SP模型仿真设计—构建原理电路
在本例中，可以适当调整扫描参数，然后仿真， 在结果曲线上选择适宜的直流工作点，获得相 应的直流偏置电压〔或电流〕值。
3.2晶体管S参数扫描
选定晶体管的直流工作点后，可以进展 晶体管的S参数扫描，本节中选用的是 S参数模型sp_hp_AT41511_2_19950125，这一模型对应的 工作点为Vce=2.7V、Ic=5mA
观察sp模型晶体管的参数显示，在此例中，标 定的频率适用范围为0.1~5.1GHz，在仿真的时 候要注意。超出此范围，虽然软件可以根据插
值等方法外推除电路的特性，但是由于模型已 经失效，得到的数据通常是不可置信的。
毕业设计(论文)-基于ads的微波低噪声放大器的仿真设计[管理资料]
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毕业设计（论文）题目基于ADS的微波低噪声放大器的仿真设计所属院(系) 物电学院专业班级电子1201姓名学号：指导老师完成地点物电学院实验室2016年6月5日毕业论文﹙设计﹚任务书院(系) 物电学院专业班级电子信息工程学生姓名一、毕业论文﹙设计﹚题目基于ADS的微波低噪声放大器的仿真设计二、毕业论文﹙设计﹚工作自 2016 年 2 月 20 日起至 2016 年 6 月 20 日止三、毕业论文﹙设计﹚进行地点: 物电学院实验室四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求：(LNA)广泛应用于微波接收系统中,是重要器件之一,主要用来放大低电平信号,由于是自天线下来第一个进行信号处理的器件,LNA决定了整个系统的噪声性能和电压驻波比VSWR,，往往需要对驻波比和噪声性能参数指标进行处理。
那么如何对这两个性能参数进行处理就成为低噪声放大器设计中的一个难点。
这个难点的最好解决方法就是放在放大器输入输出匹配网络的设计中来解决。
本设计是利用微波射频仿真软件ADS对微波低噪声放大器进行仿真设计，掌握微波射频电路的工程设计理论和设计方法，提高专业素质和工程实践能力。
其具体要求如下：1、分析微波低噪声放大器的各项参数；2、查找相关资料并翻译相关的英文资料；3、设计一微波低噪声放大器，根据所选器件,设计相应偏置电路；4、设计输入输出匹配电路，并利用仿真软件ADS对设计进行仿真验证。
进度安排:2月20日─3月1日：查阅资料、完成英文资料翻译并准备开题报告3月2日─4月1日：熟悉软件的使用并提交开题报告4月2日─5月1日：完善开题报告、研究微波低噪声放大器的理论设计方法、并建立偏置电路和匹配电路，进行期中检查。
5月2日─5月30日：利用软件建立微波低噪声放大器模型并进行仿真验证，准备验收。
6月1日─6月10日：撰写毕业设计论文并提交论文6月11日─6月15日：毕业设计答辩。
毕业设计应收集资料及参考文献:[1]低噪声放大器(LNA)[J].通信技术,2016(01)[2][D]电子科技大学，2009.[3][D]广东工业大学，2013.[4]. 2006.[5].[6] 射频功率放大器的研制[D].指导教师系 (教研室)系(教研室)主任签名批准日期接受论文 (设计)任务开始执行日期学生签名基于ADS的微波低噪声放大器的仿真设计学生：（陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业电子1201班级，陕西汉中 723000）指导老师：[摘要]低噪声放大器用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路,低噪声放大器也主要面向移动通信基础设施基站应用。
超短波低噪声放大器的设计
收稿日期:2021-02-07基金项目:陕西省教育厅服务地方产业化专项(15JF 029);陕西省重点研发计划项目(2018ZDXM -GY -010,2017ZDXM -GY -004,2016KTCQ 01-08);西安市集成电路重大专项(201809174CY 3JC 16)通信作者:肖宝玉,研究生,研究方向为射频微波电路㊂E-mail :947756408@qq .com电子元件与材料Electronic Components and Materials第40卷Vol .40第5期No .55月May2021年2021超短波低噪声放大器的设计张㊀博,肖宝玉(西安邮电大学电子工程学院,陕西西安㊀710121)摘㊀要:采用0.5μm GaAs 增强型赝配高电子迁移率晶体管(E -PHEMT )工艺技术设计了一款10~1000MHz 具有低噪声和高线性度的超短波低噪声放大器㊂该放大器利用有源偏置电路和共源共栅结构设计而成,提出的新型有源偏置电路使该低噪声放大器(LNA )能够在复杂的环境中稳定地工作㊂仿真结果表明,在工作频带内,增益高于22dB ,噪声系数低于0.7dB ,输出1dB 压缩点高于26dBm ,输出三阶交调点高于43dBm ㊂关键词:高线性度;有源偏置;共源共栅结构;低噪声放大器;输出三阶交调点中图分类号:TN 722.3文献标识码:ADOI :10.14106/j .cnki .1001-2028.2021.1651引用格式:张博,肖宝玉.超短波低噪声放大器的设计[J ].电子元件与材料,2021,40(5):474-478.Reference format :ZHANG Bo ,XIAO Baoyu.Design of ultrashort wave low noise amplifier [J ].Electronic Components and Materials ,2021,40(5):474-478.Design of ultrashort wave low noise amplifierZHANG Bo ,XIAO Baoyu(School of Electronic Engineering,Xi an University of Posts and Telecommunications,Xi an㊀710121,China)Abstract :A 10-1000MHz ultra -short wave amplifier with low noise and high linearity was designed using 0.5μm GaAs enhanced pseudo high electron mobility transistor (E -PHEMT )technology.The low noise amplifier (LNA )was designed by using active bias circuit and common source and common gate structure.The proposed new active bias circuit can make the LNA work stably in complex environments.In the operating frequency band ,simulation results show that the gain is higher than 22dB ,the noise coefficient is lower than 0.7dB ,the output compression point of 1dB is higher than 26dBm ,and the output inter -modulation point of third -order is higher than 43dBm.Key words :high linearity ;active bias ;common source common grid structure ;low noise amplifier ;output third -order intercept point㊀㊀低噪声放大器(Low Noise Amplifier ,LNA )作为接收模块中第一个有源器件,在接收机中占有重要的作用,其中线性特性和噪声系数直接决定接收机链路的灵敏度和动态范围,因此在低噪声放大器设计中线性特性和噪声系数一直是研究的热点㊂针对提高低噪声放大器线性度和低噪声系数的研究,文献[1]提出采用共源共栅结构和多重反馈网络等技术改进电路结构,使其电路具有低于0.5dB 的噪声系数,输出三阶交调点大于36dBm ,但是增益较差,芯片面积较大,为2mm ˑ2mm ㊂文献[2]提出了通过采用功率合成来提高低噪声放大器输出功率,其输出1dB 压缩点大于20dBm ,输出三阶交调点大于38dBm ,由于在放大器级间和输出部分使用了90ʎ片上集成巴伦,该电路结构比较复杂,芯片面积较大㊂张博,等:超短波低噪声放大器的设计文献[3]提出了导数交叠法来提高低噪声放大器的线性度,其输出三阶交调点也仅为30.6dBm ,且增益和噪声系数较差㊂鉴于LNA 需要具有良好的噪声系数,并能提供足够的增益,以确保整个接收系统具有最小噪声系数;同时当接收信号较大时,应有足够的线性度以减小信号失真[1],本文采用一种新型有源偏置电路以及带有RC 负反馈的共源共栅结构电路,设计了一款工作在10~1000MHz 的超短波低噪声放大器㊂该放大器具有优异的低噪声系数和高线性度㊂电路采用带有RC 负反馈的共源共栅结构,拓展了工作带宽㊂设计的新型有源偏置电路可以有效地提高该低噪声放大器的线性度㊂1㊀电路设计1.1㊀共源共栅(Cascode )电路结构为了获得好的隔离度和高增益,并拓展频宽,文中放大器电路采用带有RC 反馈的共源共栅结构,如图1所示㊂共源共栅结构具有输出阻抗高㊁增益高㊁屏蔽特性等优点[4]㊂图1㊀共源共栅结构电路图Fig .1㊀Circuit diagram of common -sourcecommon -gate structure(1)输出阻抗高R out =r 2+1+g m +g mb ()r 2[]r 1(1)式中:g m 为栅源之间的跨导;g mb 为衬底和源极之间的跨导;r 1为M 1的等效电阻;r 2为M 2的等效电阻㊂又因为g m r 2≫1,所以最终输出阻抗为:R out =g m +g mb ()r 2r 1(2)式(2)表明,串接M 2使得M 1的输出阻抗为原来的(g m +g mb )r 2倍,输出阻抗大大增加,这是共源共栅放大器最大的特点,对提高放大器小信号增益㊁电路源的恒流特性十分有利㊂(2)增益高共源共栅结构还具有增益高㊁隔离度好的优点,相比较于共源或者共栅结构有明显的优势㊂由前面的输出阻抗分析可知,共源共栅结构增益为:A v =-g m1(g m2+g mb2)r 2r 1(3)而共源级增益为:A v =-g m1r 1(4)从式(3)和式(4)可以得出共源共栅结构的增益是共源级结构增益的(g m 2+g mb 2)r 2倍㊂(3)具有屏蔽特性在某种意义上,共源共栅晶体管 屏蔽 输入器件,使它不受输出结点电压变化的影响㊂1.2㊀稳定性分析稳定性是放大器的重要指标,必须保证放大器在工作频段内稳定工作才有实现其他特性的可能㊂稳定性一般分为两类,分别是绝对稳定和条件稳定㊂在放大器设计中,绝对稳定是非常重要的㊂K 值是判断低噪声放大器是否稳定工作的指标,定义为稳定性因子,Γin 为输入端口的反射系数,ΓL 为负载反射系数,Δ为散射矩阵的行列式,判定为绝对稳定需要满足以下关系[3]:K =1-S 112-S 222+Δ22S 21S 12>1(5)Γin =S 11+S 21S 12ΓL1-S 22ΓL<1(6)基于以上分析,为了保证低噪声放大器能够稳定工作,本文通过给源极串联电感的形式,实现其工作频带内能够稳定工作的性能㊂而实际中,由于键合线在封装中必不可少,所以源极电感接地经常用键合线来实现,这样在版图的设计中可以很大程度上减小芯片面积㊂为了尽可能减小电感值,在封装中可使用下连绑定线技术,即将源极焊盘和封装外壳的地用键合线连接,1mm 键合线大约有1nH 感值[5],本设计中㊃574㊃电子元件与材料源极采用0.5mm 键合线与封装外壳的地连接㊂1.3㊀偏置电路放大器的偏置电路一般分为无源偏置和有源偏置㊂无源偏置结构一般采用电阻分压或者电感到栅极的方式㊂这种结构简单易于实现,但是无源器件随着温度的变化不明显,其温度特性较差㊂而有源偏置结构利用晶体管二极管连接电阻特性,为放大器随着温度的变化提供稳定的静态偏置[5]㊂考虑到此款芯片的工作环境等因素,本文选用有源偏置电路来为放大器提供稳定的静态偏置,其偏置电路如图2所示㊂其中M 4和M 3管子栅长尺寸分别为50,25μm ,电阻R 3作为反馈电阻,R 4是栅极分压电阻,电容C 3起到射频交流到地作用,其中C 3和C 4对调节高频线性度具有一定的作用,最终通过M 3给放大器输入端提供合适的偏置㊂图3是本设计电路原理图㊂图2㊀有源偏置电路Fig .2㊀Active biascircuit图3㊀低噪声放大器整体电路图Fig .3㊀Overall circuit diagram of low noise amplifier因为此低噪放频率范围为10~1000MHz ,为了拓展频宽采用两层RC 反馈,其中C 8㊁R 13为片外反馈,C 5㊁R 6是片内反馈㊂R 7㊁R 8作为栅极分压电阻,R 11㊁R 12进行静态电流地调节;L 1㊁L 2为扼流电感,阻断高频信号,同时参与一定的输入输出匹配;C 2㊁C 11为隔直电容,断绝直流信号,同时也对输入输出匹配起到一定的作用;C 9㊁C 10作为旁路电容,滤除射频信号,对电源起到保护作用㊂其中输入输出匹配电路采用片外的分立元件,这样有利于匹配调节以及工作频点调整,很大程度上缩短研发周期和降低成本[7]㊂现已确定该低噪声放大器的偏置网络和偏置电压工作点(8V /238mA ),故对本电路进行优化仿真㊂2㊀电路仿真分析本次设计采用0.5μm GaAs 增强型赝配高电子迁移率晶体管(E -PHEMT ),该晶体管典型的漏极电流I D 为320mA /mm ,跨导是570mS /mm [8]㊂根据原理图,对电路进行了初步仿真㊂在低噪声放大器的仿真中主要包括小信号S 参数仿真㊁噪声系数(NF )以及稳定性仿真;大信号仿真包括输出1dB 压缩点(OP 1dB )㊁输出三阶交调点(OIP 3)㊂在初步仿真结果基础上进一步对各指标优化,最终达到设计要求[9]㊂由于ADS 原理图仿真和电磁仿真(EM )存在差异,且后者更接近实际环境,将EM 仿真完成后生成的symbol 代入到原理图中进行联合仿真[10],设计出低噪声放大器的版图如图4所示,尺寸为1mm ˑ0.9mm ㊂根据放大器器件工作的温度,仿真温度分别设置为低温-55ħ,常温25ħ,高温125ħ,其中三种不同温度下的静态电流分别为238,238,218mA ,并且满足在全频带K 均大于1的稳定性要求㊂图5~8和图9分别为该低噪声放大器的小信号仿真和大信号仿真结果㊂图4㊀低噪声放大器的版图设计Fig .4㊀Layout design of low noise amplifier图5分别是输入输出回波损耗在不同温度下随着㊃674㊃张博,等:超短波低噪声放大器的设计频率变化曲线,本设计在输入输出端均采用不同的匹配方式使其有良好的匹配,因此三种温度下的仿真值都在-10dB 以下㊂图5㊀放大器不同温度的输入输出回波损耗Fig .5㊀Input /output return loss of the amplifierat different temperatures图6是放大器在不同温度下的反向隔离度随频率变化曲线㊂由于共源共栅结构的隔离度好,使得本电路的隔离度都在-25dB 以下㊂图6㊀放大器不同温度的反向隔离度Fig .6㊀Reverse isolation of the amplifier at different temperatures图7是放大器在不同温度下的增益随着频率变化曲线㊂在常温1000MHz 处的增益为22.8dB ㊂在频带内,增益随温度的变化,波动范围小于0.8dB㊂图7㊀放大器不同温度的增益Fig .7㊀The gain of the amplifier at different temperatures图8是放大器的噪声系数在不同温度下随频率变化曲线㊂在整个频带内噪声系数均小于0.8dB ,且在常温1000MHz 处噪声系数仅为0.7dB㊂图8㊀放大器不同温度的噪声系数Fig .8㊀Noise factor of the amplifier at different temperatures图9分别是该放大器输出1dB 压缩点和输出三阶交调点在不同温度下随频率变化曲线㊂在常温1000MHz 处,OP 1dB 为28.3dBm ,OIP 3为43.8dBm ㊂根据以上仿真数据表明本文提出的新型有源偏置电路可以使低噪声放大器在不同的温度环境下正常工作,且表现出优异的性能㊂表1给出了本文提出的超短波低噪声放大器与具有类似特性的低噪声放大器的主要指标对比㊂从表1可以看出,本文设计的低噪声放大器具有更低的噪声,并且三阶交调点远高于其他文献,优异的性能使其可以更好地工作在超短波通信系统中㊂㊃774㊃电子元件与材料图9㊀放大器不同温度的输出1dB压缩点和三阶交调点Fig.9㊀Output1dB compression point and output third orderinterchange point of the amplifier at different temperatures表1㊀放大器的性能对比Tab.1㊀Performance comparison of amplifiers文献频率(GHz)NF(dB)增益(dB)OIP3(dBm)OP1dB(dBm)[2] 1.6~2.21263620[10]1~2 1.614.530.6[11]1~3 2.3923.736.9本文0.01~10.722.843.828.3 3 结论本文基于0.5μm E-PHEMT工艺设计了一款超短波低噪声放大器,该放大器的主结构采用共源共栅电路结构,以确保其具有高增益㊁隔离度高的性能,并且利用特殊的有源偏置电路来设计出一款在高低温中具有高线性度的低噪声放大器㊂设计仿真结果为:在10~1000MHz频率范围内,增益高于22dB,噪声系数低于0.7dB,输出1dB压缩点高于26dBm,输出三阶交调点高于43dBm㊂同现有的同类研究相比表明,该低噪声放大器具有低噪声㊁高增益㊁高线性度等特点,使得接收机链路具有很好的灵敏度和动态范围㊂参考文献:[1]张胜标,张志浩,章国豪.用于S波段的高线性低噪声放大器[J].电子器件,2016,30(1):57-61.[2]杨杰.高动态高线性单片低噪声放大器研究[D].成都:电子科技大学,2020.[3]崔伟,刘自成,陈志铭.一种L频段高线性度低噪声放大器的设计[J].微电子学,2016,46(2):174-177.[4]Pozar D M.微波工程:第3版[M].张肇仪,周乐柱,吴德明,等译.北京:电子工业出版社,2015.[5]吴健,郑远,艾宣,等.0.5dB噪声系数高线性有源偏置低噪声放大器[J].固体电子学研究与进展,2014,34(3):211-215. [6]童华清,许石义,黄剑华,等.带有源偏置的系统级封装低噪声放大器模块[J].浙江大学学报(工学版),2017,51(4):834-840.[7]汪宁欢,郑远,何旭,等.一款0.6~4.2GHz宽带低噪声放大器设计[J].固体电子学研究与进展,2019,39(1):17-22. [8]Liu H J,Zhang Z F.An ultra-low power CMOS LNA for WPANapplications[J].IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2017,27(2):174-176.[9]Yu Y H,Yang Y S,Chen Y J E.A compact wideband CMOS lownoise amplifier with gain flatness enhancement[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,2010,45(3):502-509.[10]崔伟,刘自成,陈志铭.一种L频段高线性度低噪声放大器的设计[J].微电子学,2016,46(2):174-177.[11]王华树,肖知明,马伟,等.基于GaN HEMT宽带低噪声放大器设计[J].电子技术应用,2020,46(7):60-64. [12]Deal W R,Biedenbender M,Liu P H,et al.Design and analysis ofbroadband dual-gate balanced low-noise amplifiers[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,2007,42(10):2107-2115.㊃874㊃。
毕业论文答辩微波低噪声放大器
二、设计原 理
本设计利用ADS仿真软件，并使用了高电子迁移率晶体 管(HEMT)作为放大电路的核心，它有着微波晶体管中最 低的噪声系数。低噪声放大器的设计核心是对输入匹配 网络进行“最佳噪声匹配”，即从最小噪声系数的角度 出发来设计输入匹配网络。同时，通过添加各种射频扼 流电路和负反馈来提高稳定性，并对输出匹配网络进行 最大增益设计，以满足系统各项参数的要求。
三、设计步骤
A
C
稳定性设计
偏置电路设 计
输入匹配网 络的设计
B
输出匹配网 络的设计
D
第一步：偏 置电路设计
先扫描出晶体管的 直流静态工作点， 然后利用 DA_FETBias控件 设计出偏置电路：
第二步：稳定 性设计ห้องสมุดไป่ตู้
添加了负反 馈和扼流
电路：
仿真结果：
1
2
第三步：输 入匹配网络 设计（最佳 噪声匹配）
最终仿真结 果
测量仪器： GSP830频谱仪
测量
测量
未放大时的频 谱
放大后的频谱
功率增益：（50.9）-（50.0）= 8.1dB
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谢谢各位老 师！
结束
汇报人姓名
利用Smith圆图工具 设计出的匹配网络， 实现了输入端向最小 噪声反射系数的匹配
加入匹配网络后的仿真 结果：
第四步：输 出匹配网络 设计（最大 增益匹配）
同样利用Smith 圆图工具设计出 匹配网络，实现 了晶体管输出阻 抗与输出端口的
共轭匹配。
最终实现的电路图
四：设计结 果（1）
设计结果 （2）
名：辛振宇 号：20072410135 业：电子信息工程 导教师：周晓平
低噪声前置放大器的设计毕业设计
毕业论文（设计）题目名称：低噪声前置放大器的设计题目类型：毕业设计目录毕业设计(论文)任务书 (Ⅰ)毕业设计（论文）开题报告 (Ⅲ)毕业论文(设计)指导教师评审意见 (Ⅷ)毕业论文(设计)评阅教师评语 (Ⅸ)毕业论文（设计）答辩记录及成绩评定 (Ⅹ)中文摘要 (Ⅺ)英文摘要 (Ⅻ)1前言 (1)1.1 课题意义 (1)1.2 低噪声前置放大器的发展现状及趋势 (2)2 低噪声前置放大器的设计 (3)2.1差分电路，场效应管和三极管简介 (6)2.2第一级放大电路的设计 (7)2.3第二级放大电路设计 (10)3 仿真结果及分析 (15)3.1第一级放大电路仿真结果及分析 (15)3.2第二级放大电路仿真结果及分析 (16)4结束语 (16)参考文献 (17)致谢 (19)长江大学毕业论文(设计)任务书学院（系）物理学院专业应用物理学班级10602 学生姓名徐伟指导教师/职称李林/副教授1.毕业论文(设计)题目：低噪声前置放大器的设计2.毕业论文(设计)起止时间：2010 年1月5日～2010 年6月15 日3．毕业论文(设计)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）[1]Henry W.Ott著.电子系统中噪声的抑制与衰减技术[M].第2版.王培清，李迪译.北京:电子工业出版社.[2]张达.增益从1 到1000 倍可变的高精度低噪声放大器[J].电子报,2004-06 (A08).[3]郭玉,鲁永康,陈波.分立元件设计的低噪声前置放大器实用电路[J].电子器件,2005-12,28(4).[4]樊锡德.具有强抗干扰和低噪声的前置放大器[J].仪器仪表.1997,(5):8-10.[5]江月松.光电技术与实验[M].北京:北京理工大学出版社,2000:289-290.[6]Robert F.Pierret.半导体器件基础[M].北京:电子工业出版社,2004,第一版.[7]W.O.Henry.电子系统噪声抑制技术[M].北京:人民铁道出版社,1997.[8]李永平,董欣主编,蒋宏宇编著.PSpice 电路设计实用教程[M].北京:国防工业出版社,2004,第一版:3-5.[9]康光华.电子技术基础模拟部分[M].北京:高等教育出版社,2006,第五版.[10]Behzad Razavi.模拟CMOS 集成电路设计[M].西安:西安交通大学出版社,2003.[11]A.D.埃文斯.场效应晶体管电路设计[M].北京:人民邮电出版社,1988,第一版.[12]汪建民.PSpice 电路设计与应用[M].北京:国防工业出版社,2007,第一版.4．毕业论文(设计)应完成的主要内容查阅文献15篇以上，了解低噪声放大电路的发展动态。
基于ADS的低噪声放大器设计与仿真论文
齐齐哈尔大学综合实践（论文）题目基于ADS的低噪声放大器设计与仿真学院通信与电子工程学院专业班级 xxxxxxxx 学生姓名 xxxxxxx 学生学号 xxxxxxxxxxx 指导教师 xxxxx摘要：低噪声放大器，实质上就是噪声系数很低的放大器。
一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。
噪声放大器主要面向移动通信基础设施基站应用，例如收发器无线通信卡、塔顶放大器、组合器、中继器以及远端/数字无线宽带头端设备等应用设计。
本次课程设计的主要目的是熟练运用先进设计系统（ADS）仿真软件设计一个基于BJT的低噪声放大器，其仿真结果能够实现放大微弱信号，从而降低噪声干扰。
在接收机或各种特定的无线通信系统中，能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数，而决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的低噪声放大器。
因此，低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。
关键词：低噪声放大器先进设计系统双极结型晶体管噪声系数接收机目录摘要 (I)第一章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 低噪声放大器的应用 (1)1.3 本文课程设计实验目的及意义 (1)1.3.1 实验设计目的 (1)1.3.2 实验设计意义 (1)第二章低噪声放大器基础 (2)2.1 低噪声放大器的功能和指标 (2)2.2 软件设计仿真时注意事项 (2)第三章低噪声放大器的设计与仿真 (3)3.1 晶体管直流工作点的扫描 (3)3.1.1 建立工程 (3)3.1.2 晶体管工作点扫描 (3)3.2 晶体管的S参数扫描 (5)3.3 SP模型的仿真设计 (8)3.3.1 构建原理图 (8)3.3.2 SP模型仿真 (9)3.3.3 输入匹配设计 (10)3.4 综合指标的实现 (15)3.4.1 放大器稳定性分析 (15)3.4.2 噪声系数分析 (16)3.4.3 输入驻波比与输出驻波比 (16)第四章封装模型仿真设计 (18)4.1 直流偏置网络设计 (18)4.1.1 偏置网络计算 (18)4.1.2 偏置网络仿真 (19)4.2 封装模型的仿真 (20)4.2.1 重新建立原理图 (20)4.2.2 参数仿真 (20)结论 (22)参考文献 (23)致谢 (24)第一章绪论1.1 概述低噪声放大器，噪声系数很低的放大器。
(完整版)24G射频低噪声放大器毕业设计论文
摘要近年来，以电池作为电源的电子产品得到广泛使用，迫切要求采用低电压的模拟电路来降低功耗，所以低电压、低功耗模拟电路设计技术正成为研究的热点。
本文主要讨论电感负反馈cascode-CMOS-LNA（共源共栅低噪声放大器）的噪声优化技术，同时也分析了噪声和输入同时匹配的SNIM技术。
以噪声参数方程为基础，列出了简单易懂的设计原理。
为了实现低电压、低噪声、高线性度的设计指标，在本文中使用了三种设计技术。
第一，本文以大量的篇幅推导出了一个理想化的噪声结论，并使用Matlab分析了基于功耗限制的噪声系数，取得最优化的晶体管尺寸。
第二，为了实现低电压设计，引用了一个折叠式的共源共栅结构低噪声放大器。
第三，通过线性度的理论分析并结合实验仿真的方法，得出了设计一个高线性度的最后方案。
另外，为了改善射频集成电路的器件参数选择的灵活性，在第四章中使用了一种差分结构。
所设计的电路用CHARTER公司0.25μm CMOS 工艺技术实现，并使用Cadence的spectre RF 工具进行仿真分析。
本文使用的差分电路结构只进行了电路级的仿真，而折叠式的共源共栅电路进行了电路级的仿真、版图设计、版图参数提取、电路版图一致性检查和后模拟，完成了整个低噪声放大器的设计流程。
折叠式低噪声放大器的仿真结果为：噪声系数NF为1.30dB，反射参数S11、S12、S22分别为-21.73dB、-30.62dB、-23.45dB，正向增益S21为14.27dB，1dB压缩点为-12.8dBm，三阶交调点IIP3 为0.58dBm。
整个电路工作在1V电源下，消耗的电流为8.19mA，总的功耗为8.19mW。
所有仿真的技术指标达到设计要求。
关键字：低噪声放大器；噪声系数；低电压、低功耗；共源共栅；噪声匹配ABSTRACTIn recent years, electronics with battery supply are widely used, which cries for adopting low voltage analog circuits to reduce power consumption, so low voltage, low power analog circuit design techniques are becoming research techniques for inductively degenerated cascode CMOS low-noise amplifiers (LNAs) with on-chip inductors. And it reviews and analyzes simultaneous noise and input matching techniques (SNIM). Based on the noise parameter equations, this paper provides clear understanding of the design principle. In order to achieve low-voltage, low noise, specifications, in this paper by three design technology. Firstly, using Matlab tool analyzes noise figure based on power-constrained, and obtain the optimum transistor size. Secondly, design a folded-cascode-type LNA to reduce the power supper. Third, through theoretical analysis of Linear and combine simulation methods, I obtain a final design of a the other side, in order to improve the radio frequency integrated circuit device parameters of flexibility, this paper presents a difference in the structure in the fourth chapter. The proposed circuit design is realized using csm25RF 0.25μm CMOS technology, simulated with Cadence specter RF.Based on csm25RF 0.25μm CMOS technology, the resulting differential LNA achieves 1.32dB noise figure, -20.65dB S11, -24dB S22, -30.27 S12, 14 dB S21. The LNA's 1-dB compression point is -13.3dBm, and IIP3 is -0.79dBm, with the core circuit consuming 8.1mA from a 1V power supply.Key words：low-noise amplifier (LNA)；noise figure；low voltage low power；cascode；noise matching目录第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2研究现状及存在的问题 (2)1.3本论文主要工作 (3)1.4论文内容安排 (3)第二章射频电路噪声理论和线性度分析 (4)2.1噪声理论 (4)2.1.1 噪声的表示方法 (4)2.1.2 本文研究的器件噪声类型 (5)2.1.2.1 热噪声 (5)2.1.2.2 MOS噪声模型 (6)2.1.3 两端口网络噪声理论 (7)2.1.4 多级及联网络噪声系数计算 (9)2.2MOSFET两端口网络噪声参数的理论分析 (10)2.3降低噪声系数的一般措施 (13)2.4MOS LNA线性度分析 (14)2.4.1 1dB压缩点 (14)2.4.2 三阶输入交调点IIP3 (16)2.4.3 多级及联网络线性度表示方法（起最重要作用的线性级） (17)2.5小结 (18)第三章 CMOS低噪声放大器的设计理论推导 (20)3.1LNA设计指标 (20)3.1.1 噪声系数 (20)3.1.2 增益 (20)3.1.3 线性度 (20)3.1.4 输入输出匹配 (21)3.1.5 输入输出隔离 (21)3.1.6 电路功耗 (21)3.1.7 稳定性 (21)3.2CMOS LNA拓扑结构分析 (21)3.2.1 基本结构及比较 (21)3.2.2 源极去耦与噪声、输入同时匹配(SNIM)的设计 (22)3.2.3 共源共栅电路结构（cascode） (27)3.2.4 功率限制的单端分析—获得最佳化的宽长比 (29)3.3其它改进型电路比较 (31)3.4偏置电路的设计 (33)3.5 CASCODE设计结论 (34)第四章 2.4GHZ LNA电路设计 (35)4.1工艺库的元器件 (35)4.2差分CASCODE电路 (35)4.2.1 差分电路的设计 (35)4.2.2 差分电路的电路极仿真 (37)4.3单端CASCODE电路 (39)4.3.1 单端电路的设计 (39)4.3.2 单端电路的电路级仿真 (42)4.3.3 单端电路的版图设计、提取及后模拟 (45)4.4电路级仿真和后模拟仿真总结 (48)4.5与其它电路的比较 (49)结束语 (50)致谢 (51)参考文献 (52)附录A 二端口网络的噪声理论补充 (53)附录B S参数与反射系数 (55)B.1双端口网络S参数 (55)B.2反射系数与S参数的关系 (56)B.3其它参数与S参数的关系 (57)附录C 电感源极负反馈共源电路噪声推导 (58)附录D MATLAB程序 (62)第一章绪论1.1 课题背景在最近的十多年来，迅猛发展的射频无线通信技术被广泛地应用于当今社会的各个领域中，如：高速语音来，第3代移动通信(3G)、高速无线互联网、Bluetooth以及利用MPEG标准实现无线视频图像传输的卫星电视服务等技术是日新月异，无线通讯技术得到了飞速发展，预计到2010年，无线通信用户将达到10亿人[1]，并超过有线通信用户。
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目录摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (3)§1．1 微波集成电路的发展历史和发展背景 (3)§1．2 微波单片集成电路的发展概况 (3)§1．3 低噪声放大器的研究意义和发展现状 (4)第二章集成电路版图设计方法与技巧 (6)§2.1 引言 (6)§2.2 集成电路版图设计 (6)§2.2.1 软件介绍 (6)§2.2.2 版图设计过程 (7)§2.2.3 布局时注意事项 (8)§2.2.4 版图设计方法 (8)§2.2.5 版图设计规则 (8)第三章低噪声放大器版图设计 (10)§3.1 CMOS工艺中的原器件 (11)§3.1.1 CMOS工艺中的电阻 (11)§3.1.2 CMOS工艺中的电容 (11)§3.1.3 CMOS工艺中的电感 (12)§3.2 版图设计中的布局 (13)§3.2.1 版图布局 (13)§3.2.2 线宽分配 (13)§3.2.3 噪声处理 (13)§3.2.4 对称性设计 (14)§3.3 版图设计中的匹配 (15)§3.4 电路结构 (20)§3.5 版图的设计 (21)总结 (28)致谢 (29)参考文献 (30)摘要集成电路版图设计是一个非常新的领域，虽然掩膜设计已经有30多年的历史，但直到最近才成为一种职业。
集成电路版图设计是把设计思想转化为设计图纸的过程，包括数字电路和模拟电路设计。
本文针对模拟电路，论述了版图设计过程，验证方法，以及如何通过合理的布局规划，设计出高性能、低功耗、低成本、能实际可靠工作的芯片版图。
低噪声放大器在任何射频接收系统中都位于系统的前端，其对射频接收系统的接收灵敏度和噪声性能起着决定作用，高性能低噪声放大器的设计与研制的关键是研制具有低噪声高增益的有源元件。
关键词：集成电路、版图、低噪声放大器AbstractIntegrated circuit layout design is a very new field, although mask design has 30 years of history, but until recently become a professional. Integrated circuit layout design is the design ideas into the process of design drawing, including digital circuit and analog circuit design. Based on analog circuits, discusses the layout design process, the method and how to reasonable layout, through the design of high performance, low power consumption,lowcost,practicalandreliableworkchiplayout.Low noise amplifier in any rf receive system located in front of the system, the system of rf receive rx sensitivity and the noise performance of a high low noise amplifier, the design and development of the key is developed with low noise high gain active components.Keywords: integrated circuits, layout, low noise amplifier第一章绪论§1．1 微波集成电路的发展历史和发展背景集成电路从60年代开始，经历了小规模集成，中规模集成，大规模集成，到目前的超大规模集成。
集成电路集的出现与飞速发展彻底改变了人类文明和人们日常生活的面目。
微波集成电路(Microwave Integrated Circuit，MIC)最早出现在60年代初期，在此之前，微波电路与设备都是由波导，同轴线和真空电子器件组成。
在60年代，微波领域有两个较大的技术变革，一是研制了许多微波固体有源器件；二是微波平面传输线的深入研究与实用化。
微波固体有源器件包括肖特基势垒混频二极管，开关用的PIN管，用于倍频及参量放大的变容管，负担振荡用的耿氏二极管，雪崩二极管，三极管类包括双极型平面三极管和场效应管；平面传输线主要是微带线，同时配合使用槽线与平面线。
微波半导体器件和平面传输线构成的微波集成电路以其小型化、重量轻、耗能少而受到重视，获得了迅速发展。
微波集成电路的含义是相对于立体的波导与同轴结构的微波电路而言，它不同于低频集成电路与脉冲数字集成电路。
低频集成电路是把有源、无源器件和连线都傲在半导体芯片上，而微波集成电路传输线电路采用分布参数的平面传输线(主要是微带线)，微波半导体器件仍是单独封装之后再焊接到电路中。
因此，更确切的名称是微波混合集成电路，通常称为微波集成电路。
70年代，随着微波半导体器件性能提高、成本降低，MIC开始进入成熟阶段。
各种类型的混频器、检波器、振荡器、放大器、开关、限幅器等已占锯了微波通信、雷达、电子战武器系统的主导地位。
尤其是GaAs场效应器件具有优良特性和许多用途，从而促进了MIC的全面发展。
§1．2 微波单片集成电路的发展概况70年代中，随着微波半导体器件的成熟，工艺加工技术的改进，以及GaAs材料设备的完善，器件成品率提高，使单片微波电路的研究已具备现实的条件。
微波单片集成电路(Microwave Monolithic Integrated Circuit，MMIC)是把无源电路、无源组件、有源半导体器件都制作在同一个半导体芯片上。
GaAs的电予迁移率比硅高数倍，而半绝缘单晶体的电阻率又比硅高几个数量级，它不仅是微波器件的理想材料，也可以做为微波平面传输线的介质基片，因而GaAs几乎成为MMIC的唯一材料。
MMIC已迅速成为微波技术领域的重点研究与发展方向。
§1．3 低噪声放大器的研究意义和发展现状构成移动通讯终端整个射频系统最主要的组件包括接收器、发射器、频率合成器等三部分。
其中，接收器主要的电路组件包含低噪声放大器、带通滤波器、混频器与解调器。
低噪声放大器在任何微波接收系统中都处于前端位置，由于微波系统的噪声系数基本上都取决于前级放大器的噪声系数，因此，低噪声放大器决定了整机接牧灵敏度和噪声性能。
目前，低噪声放大器的产品种类繁多，为了不同系统的设计要求有不同的产品，尤其对于微波毫米波频段．si基的有源器件已经不能满足系统对于噪声系数的要求，随着外廷层生长技术和微细加工技术发展，GaAs基器件已逐渐成为高频段低噪声放大器的首选有源器件。
下面对与Si基及GaAs基器件作一个简单的比较与说明。
l、si基材料器件si基材料器件的优点在于工艺成熟、材料成本低、集成度高。
但是si基材料的电子迁移率Lt；Gahs基低，同时Si基寄生电阻与寄生电容比GaAs基大，因此Si基材料器件的特征频率较GaAs基MESFET、HEMT{氐，因而si基MOsFET或si基BJT器-件的噪声系数较高，且不适用制作高频电路；而且体si基衬底较低的电阻率使得制作可集成的无源元件(例如高Q值的电感)很困难，这就限制了si基材料在高频电路中的应用。
2、GaAs基材料器件GaAs基材料的电子迁移率比Si的高约7倍，且饱和漂移速度快，所以GaAs基比Si基具有更好的高频特性，并具有电路损耗小、噪声低、频带宽、功率大和附加效率高等特点。
而且GaAs是直接带隙半导体材料，禁带宽度大，在其上研制的器件抗电磁辐射能力强，工作温度范围宽，更适合在恶劣的环境下工作。
GaAs基MESFET以其噪声低、频带宽等特点在微波领域中得到了广泛的应用，在移动通信低电压电路设计方面取得很大的进展：而且通过材料结构的改善，在高温环境下可以稳定工作。
HEMT不仅具有比MEsFET更低的噪声，而且具有优异的功率性能。
目前利用HEMTf制作的低噪声放大器和功率放大器已经广泛应用于卫星接收系统、电子雷达系统和光纤通信系统。
HBT具有高截止频率，高最大振荡频率，良好的线性度和高增益，异质结双极晶体管在微波波段是非常有用的器件。
然而。
HBT的高频噪声比高电子迁移率晶体管HEMT要差，这是因为在HEM限中噪声源之间的相关系数抵消了各个噪声源对总噪声的贡献。
但是HBT的噪声性能足以满足一些对于噪声要求不高的系统。
3、lnP基材料器件InP基器件以往均应用于军事上。
随着光纤通信跨入40Gb／s以上，InP基器件和电路开始成为各大公司竟相研究的对象。
主要原因在于InP材料基片上可生长出迁移率比GaAs和GeSi等材料更高的InGaAs女'b延层，其制作的器件频率更高，噪声更低；此外，lnP材料热导率高，更适合于制作高频大功率器件和电路；这些特点使它不仅可以在军用毫米波通信和40Gb／s以上光纤通信的应用中领先。
而且在民用第三代移动通信中也有参与竞争的性能优势。
但它的最大弱点是单晶材料的价格太贵。
LNA向超低噪声、低功耗、低电压、单电源、高增益、高可靠性、高线性度、单片集成等方向发展。
这与当前移动通信终端设备小型化、高性能、低成本的要求一致。
提高该电路的水平对提高通信质量起着重要的作用。
频率越高，信号越弱，对低噪声放大器的要求越高。
第二章集成电路版图设计方法与技巧§2.1 引言集成电路设计是指根据电路功能和性能的要求．在正确选择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方案和设计规则的情况下．尽量减小芯片面积，降低设计成本．缩短设计周期，以保证全局优化，设计出满足要求的集成电路。
集成电路版图设计是集成电路设计的后端工作．所以通常将lC LAYOUT工程师称之为后端工程师．集成电路从60年代开始，经历了小规模集成，中规模集成，大规模集成，到目前的超大规模集成。
单个芯片上已经可以制作含几百万个晶体管的一个完整的数字系统或数模混合的电子系统。
在整个设计过程中，版图(1ayout)设计或者称作物理设计(physical design)是其中重要的一环。
他是把每个原件的电路表示转换成集合表示，同时，元件间连接的线网也被转换成几何连线图形。