射频低噪声放大器设计

射频低噪声放大器电路设计详解射频LNA 设计要求：低噪声放大器（LNA）作为射频信号传输链路的第一级，它的噪声系数特性决定了整个射频电路前端的噪声性能，因此作为高性能射频接收电路的第一级LNA 的设计必须满足：（1）较高的线性度以抑制干扰和防止灵敏度下降;（2）足够高的增益，使其可以抑制后续级模块的噪声;（3）与输入输出阻抗的匹配，通常为50Ω;（4）尽可能低的功耗，这是无线通信设备的发展趋势所要求的。

InducTIve-degenerate cascode 结构是射频LNA 设计中使用比较多的结构之一，因为这种结构能够增加LNA 的增益，降低噪声系数，同时增加输入级和输出级之间的隔离度，提高稳定性。

InducTIve-degenerate cascode 结构在输入级MOS 管的栅极和源极分别引入两个电感Lg 和Ls，通过选择适当的电感值，使得输入回路在电路的工作频率附近产生谐振，从而抵消掉输入阻抗的虚部。

由分析可知应用InducTIve-degenerate cascode 结构输入阻抗得到一个50Ω的实部，但是这个实部并不是真正的电阻，因而不会产生噪声，所以很适合作为射频LNA 的输入极。

高稳定度的LNAcascode 结构在射频LNA 设计中得到广泛应用，但是当工作频率较高时由于不能忽略MOS 管的寄生电容Cgd，因而使得整个电路的稳定特性变差。

对于单个晶体管可通过在其输入端串联一个小的电阻或在输出端并联一个大的电阻来提高稳定度，但是由于新增加的电阻将使噪声值变坏，因此这一技术不能用于低噪声放大器。

文献对cascode 结构提出了改进，在其中ZLoad=jwLout//（jwCout）-。

433MHz低噪声射频功率放大器的设计毕业设计开题报告参考文献毕业设计开题报告433MHz低噪声射频功率放大器的设计学院：班级：学生姓名：指导教师：职称：年月日1参考文献开题报告填写要求1．开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期完成，经指导教师签署意见、专家组及学院教学院长审查后生效；2．开题报告必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴；3．毕业设计开题报告应包括以下内容：（1）研究的目的；（2）主要研究内容；（3）课题的准备情况及进度计划；（4）参考文献。

4．开题报告的撰写应符合科技文献规范，且不少于2000字；参考文献应不少于15篇，包括中外文科技期刊、教科书、专著等。

5．开题报告正文字体采用宋体小四号，1.5倍行距。

附页为A4纸型，左边距3cm，右边距2cm，上下边距为2.5cm，字体采用宋体小四号，1.5倍行距。

6．“课题性质”一栏：理工类：A.理论研究B.应用研究C工程设计D.软件开发E.其它经管文教类：A.理论研究B.应用研究C.实证研究D.艺术创作E.其它“课题来源”一栏：A.科研立项B.社会生产实践C.教师自拟D.学生自选“成果形式”一栏：A.论文B.设计说明书C.实物D.软件E.作品2参考文献毕业设计开题报告3参考文献附页：433MHz低噪声射频功率放大器的设计一、研究的目的:低噪声微波放大器（LNA）已广泛应用于微波通信、GPS 接收机、遥感遥控、雷达、电子对抗、射电天文、大地测绘、电视及各种高精度的微波测量系统中，是必不可少的重要电路。

低噪声放大器位于射频接收系统的前端，其主要功能是将来自天线的低电压信号进行小信号放大。

前级放大器的噪声系数对整个微波系统的噪声影响最大，它的增益将决定对后级电路的噪声抑制程度，它的线性度将对整个系统的线性度和共模噪声抑制比产生重要影响。

ADS设计低噪声放大器详细步骤低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）是无线通信系统中一个重要的组成部分，其功能是将接收到的微弱信号放大，以便后续的处理和解调。

设计低噪声放大器需要考虑多个因素，包括噪声系数、增益、带宽、稳定性等。

下面是一个详细的设计步骤，用于设计低噪声放大器。

1.确定设计规格：a.确定工作频率范围：通常情况下，设计LNA需要确定工作频率的范围，以便选择合适的器件和电路结构。

b.确定增益和噪声系数要求：根据系统需求，确定LNA的增益和噪声系数的要求。

一般来说，增益越高，噪声系数越低，但二者之间存在一定的折衷关系。

2.选择器件：根据设计规格，选择适当的射频器件。

常见的射频器件包括双极性晶体管（BJT），高电子迁移率晶体管（HEMT），甲乙基氮化镓场效应晶体管（GaAsFET）等。

3.确定电路结构：根据选择的器件和设计规格，确定LNA的电路结构。

常见的LNA电路结构包括共源极结构、共栅极结构和共基极结构。

根据不同的结构，可以实现不同的增益和噪声系数。

4.进行器件参数提取：使用器件模型，从所选器件中提取器件的S参数（散射参数）、Y参数（混合参数）等。

这些参数将在后续的仿真和优化中使用。

5.进行电路仿真：使用电路仿真软件（如ADS，Spectre等），根据设计的电路结构和选取的器件参数，进行电路的仿真。

可以通过改变电路参数和器件参数，来优化电路的性能。

6.进行电路优化：在仿真过程中，可以进行电路参数的优化。

优化的目标可以是噪声系数、增益、带宽等。

通过反复地优化，寻找最佳的电路参数。

7.器件布局和仿真：根据优化后的电路参数，进行射频电路的布局设计。

布局需要考虑信号和功率的传输、射频电感和电容的布线、射频耦合以及射频接地等因素。

8.器件特性提取：根据布局后的射频电路，提取各个节点的特性参数，如增益、输入输出阻抗、稳定性等。

9.进行电路仿真验证：使用仿真软件进行电路的验证，比较仿真结果与设计目标的一致性。

射频MOSFET噪声模型研究及CMOS工艺低噪声放大器设计的开题报告引言：在接收机系统中，低噪声放大器是关键的一环，在系统中起到放大信号和抑制设备噪声的作用。

因此，设计低噪声放大器是一项非常重要的任务。

而如何在现代CMOS工艺下设计低噪声放大器，就成为了当今射频电路设计的一个重要课题。

本文将首先介绍常见的射频MOSFET噪声模型，包括了多项式模型、寄生电阻模型和传输线模型。

然后，结合模型的分析，探讨了CMOS工艺下低噪声放大器设计的一些关键问题，如输入匹配、输出匹配、增益和稳定性等。

最后，我们将采用所学知识设计一款低噪声放大器。

射频MOSFET噪声模型：当信号通过通道时，MOSFET本身存在噪声，会对信号进行干扰，进而影响到整个系统的性能。

因此，在射频电路设计中，射频MOSFET噪声模型是非常关键的。

常见的射频MOSFET噪声模型包括：多项式模型：该模型将MOSFET的噪声分成两部分：由MOSFET内部参数所提供的噪声（正比于MOSFET电流的平方）和由电路中其他元件引起的热噪声。

该模型的参数较少，计算简单，但是对于MOSFET的物理机理没有考虑，因此不太准确。

寄生电阻模型：该模型考虑了MOSFET内部元件的寄生电阻对噪声的影响。

由于寄生电阻与色散耗散有关，因此该模型对高频电压偏置条件下的噪声有较好的描述。

但该模型对MOSFET的本质物理和因素并没有考虑，因此在高频和弱反馈时失去了精度。

传输线模型：该模型将MOSFET模拟为传输线，考虑了信号的反射和传输等因素，可以较好地描述高频噪声。

但是该模型的计算比较困难，而且不利于理解MOSFET的物理机理。

低噪声放大器设计：在CMOS工艺下设计低噪声放大器，需要注意以下几个关键问题：1. 输入匹配：输入电阻与信号源的内阻匹配，以获得最大的信号输出功率。

同时，为了降低噪声，应使输入电阻尽可能大。

2. 输出匹配：输出电路与负载电阻匹配，以使输出功率最大。

在同时考虑噪声的情况下，输出电阻应尽可能小。

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。

低噪声放大器的两种设计方法与低噪声放大器设计实例低噪声放大器的两种设计方法低噪声放大器（LNA）是射频收发机的一个重要组成部分，它能有效提高接收机的接收灵敏度，进而提高收发机的传输距离。

因此低噪声放大器的设计是否良好，关系到整个通信系统的通信质量。

本文以晶体管ATF-54143为例，说明两种不同低噪声放大器的设计方法，其频率范围为2～2．2 GHz；晶体管工作电压为3 V；工作电流为40 mA；输入输出阻抗为50 Ω。

1、定性分析1.1、晶体管的建模通过网络可以查阅晶体管生产厂商的相关资料，可以下载厂商提供的该款晶体管模型，也可以根据实际需要下载该管的S2P文件。

本例采用直接将该管的S2P文件导入到软件中，利用S参数为模型设计电路。

如果是第一次导入，则可以利用模块S-Params进行S参数仿真，观察得到的S参数与S2P文件提供的数据是否相同，同时，测量晶体管的输入阻抗与对应的最小噪声系数，以及判断晶体管的稳定性等，为下一步骤做好准备。

1.2、晶体管的稳定性对电路完成S参数仿真后，可以得到输入／输出端的mu在频率2～2．2 GHz之间均小于1，根据射频相关理论，晶体管是不稳定的。

通过在输出端并联一个10 Ω和5 pF的电容，m2和m3的值均大于1，如图1，图2所示。

晶体管实现了在带宽内条件稳定，并且测得在2．1 GHz时的输入阻抗为16．827-j16．041。

同时发现，由于在输出端加入了电阻，使得Fmin由0．48增大到0．573，Γopt为0．329∠125．99°，Zopt=（30．007+j17．754）Ω。

其中，Γopt是最佳信源反射系数。

1.3、制定方案如图3所示，将可用增益圆族与噪声系数圆族画在同一个Γs平面上。

通过分析可知，如果可用增益圆通过最佳噪声系数所在点的位置，并根据该点来进行输入端电路匹配的话，此时对于LNA而言，噪声系数是最小的，但是其增益并没有达到最佳放大。

因此它是通过牺牲可用增益来换取的。

基于ADS的低噪声放大器设计与仿真低噪声放大器（Low-Noise Amplifier, LNA）是射频电路中非常重要的一个部分，主要用于放大信号并减小信号中的噪声。

在无线通信系统中，LNA的性能对整体系统的灵敏度和性能有着较大影响。

因此，设计和优化LNA的性能是一个重要的任务。

为了设计和仿真低噪声放大器，我们可以使用射频电路设计工具ADS （Advanced Design System）。

以下是基于ADS的LNA设计和仿真步骤的详细说明：1.设定设计规格：首先，我们需要确定LNA的设计规格，包括增益、带宽、输入和输出阻抗以及噪声指标等。

这些规格将指导后续的设计和优化。

2.选择合适的器件模型：在ADS中，我们可以从器件库中选择合适的射频器件模型。

这些器件模型通常由芯片制造商提供，并包含了器件的电性能和行为特性。

3.组装电路拓扑：在ADS设计环境中，我们可以通过拖拽和连接器件模型，以及添加连接线和连接器等来组装电路拓扑。

根据设计规格，我们可以选择串联或并联的方式来组装放大器电路。

4.添加偏置电路：为了使LNA正常工作，我们需要添加适当的偏置电路。

这些偏置电路可以是直流电源、偏置电阻和偏置电容等。

5. 设计匹配网络：为了确保LNA的输入和输出阻抗与源和负载匹配，在ADS中，我们可以使用S参数和Smith图等工具来设计和优化匹配网络。

6.仿真性能指标：在设计完成后，我们可以使用ADS的模拟仿真工具来评估LNA的性能指标，如增益、噪声指标、稳定性和带宽等。

这些仿真结果可以帮助我们了解LNA的行为特性，识别并改进潜在的问题。

7.优化设计：根据仿真结果，我们可以进行一系列的设计优化，包括调整组件值、优化匹配网络、改变电路拓扑等。

通过不断地迭代优化，我们可以逐步接近设计规格的要求。

8.布局和封装：当设计满足规格要求后，我们可以进行布局设计和封装。

在ADS中，我们可以使用高级工具来完成布局和封装过程。

9.重新仿真和验证：在布局和封装完成后，我们需要重新进行仿真和验证。

射频技术及其应用实验报告系（院）：信息与通信工程学院专业：通信工程班级：通信 1 0 - 2BF实验内容：低噪声放大器设计与仿真姓名：学号：序号：完成日期： 2 0 1 3 年 1 2 月 1 5日一、低噪声放大器设计与仿真1、基本原理放大器可分为低噪声放大器、高增益放大器、中功率放大器和大功率放大器。

电路组态按工作点的位置一次分为A类、B 类、C 类3种。

A类放大器用于小信号、低噪声，通常用作接收机前端放大器和功率放大器或功率放大器的前级放大。

B类和C类放大器电源效率高，输出信号谐波成分高，需要有外部混合电路或滤波电路。

低噪声放大器，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。

在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。

2、主要技术指标1）频率范围2）增益3）噪声系数4）动态范围3 低噪声放大器设计原则1）放大器中放大管的选择2）I/O匹配电路的设计原则3）电路中需要注意的一些问题4）低噪声放大器方便的设计手段5）同行业低噪声放大器的发展水平二、低噪声放大器的设计1、晶体管直流工作点扫描（1）创建一个新项目①启动ADS2009，选择MainWindows.②执行菜单命令，按照提示选择项目保存的路径和输入文件名。

③单击OK按钮，创建新项目。

④单击，新建电路原理图窗口，开始设计滤波器。

（2) 选择 Sources- Ti m e s D om ai n类→选择控件→放置到原理图中→双击修改属性使Vdc=VCE→选择控件→放置到原理图中→双击修改属性使I dc =IBB。

（3) 选择PtobeComponent s 类→选择控件放置到原理图中→在工具栏中选取单击图标→查找元件pb_ph_AT41511_19950125放置到原理图中。

（4)选择→选择控件放置到原理图中，双击修改属性。

lna射频放大电路设计LNA射频放大电路设计一、介绍LNA（低噪声放大器）是射频（Radio Frequency，RF）电路中常见的一个模块，用于将微弱的射频信号放大，同时尽可能地降低噪声。

在无线通信系统中，LNA的性能直接影响到整个系统的灵敏度和动态范围，因此在设计和优化LNA射频放大电路时，需要充分考虑各种因素，并进行合适的设计和优化。

二、LNA射频放大电路的基本结构LNA射频放大电路的基本结构通常包括放大器、匹配网络、偏置电路和电源电路。

其中，放大器是整个LNA电路的核心部分，负责将输入的微弱射频信号放大到合适的幅度。

匹配网络用于调整放大器的输入和输出阻抗，以实现最大功率传递和最佳性能。

偏置电路则用于提供合适的工作电流和电压，保证放大器能够正常工作。

电源电路则用于提供稳定的直流电源，保证整个LNA电路的稳定性和可靠性。

三、LNA射频放大电路的设计步骤1. 确定设计规格：根据具体的应用需求，确定LNA电路的增益、带宽、噪声系数等性能指标。

同时考虑电源电压、工作频率和尺寸等限制条件，为后续设计提供准确的参考。

2. 选择放大器类型：根据设计规格和应用要求，选择合适的放大器类型。

常见的放大器类型包括共源放大器、共栅放大器、共基放大器等。

根据不同的放大器类型，各自有不同的特点和适用场景，需要根据具体需求进行选择。

3. 匹配网络设计：根据放大器的输入阻抗和输出阻抗，设计合适的匹配网络，以实现最佳的功率传递和性能表现。

匹配网络的设计通常需要使用阻抗转换器、电容和电感等元件，通过优化元件参数和布局方式，实现最佳匹配效果。

4. 偏置电路设计：根据放大器的工作条件，设计合适的偏置电路，保证放大器能够正常工作。

偏置电路通常包括直流偏置电阻、电容和稳压电路等，通过选择合适的元件参数和电源电压，实现工作电流和电压的稳定。

5. 电源电路设计：根据整个LNA电路的功耗和电源需求，设计合适的电源电路。

电源电路通常包括滤波器、稳压电路和功率放大器等，通过保证电源电压的稳定性和可靠性，提供稳定的工作条件给整个LNA电路。

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感谢支持！(Thank you for downloading and checking it out!)射频低噪声放大器电路原理一、引言射频低噪声放大器在无线通信、雷达探测和卫星通信等领域中扮演着重要的角色。

本文将从射频低噪声放大器的背景及意义，以及射频低噪声放大器的研究现状及发展趋势两个方面进行阐述。

射频低噪声放大器的背景及意义射频低噪声放大器的主要作用是在射频信号的接收过程中，对信号进行放大，从而提高信号的信噪比。

在现代通信系统中，信号的传输过程中会受到各种噪声的干扰，如热噪声、互调噪声等。

这些噪声会影响系统的性能，甚至导致系统无法正常工作。

因此，射频低噪声放大器的设计对于提高通信系统的性能具有重要意义。

射频低噪声放大器的研究现状及发展趋势随着通信技术的不断发展，对射频低噪声放大器的要求也越来越高。

目前，射频低噪声放大器的研究主要集中在以下几个方面：（1）放大器的线性度：在通信系统中，信号的传输需要保持较高的线性度，以避免信号失真。

因此，如何提高射频低噪声放大器的线性度是当前研究的一个重要方向。

（2）放大器的稳定性：在实际应用中，放大器需要具有良好的稳定性，以应对各种环境因素的影响。

研究者们正在探索新的结构和材料，以提高射频低噪声放大器的稳定性。

（3）放大器的集成度：随着半导体工艺的发展，射频低噪声放大器的集成度越来越高。

未来的发展趋势是实现射频低噪声放大器的高度集成，以减小体积和功耗。

总之，射频低噪声放大器在通信系统中起着至关重要的作用。