CMOS射频低噪声放大器设计

CMOS低噪声放大器的分析与设计的开题报告一、选题背景随着现代电子技术的迅速发展，各种高性能、低功耗的电子设备被广泛应用到各个领域中。

而这些电子设备中，低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）则是至关重要的一个组成部分。

在通信领域中，LNA扮演着接收信号的第一道防线，因此其性能决定了整个系统的灵敏度、抗干扰能力和信噪比等重要指标。

而随着通信系统的发展，对LNA的性能要求也越来越高，要求其具备高增益、宽带、低噪声等优秀特性。

CMOS 技术因其具有低成本、低功耗、集成度高等优势，逐渐成为LNA研究领域的热点。

因此，LNA的分析与设计成为了当前重要的研究方向之一。

二、研究目的本课题旨在对CMOS低噪声放大器的原理和性能进行深入分析，设计出符合高性能LNA的设计需求的电路，并对其进行仿真与验证，最终得到性能优秀的LNA电路。

三、研究内容1. CMOS低噪声放大器的原理与基本结构2. LNA设计中常用的两种匹配方式——L型匹配和电感-电容匹配3. CMOS LNA的关键参数——增益、带宽、噪声系数等的计算与分析4. 所设计LNA电路的仿真与验证四、研究方法本课题首先进行对CMOS LNA的低噪声放大器原理、结构和匹配等分析，在此基础上，采用ADS软件设计出LNA电路，并通过仿真与验证对电路的性能进行评估和分析。

仿真时采用S 参数仿真，验证时则采用实验测试数据进行对比。

五、预期成果通过本次研究，预计可以得到以下成果：1. 对CMOS LNA的低噪声放大器原理、结构和匹配等方面有进一步的深入了解。

2. 成功设计出符合高性能LNA的需求的电路。

3. 对电路的实际性能进行评价，得出优秀的性能指标，并在仿真和实验中进行验证。

4. 通过实验的验证，为CMOS LNA的未来研究提供一定的参考。

六、论文结构1. 绪论：介绍论文的研究背景、意义和目的2. CMOS低噪声放大器的原理与设计3. LNA的匹配方式4. CMOS LNA的关键参数分析与计算5. LNA电路的仿真与验证6. 结束语：总结论文的研究内容和取得的成果，并对未来研究提出展望和建议。

基于CMOS工艺的低噪声放大器与混频器设计的开题报告摘要：本文旨在设计一个基于CMOS工艺的低噪声放大器与混频器，用于射频接收系统中，以实现高度灵敏和有效的信号传输。

本文介绍了当前低噪声放大器和混频器设计的相关研究，并分析了它们的利弊和限制。

基于这些分析结果，本文提出了一种基于CMOS工艺的低噪声放大器与混频器的设计方法，包括电路结构、参数选择、电路分析和模拟结果。

最后，进行了性能评估和对未来工作的展望。

关键词：CMOS工艺，低噪声放大器，混频器，射频接收系统引言：随着无线通信和射频技术的发展，射频接收系统已经成为现代通信系统中重要的组成部分。

其中，低噪声放大器和混频器是射频接收系统中关键的基础模块，用于提高灵敏度和增强信号质量。

在过去几十年中，随着半导体技术的不断进步，各种低噪声放大器和混频器的设计方法和实现技术不断更新迭代。

在这些设计方法中，CMOS工艺因其低成本、低功耗、可靠性高等优点，成为一种常用的设计方法。

本文旨在设计一个基于CMOS工艺的低噪声放大器与混频器，以提高射频接收系统的性能。

本文首先介绍了当前低噪声放大器和混频器设计的相关研究，并分析了它们的利弊和限制。

然后，本文提出了一种基于CMOS工艺的低噪声放大器与混频器的设计方法，包括电路结构、参数选择、电路分析和模拟结果。

最后，进行了性能评估和对未来工作的展望。

一、低噪声放大器和混频器的研究现状1.1 低噪声放大器低噪声放大器是射频接收系统中关键的基础模块，用于放大微弱的射频信号。

在过去几十年中，出现了许多基于不同技术的低噪声放大器设计方法，包括Bipolar工艺、GaAs、SiGe、CMOS等。

其中，CMOS工艺因其低成本、低功耗、可靠性高等优点，成为一种常用的设计方法。

1.2 混频器混频器是射频接收系统中关键的基础模块，用于将高频信号转换成中频信号。

在过去几十年中，出现了许多基于不同技术的混频器设计方法，包括多种被动混频器、有源混频器和集成混频器等。

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。

上表中，电感的最小匝数为２．５，相应的最低电感值为２．３ｎＨ。

源极电感（Ｌｓ＝０．９１３１－０较小，需要另外设计。

本文利用ＡｇｉｌｅｎｔＡＤＳ软件中的ＭＯＭＥＮＴＵＭ来设计源极电感。

利用ＭＯＭＥＮＴＵＭ对电感进行二维半电磁场分析，需要ＴＳＭＣＯ．１８ｔｔｍ的工艺参数（表４．２）。

图４－６为该工艺掩膜层的剖面结构。

表４－２ＴＳＭＣ０．１ｇｔｔｍ的工艺参数：工艺层介电常数（ｅｆ）电导率（ｓ／ｍ）厚度（眦玲Ｓｕｂ１１．９８．２７５０ＦＯＸ３．７ｎａＯ．３５ⅡＤ３．９ｍＯ．７５蚴ｌａ／２ａ／３ａ／４ａ／Ｓａ３．７ｍ１．１８Ⅱ皿１眈ｂ／３ｂ／４ｂ／５ｂ４．２ｍＯ．２Ｍ５ｎａ２．４Ｅ７０．５３Ｍ６舱４Ｅ７２ＰＡＳＳｌ４．２ｍ１ＰＡＳＳ２７．９ｍＯ．７图４－６ＴＳＭＣ＿０．１８岫工艺掩膜层西北工业大学硕士学位论文第五章版图设计拟电路中的电容。

ＴＳＭＣＯ．１８ｔｔｍ的ｇＦ／Ｍｉｘｅｄ－Ｓｉｇａａｌ工艺在第五层金属（Ｍ５）和顶层金属（Ｍ６）之间又增加了一层金属（ＣａｐＴｏｐ容值，该金属与Ｍ５之间形成的ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ．Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）电容约为１ｆＦ／肚ｍ＾２。

如果需要更大的电容，可以用ＭＯＳ管实现（图４－１０），将源、漏相连，与栅极形成电容的两极，电容介质为栅氧化层（厚度约４ｘｌＯ。

ｐｍ），在形成反型层后，可以实现的电容约为８ｆＦ／ｐ．ｍ＾２，但反型层形成之前，电容会随栅、源之间的电压而变化（图４－１１），交容管就是利用的这个原理。

么勿ｋＳ／Ｄ瓿一。

？濑；ｕ¨■；图４－１０ＭＯＳ管电容图４—１１ＭＯＳＣａｐｖｅｒｓｕｓＶｇｓ在本次电路设计中，输出端的匹配兼隔直流电容采用ＭＩＭ电容实现，为了减小因电容尺寸小而带来的电容误差，采用两个较大的ＭＩＭ电容串联而成。

西北工业大学硕士学位论文第五章版图设计图４－１３为ＡＤＳ仿真电路图图４－１４为仿真得到的Ｓ参数曲线图，在工作频率（５．２Ｇｎｚ）上，输入反射系数（Ｓ１１）为·２４．９ｄＢ，输出反射系数（ｓ２２）．３３．３ｄＢ，输出增益（ｓ２１）达到１５．９ｄＢ，反向增益（Ｓ１２）在５．２ＧＨｚ处为－２９ｄＢ，噪声系数（ＮＦ）接近１．４ｄＢ。

浙江大学信息与电子工程学系
硕士学位论文
CMOS低噪声放大器的设计与优化
姓名：黄晓华
申请学位级别：硕士
专业：物理电子学
指导教师：周金芳;陈抗生
20100125
浙江大学硕士学位论文绪论低噪放的匹配可以用纯电阻或者纯电抗网络，也可以使用电阻和电抗的组合。

使用纯电阻网络进行匹配的优点是占用芯片面积小，缺点是要消耗功率，并且会引入额外的噪声，通常应用在需要进行宽带放大的系统中。

使用纯电抗网络的优点是不需要消耗功率，也不会引入额外的噪声，它的缺点是电感电容需要占用很大的芯片面积，并且只能在特定的频点上实现匹配，通常应用在窄带系统中。

其电路结构大致上可以分成图１．１所示的四种形式【１１。

（ａ）Ｉ
Ｉ
图１．１、窄带ＬＮＡ电路结构第一种是使用电阻并联来实现阻抗匹配的共源放大结构，如图１．１（ａ）所示。

这种结构主要是利用共源放大器大输入阻抗的特点，用一个并联电阻来实现阻抗匹配。

因为共源放大器的输入阻抗通常很大，只要这个并联电阻的阻抗和滤波器的阻抗一样（一般是５０Ｑ），便可以实现阻抗匹配，缺点是这个５０Ｑ的电阻将给
系统带来较大的额外噪声。

第二种是共栅结构，如图１．１（ｂ）所示．这种结构的放大器输入阻抗为１／ｇｍ，优点是可以通过调节偏置很容易实现和源阻抗匹配，缺点是没有电流增益，且噪声性能受这种结构固有的限制，很难进行优化【１３】。

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利用C adence 设计COMS 低噪声放大器肖　奔1,殷　蔚2(1.湖南人文科技学院　湖南娄底　417000;2.岳阳职业技术学院　湖南岳阳　414000)摘　要:结合一个2.4GHz CMOS 低噪声放大器(L NA )电路,介绍如何利用Cadence 软件系列中的IC 5.1.41完成CMOS 低噪声放大器设计。

首先给出CMOS 低噪声放大器设计的电路参数计算方法,然后结合计算结果,利用Cadence 软件进行电路的原理图仿真,并完成了电路版图设计以及后仿真。

仿真结果表明,电路的输入/输出均得到较好的匹配。

由于寄生参数,使得电路的噪声性能有约3dB 的降低。

对利用Cadence 软件完成CMOS 射频集成电路设计,特别是低噪声放大器设计有较好的参考价值。

关键词:低噪声放大器;CMOS ;射频IC ;Cadence中图分类号:TP368.1 文献标识码:B 文章编号:10042373X (2009)102008203CMOS L NA Design Using C adenceXIAO Ben 1,YIN Wei 2(1.Hunan Institute of Humanities ,Science and Technology ,Loudi ,417000,China ;2.Yueyang Vocational Technical College ,Yueyang ,414000,China )Abstract :With an example of 2.4GHz CMOS Low Noise Amplifier (L NA ),it is introduced that how to design the CMOS L NA using IC 5.1.41of Cadence.First ,example includes calculation of circuit parameters.And then ,with the help of this cal 2culation results ,the schematic simulation ,circuit layout and the post 2layout simulation are completed.The simulation results show that the input and output networks matched well ,but the noise performance decreased 3dB because of the parasitic parameters.It is usef ul to the design of CMOS RF IC using Cadence ,especially the CMOS L NA design.K eywords :low noise amplifier ;CMOS ;radio f requency IC ;Cadence收稿日期:20082082010　引　言Cadence Design Systems Inc.是全球最大的电子设计技术、程序方案服务和设计服务供应商。

利用Cadence设计COMS低噪声放大器结合一个2．4 GHz CMOS低噪声放大器(LNA)电路，介绍如何利用Cadence软件系列中的IC 5．1．41完成CMOS低噪声放大器设计。

首先给出CMOS低噪声放大器设计的电路参数计算方法，然后结合计算结果，利用Cadence 软件进行电路的原理图仿真，并完成了电路版图设计以及后仿真。

仿真结果表明，电路的输入／输出均得到较好的匹配。

由于寄生参数，使得电路的噪声性能有约3 dB的降低。

对利用Cadence软件完成CMOS射频集成电路设计，特别是低噪声放大器设计有较好的参考价值。

关键词：低噪声放大器；CMOS；射频IC；Cadence0 引言Cadence Design Systems Inc．是全球最大的电子设计技术、程序方案服务和设计服务供应商。

它的解决方案旨在提升和监控半导体、计算机系统、网络工程和电信设备、消费电子产品以及其他各类型电子产品的设计。

Cadence公司的电子设计自动化产品涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计、功能验证、IC综合及布局布线、模拟和混合信号及射频IC设计、全定制集成电路设计、IC物理验证、PCB设计和硬件仿真建模等。

Cadence软件支持自顶向下(Top-down)的芯片设计，是业界广泛采用的设计工具。

该软件通过Li-brary CelI View三级目录辅助芯片设计：(1)设计者为自己要完成的系统任务建立新的Li-brary；(2)分析系统及其指标来确定系统的各个模块，每个模块对应于Library中的一个Cell；(3)每个模块的设计包括电路(Schematic)设计和版图(Layout)设计，两者密不可分，电路图与版图都是模块中的View。

同时，Cadence公司还提供设计方法教学服务，帮助客户优化其设计流程；提供设计外包服务，协助客户进入新的市场领域。

垂直解决方案是Cadence 为帮助IC设计公司迅速建立设计架构，并获得更短、可预测性更高的设计周期而推出的独具特色的整套解决方案，其目标是为了推动不同领域产品的开发步伐，设计锦囊(Process Design Kit，PDK)是其重要组成部分。

0.18μm CMOS无线传感器网络低噪声放大器设计的开题报告一、项目背景随着物联网技术的快速发展，无线传感器网络（WSN）成为了一种重要的技术手段。

无线传感器网络是由大量嵌入式设备节点组成的，这些节点间通过无线通信协作完成任务。

这些嵌入式设备节点具备能力测量、感知环境数据并将数据汇总传回处理中心。

其中噪声放大器是WSN中一个至关重要的模块。

噪声放大器的电路设计直接决定了整个WSN的性能，并且具有非常大的潜力值得开发。

本课题旨在设计高性能超低噪声CMOS射频低噪声放大器，以满足无线传感器网络低功耗、高灵敏度的特点。

二、项目目标（1）设计具有高增益、低噪声、低功耗和宽带宽的CMOS低噪声放大器；（2）通过选取合适的工艺和器件，实现电路的设计和优化；（3）将电路实现在TSMC 0.18μm工艺下，并进行仿真验证；（4）通过测试与分析，对电路的性能做出评价，以指导电路的后续优化设计。

三、设计思路为了满足WSN应用需求，本课题选择CMOS技术来设计低噪声放大器。

在电路设计中，经过分析后设计出了一个简单的反馈放大电路，在这个电路中，取空载增益大约为20dB，实现频带为5MHz到500MHz，整个电路的噪声系数为1.5dB。

此外，由于电路的应用环境需要，设计需要在低功耗的前提下实现高增益和低噪声的目标。

为了实现低功耗的目标，本课题通过选择合适的MOS管和电容来设计电路。

由于电路过渡频率的限制，采用这些方法可以减少功耗，同时保证了电路的性能。

四、设计内容本课题涉及的主要内容包括：（1）对电路特性进行分析和建模，根据设计要求做出方案选择；（2）通过仿真工具验证设计方案的可行性，优化电路参数，实现电路设计；（3）在TSMC 0.18μm CMOS工艺下，布局和成功制造实验样品；（4）通过实验研究，测试样品的性能，并对电路的性能进行分析和评估，并指导电路的后续优化设计。

五、项目意义本课题设计的低噪声放大器，具有以下几方面的意义：（1）在无线传感器网络应用中，高性能低噪声放大器可以提供高精度的测量数据，提高了整个WSN的性能。

摘 要近年来，无线通信领域的进步以及高速数据通信的需求促使了通信技术的快速发展。

超宽带系统由于具有高吞吐率的优点，目前已成为非常受欢迎的通信技术。

超宽带低噪声放大器作为超宽带接收机的第一级系统，它性能的好坏直接对其后各个系统有较大的影响，因此对于超宽带低噪声放大器的研究很有必要。

在文中首先讲述了超宽带低噪声放大器的研究背景和近几年国内外的研究现状，其次简要阐述了低噪声放大器的主要性能参数，如噪声性能、输入阻抗匹配性能、线性度以及电路的增益性能，并且分析了三种无源器件的特性。

在第三章中主要总结了各类常见的低噪声放大器电路结构及其优缺点，另外，片上电感作为超宽带低噪声放大器设计中最常见的无源器件，对其模型的研究是很有意义的，因此，在本章中也提出了一种改进型单π模型。

通过对各种电路成果进行改进，设计了分别工作在4-18GHz和3-5GHz的高增益、低功耗的超宽带低噪声放大器电路。

主要的研究工作和成果为：(1) 针对片上螺旋电感提出了一种改进型单π集总参数等效电路模型。

提出的模型可以很好地模拟高频下的衬底耦合效应、趋肤效应以及邻近效应；利用R-L-C并联结构实现衬底的寄生耦合效应；使用二端口分析方法和拟线性函数方法可以很容易地得到参数值。

提出的片上电感的模型与HFSS软件仿真的结果相比，模型在0-20GHz时拟合度很高。

(2) 设计并研究了一种工作频带为4-18GHz的超宽带低噪声放大器，该放大器基于TSMC 0.18μm RF CMOS工艺，通过在放大级采用三谐振匹配网络技术不仅提高了电路的增益，而且拓宽了电路的频带。

此外，通过引入衬底偏置技术使电路的功耗下降。

利用ADS软件对电路进行优化仿真，并分析了温度以及工艺角对电路的影响。

最终的仿真结果表明，该放大器在室温25℃的状态下，工作带宽为4-18GHz，增益为15.95-18.73dB，增益的平坦度为2.78dB，噪声系数小于4.9dB，其中最小的噪声系数为3.22dB，电路的工作电压为0.9V，功耗仅为5.715mW，该放大器可广泛应用于低功耗、宽频带的射频集成电路中。

CMOS低噪声高增益放大器的设计及仿真分析本科学生毕业论文论文题目: CMOS低噪声高增益放大器的设计及仿真分析学院: 电子工程学院年级:专业: 集成电路设计与集成系统姓名:学号:指导教师:摘要运算放大器已经成为模拟电路设计中用途最广、最重要的部分。

运算放大器简称运放被广泛应用于无线电接收机的高频或中频前置放大级和一些高灵敏度电子设备中。

运放在电路中会产生噪声，在一些需要放大微弱信号的情况下，运放自身的噪声对有用信号的干扰可能会很严重，所以设计了一款低噪声系数、高功率增益、工作稳定性强、有足够带宽和较大动态范围的运算放大器电路。

MOS场效应晶体管会在电路中产生噪声，而且随着MOSFET尺寸的减小与信号幅度的降低，电路中低频噪声特性变得越来越重要。

论文首先分析运放电路中主要产生噪声的原因，然后结合基本噪声理论对电路中相应的元器件参数进行分析设计，然后针对电路的各项指标要求再对电路的元器件的参数进行调整。

运放输入级采用PMOS差分输入的结构，可以提高增益，也起到了抑制噪声的目的，输出级也采用共源共栅形式，可进一步抑制噪声。

通过对电路整体的噪声性能分析，优化了电路的噪声特性。

最后电路达到了设计的目标:增益带宽积大于60MHz、输入噪声功率谱密度在10MHz时小于35nV/rtHz、DC增益大于60dB、相位裕度大于45º。

关键词CMOS;运算放大器;低噪声;高增益;带宽IAbstractOperational amplifier (Op amp) is the most important and comprehensive element in CMOS analog integrated circuits. Operational amplifier is widely used in various types of high-frequency or intermediate frequency as a radio receiver pre-amplifier stage or the high sensitivity of electronic devices. MOS field effect transistor (MOSFET) circuit would bring noise under weak signal amplification. Noise interference may be very serious for useful signal in an op amp. Thus, it is very necessary that designing an op amp circuit with low noise, high gain, good stability, sufficient bandwidth and large dynamic range.MOS field effect transistor circuit would bring noise. With the MOSFET sizes decreasing and the signal amplitude decreasing, the low-frequency noise characteristics of the circuit are becoming increasingly important. This paper analyzes mainly noise sources of thee op ampcircuit firstly, then designs the corresponding component parameters of the circuit considering of the basic noise theory, and adjusts the parameters of certain components. The input stage of Op amp used PMOS differential input gain enhances direct telescopic structure to improve gain and suppress noise. The output stage is horizontal+output+stage to further suppress noise. Seen from the whole circuit noise performance,the noise characteristics are optimized. At last the simulated result also indicated that it reached the requirement of design: gain bandwidth product should be larger than 60dB, input noise power spectral density should be lower than 35nV/rtHz, DC gain shoud be higher than 60dB, phase margin should be larger than 45º.Key wordsCMOS; Operational amplifier; Low noise; High gain; BandwidthII目录摘要 ..................................................................... .. (I)Abstract ........................................................... .. (II)第一章绪论 ..................................................................... ................................................... 1 1.1 论文课题的价值及其意义 ..................................................................... ............... 1 1.2 运算放大器的发展过程及现状 ..................................................................... ........ 1 1.3 论文的章节安排 ..................................................................... . (2)第二章运算放大器的性能分析 ..................................................................... .................... 3 2.1 噪声 ..................................................................... .. (3)2.1.1 噪声类型 ..................................................................... .. (3)2.1.1.1 热噪声 ..................................................................... .. (3)2.1.1.2 散弹噪声 ..................................................................... . (4)2.1.1.3 闪烁噪声 ..................................................................... . (5)2.1.1.4 爆裂噪声 ..................................................................... . (5)2.1.2 MOS管中影响较大的噪声源 ....................................................................52.1.2.1 散弹噪声 ..................................................................... . (6)2.1.2.2 闪烁噪声 ..................................................................... . (6)2.1.2.3 沟道热噪声 ..................................................................... (6)2.1.3 噪声系数与计算噪声的基本方法 (7)2.1.3.1噪声系数 ..................................................................... .. (7)2.1.3.2噪声计算方法 ..................................................................... ..................... 7 2.2 开环增益 ..................................................................... .......................................... 8 2.3 开环带宽和增益带宽积 ..................................................................... ................... 8 2.4 输出摆幅 ..................................................................... .......................................... 9 2.5 相位裕度 ............................................................................................................... 9 2.6 DC功耗 ..................................................................... ............................................ 9 2.7 共模输入范围...................................................................... . (9)2.8 运放中各性能指标之间的关系 ..................................................................... ........ 9 2.9 两种常用结构CMOS放大器 ..................................................................... ........ 10 2.9.1 差分结构放大器 ..................................................................... ......................... 10 2.9.2 共源共栅结构放大器 ..................................................................... .. (13)第三章低噪声高增益运算放大器的设计 ..................................................................... ... 15 3.1 电路设计的指标 ..................................................................... ............................. 15 3.2 电路结构的设计 ..................................................................... .. (15)3.2.1 电路结构的确定 ..................................................................... (15)3.2.2 电路的噪声分析 ..................................................................... (17)3.2.3 电路的增益分析 ..................................................................... .................. 18 3.3 电路参数的确定 ..................................................................... ............................. 19 3.4 电路参数的验证 ..................................................................... .. (21)3.4.1 增益指标的验证 ..................................................................... (21)3.4.2 噪声指标的验证 ..................................................................... (22)第四章电路的仿真分析 ..................................................................... .............................. 23 4.1 理论值仿真分析 ..................................................................... .. (23)4.1.1 直流参数仿真 ..................................................................... . (23)4.1.2 交流小信号仿真 ..................................................................... .................. 24 4.2 电路的改进及仿真分析 ..................................................................... .. (25)4.2.1 M1管与M2管宽长比为20/1的仿真结果 (25)4.2.2 M1管与M2管宽长比为30/1的仿真结果 (26)4.2.3 增益提高的总结 ..................................................................... .................. 26 4.3 考虑噪声的仿真分析 ..................................................................... (27)4.3.1 噪声仿真 ..................................................................... (27)4.3.2 直流仿真 ..................................................................... (28)4.3.3 交流分析 ..................................................................... (28)4.3.4 与设计目标的比较 ..................................................................... .. (29)第五章版图的设计 ..................................................................... . (30)结论 ..................................................................... .. (33)参考文献 ..................................................................... . (34)致谢 ..................................................................... .. (36)CMOS低噪声高增益放大器的设计及仿真分析第一章绪论本章内容主要介绍运算放大器的发展过程，现阶段运算放大器的发展状况论文研究的意义与背景及论文的章节安排。

适用于无线局域网的CMOS低噪声放大器设计的开题报告I. 研究背景随着无线通信技术的普及和发展，对于无线局域网的需求也在不断增加。

其中，低噪声放大器在无线局域网中扮演着重要角色，能够实现信号的放大和强化，并保证信号质量和稳定性。

CMOS低噪声放大器在无线局域网中应用广泛，CMOS工艺具有成本低、功耗小、易于集成等优点，更加适合无线局域网应用。

因此，对于该领域的低噪声放大器的设计和优化具有重要意义。

II. 研究内容本课题旨在设计一种适用于无线局域网的CMOS低噪声放大器，主要研究内容如下：1. 低噪声放大器电路结构的设计和优化。

2. 低噪声放大器中的噪声源分析和优化，实现对噪声的最小化。

3. 低噪声放大器的参数优化，包括增益、线性度、带宽等等。

4. 基于所设计的低噪声放大器，进行实验和测试，验证其在无线局域网中的性能和可行性。

III. 研究意义与应用价值本研究可以为无线局域网领域提供一种更加优秀的低噪声放大器设计方法。

具体的意义和应用价值如下：1. 提高无线局域网系统的接收性能和稳定性。

2. 降低无线局域网系统成本，提高系统可靠性和可扩展性。

3. 推动无线通信技术的进一步发展和应用。

IV. 研究方法本研究采用以下方法进行实现：1. 基于CMOS工艺，设计和优化低噪声放大器电路结构。

2. 分析低噪声放大器中的噪声源，采用合适的方法和技术，实现对噪声的最小化。

3. 采用模拟电路仿真工具，模拟和优化低噪声放大器的参数，包括增益、线性度、带宽等。

4. 基于实验平台，进行实际的测试和验证。

V. 研究进度安排1. 前期调研：2022年7月 - 2022年8月2. 低噪声放大器电路结构的设计与优化：2022年9月 - 2022年11月3. 噪声源分析和优化：2022年12月 - 2023年1月4. 参数优化和仿真：2023年2月 - 2023年4月5. 实验和测试：2023年5月 - 2023年6月6. 论文撰写：2023年7月 - 2023年8月VI. 参考文献1. Molnar, T.G., et al. A 4-GHz low-noise amplifier in 130-nm CMOS using composite right/left-handed transmission line. IEEE J. Solid-State Circuits 41, 3087–3094 (2006).2. Gao, X., et al. A High-performance ultra-low-voltage and low-power RF front-end using 90-nm CMOS technology, IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2017, 52(1): 30-45.3. Wang, K., et al. Design of a low noise amplifier with ultra-wideband filtering and strong blocking capability. Journal of Semiconductors, 2016, 37(8): 085004.4. Liu, Y., et al.5.8GHz CMOS low noise amplifier using shorted shunt feedback inductors. Electronics Letters, 2010, 46(12): 854-855.。

高效低噪声射频放大器设计在无线通信系统中，射频放大器是一种关键组件，用于将无线信号的功率增大以便能够传输到远距离。

在射频放大器设计中，高效低噪声是两个关键目标。

高效意味着放大器能够以最小的能量消耗来传递信号，而低噪音意味着放大器能够在信号传输过程中最小化噪音的引入。

以下是一些有效的射频放大器设计策略，可以实现高效低噪声的性能：1.选择合适的放大器类型：在射频放大器设计中，常见的放大器类型包括晶体管（BJT或MOSFET）、电子管和互补金属-氧化物-半导体（CMOS）等。

对于高效低噪声的设计，MOSFET和CMOS放大器通常是优选的选择，因为它们具有较低的功耗和噪音系数。

2.设计合适的电源电压和电流：合理选择放大器电源电压和电流，可以最大限度地提高放大器的效率。

此外，通过优化放大器的尺寸和比例，可以实现更低的功耗和更高的效率。

3.使用匹配网络：通过使用匹配网络，可以提高放大器的输入和输出阻抗与外部电路的匹配性。

这可以减少信号反射和功耗损失，并提高放大器的性能。

4.优化放大器的功放级：在射频放大器中，功放级是最耗能的部分。

通过优化功放级的设计，如选择合适的电源电压和电流以及功放级的拓扑结构，可以实现更高的功率效率。

5.使用负反馈：负反馈是一种用于降低放大器噪声和失真的技术。

通过将一部分输出信号反馈到输入端，可以降低噪声系数，并改善放大器的线性性能。

6.降低器件的噪音系数：在射频放大器设计中，噪音系数是一个很重要的指标。

通过选择具有较低噪音系数的器件，并进行适当的板级布局和射频屏蔽设计，可以降低放大器的噪声水平。

7.优化射频布局和射频屏蔽设计：在射频放大器设计中，电路板的射频布局和射频屏蔽设计可以有效地减少射频噪声和功率损耗的影响。

通过合理布置射频电路和添加屏蔽结构，可以减少信号的相互干扰和漏射。

8.基于计算机辅助设计（CAD）和仿真工具：使用CAD和仿真工具，可以对射频放大器进行精确的建模和仿真，以评估不同设计参数对放大器性能的影响。

探析新型全集成CMOS 低噪声放大器优化设计方法１引言现代无线通讯设备不断地朝着低成本、低功耗、高集成度方向发展，使得基于CMOS工艺的射频集成电路设计成为近年来的研究热点。

低噪声放大器(LNA)是射频接收机前端的第一个有源电路，它的噪声系数、功耗、增益、输入匹配、线性度等指标对整个无线通信系统的性能起着重要的作用，其中LNA 的噪声系数几乎决定了整个接收机的噪声性能。

在片上系统(system on chip，SOC)中，高性能的全集成LNA 设计一直是个难点。

迄今为止，有很多文献致力于全集成LNA 的噪声优化。

由于LNA 结构复杂，大部分文献在分析电路的噪声时，往往专注于晶体管噪声的优化，而忽略了对电感寄生电阻噪声的分析。

因为片上电感的品质因数都比较低，由电感寄生电阻带来的噪声很有可能远远超过晶体管的噪声。

本文在对全集成LNA 的噪声进行分析和优化时，考虑了片上电感寄生电阻的影响，能够实现对晶体管和电感寄生电阻总体噪声的最优化设计。

因为低噪声放大器的设计参数多，彼此之间关系复杂，用一般的方法很难对它的性能进行优化。

本文将几何规划(geometric programming，GP)方法应用到LNA 的优化设计中，提出了一种功耗约束下的全集成LNA 优化设计方法1 几何规划方法几何规划由数学家R.J 达芬和E.L 彼得森等人于1961 年在研究工程费用最小化问题的时候提出，是非线性最优化中最有效的方法之一。

几何规划本质上是凸优化，其目标函数和约束条件均由正多项式构成，利用其对偶性的特点，把非线性问题的求解转化为具有线性约束的优化问题，使得求解大为简化。

GP 求解收敛速度快，解的过程和初始点无关，所求解必为全局最优解，可以用来实现具有特定约束条件的电路参数自动生成。

2 全集成 LNA 优化模型基于CMOS 工艺的窄带低噪声放大器一般采用共源共栅源级电感负反馈(cascode sourceinductive degeneration，CSID)结构。