應用于物聯(lián)網無線傳輸節(jié)點的780MHz CMOS低功耗高效率射頻模塊設計.pdf

1、隨著科技的進步，物聯(lián)網（IOT）逐漸成為了當今社會的發(fā)展熱點。在一個物聯(lián)網系統(tǒng)中，需要大量的無線傳輸節(jié)點來進行信息的傳遞交換。目前，這些無線傳輸節(jié)點的功耗問題是制約物聯(lián)網技術發(fā)展的一個重要因素。低噪聲放大器（LNA）作為無線接收機的第一級有源電路，其良好的性能是無線接收機能夠正常工作的重要保障。而且，在接收機的整體功耗中，LNA占有了很大一部分，故設計低功耗的LNA對降低無線接收機的功耗具有重要意義。其次，功率放大器（PA）作為無線發(fā)射

2、機的重要射頻模塊，占用了很大一部分功耗，因此，設計高效率的功率放大器是實現(xiàn)低功耗無線發(fā)射機的關鍵。為了設計出低功耗LNA和高效率PA，本文主要做了如下工作：
　　本文分析了CMOS工藝中有源器件和無源器件的噪聲特性，總結了二端口網絡的噪聲分析方法和噪聲系數(shù)的計算，為后面進行電路的噪聲分析打下理論基礎；
　　本文介紹了現(xiàn)代 LNA設計中最常用的幾種結構，并對每種結構的輸入匹配、噪聲和穩(wěn)定性等指標進行了分析。同時，研究了能夠實現(xiàn)

3、低功耗、低噪聲的前饋技術和噪聲消除技術。接著，本文介紹了PA的主要指標和分類依據(jù)，給出了各類PA的主要電路結構及其最高效率。
　　最后，本文基于UMC65 nm工藝，設計了一款低功耗LNA和高效率PA。對于 LNA，采用無源阻抗匹配網絡和并聯(lián)共源級兩種方法對其進行輸入阻抗匹配，并研究了兩種阻抗匹配方法對LNA電壓增益和噪聲性能的影響。在并聯(lián)共源級阻抗匹配方法的基礎上，設計了一款可實現(xiàn)單端輸入差分輸出的巴倫LNA。對于PA,通過使用

4、DC-DC降壓變換器和可變輸出阻抗匹配網絡來調節(jié)其輸出功率并保持高效率。
　　本文采用 Cadence下的SpectreRF進行了設計及仿真。仿真結果表明，對于LNA，在1.2 v供電電壓下，若采用無源匹配網絡，可實現(xiàn)648 MHz到1.2 GHz的帶寬，直流功耗為1.32 mW，電壓增益為14.6 dB，噪聲系數(shù)為2.2 dB，三階截點（IIP3）為-5.2 dBm；若采用并聯(lián)共柵級完成阻抗匹配，則該LNA可實現(xiàn)200 MHz到