文献综述(或调研报告):
近年来,更高数据速率的需求推动无线通信技术的快速发展,随着5G频段逐步投入使用,毫米波领域的收发机将成为未来研究的热点。而作为收发机中的核心模块,低噪声放大器LNA的性能直接影响到通信质量,研究毫米波频段的低噪声放大器是极为重要的工作。
由于对高数据速率的需求逐渐增长,具有高吞吐率的优点的超宽带系统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收发机的第一级系统,其性能好坏至关重要。
针对宽带低噪声放大器设计,国立台湾大学Huei Wang教授团队于2012年发表了29-44GHz超宽带低噪声放大器。该设计基于90nm CMOS LP工艺,采用变压器反馈的方式实现29-44GHz 射频工作频段,获得最低3.8dB的噪声系数,功耗为18mW。
2016年,M.Vigilante与P.Reynaert等提出了一种69.1-96.4GHz可变增益低噪声放大器。该设计采用28nmCMOS工艺,中心频率为82.3GHz,增益范围为18-29.6dB,噪声系数NF为6.4-8.2dB,电源电压为0.9V,功耗为31.3mW。
2018年,Mohanmed Elkholy与Kamran Entesari等发表了一种可变增益超宽带低噪声放大器。该设计基于40nmCMOS工艺,采用三级增益级与双调谐变压器实现26-33GHz工作频段内18-26dB增益,1dB增益步进均方根误差小于0.38dB。该设计还有12-14.5dBm的OIP3和3.3-4.3dB的噪声系数,功耗为21.5-31.4mW。
2019年Sheikh Nijam Ali等人提出了一种连续步进可变增益低噪声放大器,其使用65nmCMOS工艺,采用两级CS结构,频率范围达到22-34GHz,增益可达18.2dB,噪声系数NF为3.9-4.1dB,3dB带宽可达12GHz,电源电压为1V,功耗仅为9.8mW。
作为接收机系统的核心部件,低噪声放大器的工作带宽和噪声系数将直接影响接收机通信的性能,因此是低噪声放大器的设计中的重点。此外,增益、OIP3、功耗也是衡量低噪声放大器性能的重要指标。
结合多篇文献中的低噪声放大器设计与性能分析,当前超宽带低噪声放大器的设计仍面临带宽相对较窄,并且不能灵活的配置工作频带,噪声系数也相对较高的问题。因此本课题希望利用65nm CMOS工艺实现高宽带的低噪声放大器,可以通过开关切换等方式实现覆盖所有5G毫米波应用频段。
设计指标如下:
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