开题报告-P波段低噪声放大器的性能优化设计及版图实现.doc

西南科技大学毕业设计（论文）开题报告学 院信息工程学院专业班级姓 名 学 号题 目P波段低噪声放大器的性能优化设计及版图实现题目类型设计型一、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）1.1 研究背景及意义 近年来，基于微电子技术为基础的信息技术的发展，极大地推动了无线通信技术的变革，各种无线通信技术不断涌现。无线通信包括射频(Radio Frequent，RF)通信和微波(MicroWave，MW)通信，其利用无线电磁波作为信息载体，将电信号，转变为电磁波，再转变为电信号的通信方式。无线通信技术的发展，如新一代移动通信(3G、4G)，无线局域网，物联网等影响到了人类生活生产的方方面面，推动了人类社会的进步与发展。 在无线通信中，低噪声放大器(LNA)是接收机最为关键的部分之一。在射频微波电路中，放大器在直流功率转交流功率时起放大射频信号功率的作用，这时要求放大器有较低的噪声和较高的增益或功率输出。因为较低的噪声能保证有用信号不会被噪声所覆盖，造成信号丢失或者失真。另外，在多级系统中，低噪声放大器的功率增益能明显抑制来自后级的噪声，因此低噪声放大器影响着整个系统的噪声性能即灵敏度。同时低噪声放大器的动态范围和线性度也会很大程度上影响系统的性能。也就是低噪声放大器性能的好坏将直接决定整个电路系统性能的好坏。 1.2 研究现状和发展趋势 近年来，无线通信技术快速发展，进而对微波射频电路的性能也不断提出更高的要求。放大器作为射频电路系统中最为关键的部分之一，随着半导体技术的不断进步更是发展迅速。 目前，国内的低噪声放大器研制水平与国外的一些发达国家相比，还有一些差距，主要是体现在制作工艺方面，国内很多优秀企业和科研机构在产品的设计思想和方法上，也已具有较高的水平。近年来，业界针对微波低噪声放大器的研究，主要朝两个方向发展，一方面是发展各类功率半导体有源器件如BJT、MESFET、MOSFET、PHEMT、HBT、HEMT等，主要侧重于晶体管自身性能的提高；另一方面是加强低噪声放大器放大电路的理论研究，研究低噪声、高增益、高线性度、超宽带的电路拓扑结构和匹配理论等。参考文献：1Curtice W R, Ettenberg M. A Nonlinear GaAs FET Model for Use in the Design of Output Circuits for Power AmplifiersJ. Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on, 1985, (12):1383-1394.2Gray , Dewitt , Boothroyd . Physical electronics and circuit models of transistorsJ. Semiconductor Electronics Education Committee Books, 1964.3Johnson J B. Thermal Agitation of Electricity in ConductorsJ. Nature, 1928, 119(2984):50-51.4Pan J J, Pan J J. Monolithic Microwave IC Technologies and System ApplicationsC. /Military Communications Conference - Progress in Spread Spectrum Communications, 1982. MILCOM 1982. IEEE. IEEE, 1982:18.4-1 - 18.4-7.5Romanofsky , Warner , Alterovitz , et al. A cryogenic K-band ground terminal for NASAS direct-data-distribution space experimentJ. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2000, 48(7):1216 - 1220.6Whelehan J J. Low-noise amplifiers-then and nowJ. IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, 2002, 50(3):806-813.7Wadefalk N, Mellberg A, Angelov I, et al. Cryogenic wide-band ultra-low-noise IF amplifiers operating at ultra-low DC powerJ. Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on, 2003, 51(6):1705 - 1711.8Weinreb S, Bardin J C, Mani H. Design of Cryogenic SiGe Low-Noise AmplifiersJ. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2007, 55(11):2306 - 2312.9GuliiermoGonzalaz著，白晓东，译微波晶体管放大器分析与设计M北京：清华大学出版社，200310陈天麒微波低噪声晶体管放大器M北京：人民邮电出版社，198311陈邦嫒射频通信电路M科学出版社,200612黄玉兰ADS射频电路设计基础与典型应用M北京：人民邮电出版社，201013黄智伟射频小信号放大器电路设计M西安：西安电子科技大学出版社，2006.14黄涛. 宽带低噪声放大器的设计D. 电子科技大学, 2012.15李智群，王志功射频集成电路与系统M北京：科学出版社,200816李征帆，毛均发微波与高速电路理论M上海：上海交通大学出版社，200117孙再吉GaAs MESFET、HEMT和HBT的最新发展J半导体杂志，199218徐兴福ADS2008射频电路设计与仿真实例M北京：电子工业出版社，200919Rowan Gilmore，Les Besser著，杨芳等，译现代无线系统射频电路实用设计M北京：电子工业出版社，200620范博.射频电路原理与实用电路设计M.北京：机械工业出版社，2006.二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程2.1 设计内容 掌握设计指标与器件选择以及偏置电路实现的设计原理。 通过明确P-LNA的设计指标参数值（频段，噪声系数，增益，输入输出驻波比等），设计实现单级和双级LNA电路，并对单双级电路性能比较分析。 根据所最终设计确定的原理电路（仿真该电路能够实现较小噪声与最大增益的统一），完成电路版图设计与优化。 熟练运用ADS仿真设计技术完成相关工作。2.2 设计方案P波段低噪声放大器的设计方案：(一) 根据设计指标，选择合适的晶体管； (二) 根据设计指标，选择恰当的放大电路拓扑结构； (三) 稳定性设计，这是后续所有步骤的基础； (四) 直流分析，为晶体管选择合适的直流工作点，并设计偏置电路； (五) 最小噪声输入网络阻抗匹配的设计； (六) 最大增益输出网络阻抗匹配的设计； (七) 如果是多级放大电路，还要进行级间匹配； (八) 先局部优化，再总体优化，最终使各项指标达到要求。 2.3 设计方法及措施 2.3.1 实验设计 1、LNA的管子选型 在综合考虑功率增益、噪声系数等指标后，我们选择了 NXP 半导体公司生产的型号为 BFU630F的 NPN wideband silicon RF transistor。选择这个管子主要考虑它在要求频带范围内能正常工作，并且在要求的带宽内噪声系数很小，而且增益也满足要求。 2、仿真S参数射频电路的特性主要由S参数来表示，所以S参数仿真是射频电路最重要的仿真方法。S参数仿真采用网络的观点观察电路，可以反映射频网络输入和输出端口的行驻波特性，以及不同端口之间的传输特性。 3、最佳噪声匹配 采用smith圆图来进行匹配，单级电路中，输入端网络匹配是按照噪声最小来设计的，输出匹配网络是按照增益最大来设计。多级电路中，第一级放大电路是根据噪声最小来设计，第二级放大电路是根据增益最大来设计。 4、稳定电路设计 引入负反馈电路，通过降低放大器增益，改善放大器的稳定性、平坦增益度、改善非线性失真以及扩展通频带。但同时由于负反馈的引入，会增加系统的噪声系数。不过由于负反馈网络结构简单，价格便宜，易于加工，适用于本设计。 5、进行仿真，查看结果是否符合指标。 2.3.2 设计方法 1、分析低噪声放大器的主要指标，分析用于定义稳定性、增益、噪声和输入输出阻抗匹配等指标。 2、选择合适的晶体管，因为电路要先稳定才能再进行其它指标的设计，做稳定性的分析。低噪声放大器与常规低频电路的设计方法完全不同，它需要考虑一些特殊的因素；尤其是入射电压和入射电流都必须与有源器件良好匹配，以便降低电压驻波比、避免产生寄生振荡。 3、在优先满足噪声小的前提下，提高电路增益。在输入匹配电路的设计上以最小噪声的原则设计，输出匹配电路设计以提高放大器应用频率范围和增益为主，同时电路满足稳定性条件。并利用S参数和Smith圆图来折衷稳定性、增益、噪声和输入输出阻抗匹配等关键指标。 4、如果设计出来的低噪声放大器增益不理想的话，试着用其它的管子。 5、用ADS2008软件仿真，调试各种参数指标，最终设计出低噪声放大器。三、毕业设计（论文）工作进度安排（1）1月1日2月20日根据毕业设计题目，查询收集资料；（2）2月21日3月27日初定设计方案，撰写并提交开题报告；（3）3月28日开题答辩；（4）3月28日4月11日对相关文献进行多方面深入阅读，了解各种电路实现形式和低噪声放大器，弄懂其原理等相关知识，确定最终方案； （5）4月12日5月5日系统实现，完成相关电路的设计，调试并检测，使之达到要求；（6）5月6日5月2