1. 研究目的与意义(文献综述)
近几年来,随着手机、电脑等通讯设备的普及,现代通信技术的研究及发展成为一个重要的研究内容。有线通信技术曾经是市场的主流,但由于其在空间区域不能自由布线,成为数据传输的一个瓶颈,因此无线通信技术是一个很好的通信方案。
许多科学和技术对于无线通信的发展做出了贡献,但是造就当今移动通信辉煌局面的应当首推射频技术。要实现移动通信,必须采用无线传输。毋庸置疑,射频技术是当代移动通信的基础。如今射频无线通信技术正迅猛发展,已经被广泛地应用于当今社会的各个领域中,比如无绳电话、蜂窝(移动)电话、家用卫星网络等,目的是实现各种设备之间的无线连接和信息交换。这不仅改变了我们的通信方式,更重要的是改变了我们的生活方式。最显著的表现就是无处不在的手机,它使人与人之间的联系更为紧密也更加方便,可以说手机已经成为我们生活中不可或缺的一部分了。而随着使用人群的快速增长与不断壮大,整个无线通信产业也进入了大规模高速率的发展阶段,在国民经济中的比重越来越大,推动着社会经济持续繁荣发展,甚至于对整个社会的发展都有着不可估量的影响力。而这种潜在的市场造成了对射频集成电路的巨大需求。原来的混合电路由于不能满足低成本、低功耗和高集成度的要求,而必然要被集成度越来越高的射频集成电路所取代。典型的射频收发设备除了对功耗、速度、成品率等性能的要求外,还要考虑噪声、线性范围、功率增益、稳定性等指标。
低噪声放大器(low-noiseamplifier,简称lna)是射频接收机前端的主要部件。它主要有四个特点:(1)它位于接收机的最前端,如图1所示,这就要求它的噪声越小越好。为了抑制后面各级噪声对系统的影响,还要求有一定的增益,但为了不使后面的混频器过载,产生非线性失真,它的增益又不宜过大。放大器在工作频段内应该是稳定的。(2)它所接受的信号是很微弱的,所以低噪声放大器必定是一个小信号放大器。而且由于受传输路径的影响,信号的强弱又是变化的,在接收信号的同时又可能伴随许多强干扰信号混入,因此要求放大器有足够大的线性范围,而且增益最好是可调节的。(3)低噪声放大器一般通过传输线直接和天线或天线滤波器相连,放大器的输入端必须和它们很好的匹配,以达到功率最大传输或最小的噪声系数,并能保证滤波器的性能。(4)应具有一定的选频功能,抑制带外和镜像频率干扰,因此它一般是频带放大器。
2. 研究的基本内容与方案
在本次2.4ghz射频低噪声放大器的设计中,所要完成的基本内容包括选择放大器级数、晶体管选择、电路拓朴结构、电路初步设计、用cad软件进行设计、优化、仿真。以此来达到设计性能指标要求:(1)工作频率:2.5ghz;(2)源阻抗:50ohm;(3)功率增益10db;(4)噪声系数2db;(5)稳定性:绝对稳定。
在射频低噪声放大器的设计中,首先了解两端口网络的噪声分析方法,再进一步掌握mos晶体管两端口网络噪声参数的理论分析方法与集成cmos低噪声放大器的电路结构。在清晰了解放大器的各种设计方程,包括增益、噪声系数等的基础上,兼顾低噪声放大器的各种性能要求(增益、噪声系数等)和元器件的限制,考虑采用等高线设计法,设计出满足研究设计要求的低噪声放大器。需要注意的是各个指标存在一定的相互牵制关系,当一个指标得到提高,其它指标都会有所相应地减小。为了获得较好的性能指标,一般采用提高电路中各元器件的静态工作点,以牺牲功耗来实现高性能。
本次2.4ghz射频低噪声放大器电路设计完成了mos晶体管的噪声分析,实现了噪声、输入同时匹配的理论研究和电路的实现。同时主要研究低噪声放大器电路的拓扑结构、噪声理论,也比较了多种降低噪声和增大功率增益的电路结构,最终完成所需要的低噪声放大器电路设计。
3. 研究计划与安排
第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需理论基础。确定方案,完成开题报告。
第4-5周:熟悉掌握基本理论,完成英文资料的翻译,熟悉开发环境。
第6-9周:编程实现各算法,并进行仿真调试。
4. 参考文献(12篇以上)
[1]徐兴福.ads2008射频电路设计与仿真实例.北京:电子工业出版社,2009
[2]陈艳华,李朝晖,夏玮.ads应用详解:射频电路设计与仿真.北京:人民邮电出版社,2008
[3]王宁.射频低噪声放大器的设计.计算机与信息技术.2009(10)
