cmos射频器件建模及低噪声放大器的设计研究-无线电物理专业毕业论文-research on modeling of cmos rf devices and design of low noise amplifiers - graduation thesis of radio physics.docx

摘要摘要近年袋无线逶臻系统的蓬勃发矮使褥嘉榘藏度、低功糕浆无线牧发褪戏为学术界和工业界的研发热点。无线市场曾一度被特征频率更高的异质结材料或硅旗双极型、BicMOS技术艇主导，但睫羞C瓢os工艺尺寸懿不甥减小帮工艺技术的不薮遴步，MOs晶体管的特征频率已经超过20GHz，甚至达到了looG弛，这一技术进步将逐渐改变传统的无线市场掺局，使缛研发全集成驰cMOS无线收发枫成为可能。但是，由于传统的cMOs工艺掰向的怒低频模拟电路及数字电路设计，因此应用cMos工艺实现全集成觅线芯片的挑战之一便是缺乏准确的晶体管RF交流模型。因j觅，本文从讨论晶体篙的BslM3v3模涎与测试数据的差异出发，提出了一个包含栅极电阻模型和衬底电阻网络模型的晶体管RF交流模测，并通过测试实验数疆遴行了验证。采用eMOs工艺实现射频集成电路的另一个挑战是缺乏准确的晶体管噪声模型。传统黥噪声搂鼙，无论是vanderziei噪声模璧，还是转SlM3v3噪声搂鬟均采用长沟近似建模，锻至忽略感应栅噪声，与深亚微米的晶体错高频噪声存在着明显的麓雾。本文在获褥鑫薅管RF交流模型黪蒸鑫上，运过逡遂毫疆横鍪，考藤了短沟道晶体管的沟道长度调制效应和热载流予效应，提出了晶体管沟道热噪声模型以及檄感应噪声模型，著逶过测试鼗攒送{亍了模型验程。接着，本文还研究了CMOs工藏中片上螺旋电感和片上变压器的宽带建模，通过考虑片上电感的树底耦台与分布效应，解决了窄带电感模溅无法准确拟合片上电感的高频特性问题，并采用2．5D酌EM仿真器对所提出的两个模型进行了验证。为了验证cMOs工艺中各种器件模型的准确性以及采熙cMos工艺实现射频电路的可行性，本文研究并设计了无线收发机中的关键模块之一——低噪声放大器。通过对各种拓扑结构的系统研究与论述，本文提出了两种低功耗LNA的设计方法：交嚣嚣藕合、折叠式共源共糯低噪声放大器和反共深共橱低噪声放大器，并给出了详细的设计过程和仿真结果。最后，零文采群弱麓eO。2皋m辍FcMoS工艺实现了所提密静两个低骥声敖大器电路，并采用cOB的测试方法对电路性能进行了测试。关键宇：晶体管交流建模，晶体管噪声建模，片上螺旋电感，片上变压器，低噪声赦大器，荚锈据羚结稳，共稼据矜结褐Abstra时AbstractWirelesscommunicalionshasexperienced anexplosive growlhinIhelasldecade，whìchhasmadetheresearchonhighintegration，lowpowertransceiverbecomeIhehotspotin.bothacademicandindustrialarea.Thewirelessproductsmarkethaslongbeendominat巳dbythehetero仙nctionorsiliconbasedbipolar/BiCMOStechnologybecauseoftheirrelativelyhighercharacteristicfrequency.However，thecontinualscalingoftheCMOSlechnologyhasraisedthecharact巳rislicfrequencyofdeep-submicronMOSFETupto20GHz，evenexceed100G日z，causing arevolutioninthetraditional日ituationinthewirelessmarket，andmakingthistechnologyanattractivecandidateforsignle嗣chipfullíntegration tran创eivers.However，sinceCMOStcchnologywasoriginallydevelopedforthelowfrequencyanalogcircuits andlarge-scaledigitalcircuits desi阴，oneofthechallengesof introducing CMOStechnologyinlotheradiofr巳quencyapplicationsisIhelackofaccurateRFMOSFETmodels.GroundedonthemaindiscrepanciesbetweentheBSIM3v3modelandthemeasurementdata，thisthesisproposedamacroMOSFETRFa.c.modelbasedonBSIM3v3，byaddingaphysicalbasedgaleresislorandasubstratenetwork.Thismodelwasthen