0.18Mm CMOS卫星导航系统射频前端设计

摘要

本文提出了一种双频段全球导航定位系统（Global Navigation Satellite System, GNSS)射频前端的设计与实现。该双频射频前端由低噪声放大器、下变频器及可编程增益放大器组成，其工作频率可以分别配置在1.2GHz及1.57GHz。
　　本文首先介绍了CMOS导航接收机的相关背景，包括信号特征、CMOS工艺特点以及接收机结构。随后，详细介绍了双频低噪声放大器的设计过程。该伪差分结构低噪声放大器用有源的方法实现了单端输入到差分输出（非平衡一平衡）的转换，并采用电容耦合补偿的方法改善了差分输出信号的相位及幅度非平衡特性。恒定跨导偏置电路的使用减小了低噪声放大器的增益随工艺、电压、温度变化的偏差。此外，该低噪声放大器可以很容易的配置在不同的工作频率以接收各种导航信号。
　　下变频器基于Gilbert结构，并在其开关级采用分流（current bleeding)的方法降低噪声并提高了线性度。高线性度可编程增益放大器具有18dB的增益调节范围，调节步长为6dB，在30MHz内的纹波小于0.2dB。
　　本文设计的射频前端采用中芯国际0.18pm CMOS工艺制造，版图面积为1.0X0.5mm2(包括ESD和焊盘）。芯片直接键合到测试板进行测试。测试结果显示，该射频前端在1.2GHZ/1.57GHz下分别具有68dB/66dB的增益，2.4dB/2.6dB的噪声系数，-42dBm/-39dBm输入ld B压缩点。该射频前端用1.8V供电，共消耗10.0mA电流。

目录

封面

上海交通大学博士学位答辩决议书

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1 .2全球导航定位系统简介

1 .3国内外发展现状与趋势

1 .4课题主要工作

1 .5论文组织结构

1 .6本章小结

第二章CMOS接收机基础

2.1深亚微米CMOS工艺器件

2 .2 接收机结构选择

2 .3射频前端若干关键指标的制定

2 .4本章小结

第三章CMOS低噪声放大器基础

3.1 功率匹配、噪声匹配

3 .2经典低噪声放大器

3 .3差分输出低噪声放大器结构

3 .4本章小结

第四章电容补偿伪差分低噪声放大器分析与设计

4 .1电容补偿反馈原理

4 .2偏置

4 .3放大管尺寸及偏置点

4.4 Cascode管尺寸及偏置

4 .5负反馈电感

4 .6本章小结

第五章下变频器与可编程增益放大器设计

5 .1下变频器

5 .2可编程増益放大器

5 .3本章小结

第六章版图与测试结果

6 .1版图设计

6 .2射频前端测试

6 .3本章小结

第七章结束语

7 .1主要工作与创新点总结

7 .2后续研究工作展望

参 考 文 献

附录1 原始测试数据

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文