陳怡然臺灣大學：電子工程學研究所黃耀毅Huang, Yao-IYao-IHuang2007-11-272018-07-102007-11-272018-07-102006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/57615近年來，自從美國聯邦電信委員會(FCC)將頻譜上 3.1GHz 到 10.6GHz 的頻段分配給 UWB無線通訊系統後，UWB 無線系統的發展受到學術界與工業界的高度關注。UWB 系統是一種低耗電、高傳輸速率的無線通訊技術，其應用領域很廣，包括影像系統、穿透牆壁或地面的雷達顯像、追蹤與監視裝置、以及商業上與家庭娛樂的無線高速傳輸系統等等。而位在 UWB 接收系統的第一級電路，就是低雜訊放大器，由於低雜訊放大器是接收系統的第一級，所以在操作頻率範圍內必須具有很小的雜訊指數(大約3dB)並且要提供夠大的增益(大約20dB)，而如何設計一個適用在 UWB 無線系統的寬頻低雜訊放大器，則成為了一個新的挑戰。 本論文主要研究如何設計具有寬頻操作的低雜訊放大器，並且使用UMC 0.18um CMOS 製程，實現此一超寬頻(UWB)積體低雜訊放大器。本論文之寬頻低雜訊放大器使用網路合成的設計理論，藉由設計帶通濾波器來實現寬頻匹配網路。並利用增益補償理論，設計中間級匹配電路，補償電晶體隨頻率上升而下降的增益，以維持寬頻放大器的增益平坦度。最後，結合了負回授技術實現一個 3.0-7.5 GHz 的超寬頻低雜訊放大器積體電路。電路操作在 1.8V 偏壓，功率消耗為 32mW，從 3.1GHz 到 7.5 GHz，放大器量測的雜訊指數皆小於 3.8 dB，而增益為 19dB。Ultra-wideband (UWB) radio is a new wireless technology that can be used for high-speed data transmission at low cost with relative power. One of the most critical components in an UWB radio system is the front-end low-noise amplifier (LNA) because it needs to provide low noise figure (~3 dB) and high gain (~20 dB) over a very broad frequency range. It is a new and difficult challenge to design an usable broadband low- noise amplifier for UWB transceiver. This thesis presents the systematic design approaches to realizing a low-noise amplifier over a wide operation frequency range. The resistor shunt-feedback is used to constitute the broadband matching conditions for both noise and gain performance. The network synthesis is an approach of realizing broadband matching network by designing a bandpass filter. The gain compensation technique is applied on the interstage network to provide compensation for the gain roll-off of the active devices. A fully-integrated 3.0-7.5 GHz UWB low-noise amplifier is implemented using UMC 0.18μm CMOS technology. The measured noise figure is lower than 3.8 dB from 3.1 to 7.5 GHz. Operated on a 1.8V supply, the LNA delivers 19dB power gain and dissipates 32mW of power.第一章 緒論 1 第二章 低雜訊放大器基本設計概念 3 2.1 簡介……………………………………………3 2.2 穩定度分析……………………………………4 2.3 雙埠網網路的增益……………………………7 2.4 雙埠網路的雜訊指數…………………………9 2.5 結論……………………………………………9 第三章 寬頻放大器的架構 10 3.1 簡介……………………………………………10 3.2 負回授 (Negative Feedback)………………11 3.3 散佈式放大器 (Distributed Amplifier)…12 3.4 交錯協調 (Stagger Tuning) ………………13 3.5 主動匹配 (Active Matching)………………14 3.6 寬頻匹配 (Broadband Matching) …………15 3.7 結論……………………………………………15 第四章 網路合成理論 17 4.1 寬頻阻抗匹配的問題…………………………17 4.2 網路合成理論 (Network Synthesis)………18 4.3 寬頻阻抗匹配…………………………………22 4.4 諾頓轉換定理…………………………………23 4.5 柴比雪夫濾波器公式…………………………31 4.6 寬頻匹配電路設計……………………………38 4.7 結論……………………………………………49 第五章 增益補償理論 50 5.1 中間級設計的問題……………………………50 5.2 中間級增益補償設計…………………………53 5.3 結論……………………………………………55 第六章 寬頻低雜訊放大器設計 56 6.1 電路設計流程…………………………………56 6.2 各電路元件所貢獻的雜訊比例………………65 6.3 電路模擬結果…………………………………69 6.4 電路量測結果…………………………………71 6.5 結論……………………………………………77 第七章 結語 78 參考文獻 791910308 bytesapplication/pdfen-US寬頻低雜訊放大器網路合成增益補償理論負回授Broadband LNANetwork SynthesisGain compensation theoryFeedbackthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/57615/1/ntu-95-R92943075-1.pdf