應用於無線區域網路與寬頻帶系統之低雜訊放大器設計

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黃振洋(Jen-Yong Huang) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

應用於無線區域網路與寬頻帶系統之低雜訊放大器設計
(The Design of Low Noise Amplifier for WLANs and Wide-Band System Application)

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摘要(中)

本論文主要分為三大部份，第一與第二部份主要為應用於無線區域網路接收端系統，第三部份主要為應用於寬頻帶接收端系統。第一部份為利用TSMC SiGe 0.35-um HBT製程設計應用於雙頻帶射頻接收前端之低雜訊放大器，結合兩個頻段（2.4 GHz / 5.8 GHz）之雙頻帶低雜訊放大器可節省整體電路的面積並達到節省成本的目的。此外因傳統矽製程所產生的額外寄生效應將會影響射頻電路的特性表現，故利用附錄（A）之Shielded PADs設計方式，可有效的提升射頻電路之準確性。S-參數量測結果於頻率2.4 GHz之S21 = 11.1 dB、S11 = -14.2 dB、S22 = -9.4 dB、IP1dB = -8 dBm、OP1dB = 0.5 dBm、IIP3 = -4.4 dBm、OIP3 = 5.3 dBm。而頻率於5.8 GHz之S21 = 5.1 dB、S11 = -18.8 dB、S22 = -8.4 dB、IP1dB = -6 dBm、OP1dB = -2.4 dBm、IIP3 = 3.7 dBm、OIP3 = 7.3 dBm。雜訊指數於2.4 GHz下為4.3 dB，5.8 GHz下為5.4 dB，大致上模擬與量測結果已達到預期目標。第二部份為利用GCT GaAs 2.0-um HBT製程設計5.2 GHz頻段之低功率低雜訊放大器，利用有限的電容電感值設計雜訊匹配網路電路。於低功率操作下，其量測S-參數結果為S21 = 8.7 dB、S11 = -11.1 dB、S22 = -21.9 dB、IP1dB = -10 dBm、OP1dB = -2.3 dBm、IIP3 = -5.1 dBm、OIP3 = 3.6 dBm，雜訊指數為2.12 dB，此特性表現已接近初始模擬結果。第三部份為採用GaAs 0.15-um pHEMT製程設計應用於寬頻帶系統之低雜訊放大器，利用傳輸線設計所需的寬頻匹配網路。其S-參數量測結果於1.5 ~ 18 GHz之S21約為11.5 ~ 14 dB、S11約小於-2 dB、S22約小於-5 dB，雜訊指數的量測結果於1.5 ~ 18 GHz為1.9 ~ 2.4 dB，線性與非線性度量測分別於10 GHz下量測，其IP1dB = -13 dBm、OP1dB = -2.9 dBm、IIP3 = -4.6 dBm、OIP3 = 6.4 dBm，大致趨勢上皆符合預期結果。最後此論文的貢獻在於成功地利用Shielded PADs設計方式於射頻電路架構上，且由量測與模擬結果的對照可得知，已大幅改善其傳統矽製程所會產生額外寄生效應的問題。另經由適當的電路設計方式於不同頻帶的電路應用上，模擬與量測結果趨勢上已符合預期的特性，此方面可提供往後設計射頻電路時的參考。

關鍵字(中)

★ 雙頻帶
★ 寬頻帶
★ 無線區域網路
★ 低雜訊放大器

關鍵字(英)

★ Wide-Band
★ Dual-Band
★ Wireless Local Area Networks
★ Low Noise Amplifier

論文目次

目錄
頁次
第一章緒論……………………………………………… 1
1.1 研究背景………………………………………… 1
1.2 研究動機………………………………………… 2
1.3 章節概述………………………………………… 3
第二章低雜訊放大器之設計考量……………………… 4
2.1 簡介……………………………………………… 4
2.2 雜訊型態………………………………………… 5
2.2.1 熱雜訊…………………………………………… 5
2.2.2 散射雜訊………………………………………… 6
2.2.3 閃爍雜訊………………………………………… 7
2.3 電晶體之雜訊計算……………………………… 7
2.3.1 訊雜比與雜訊指數……………………………… 7
2.3.2 雙極性電晶體之雜訊計算……………………… 10
2.3.3 場效電晶體之雜訊計算………………………… 13
2.3.4 多級放大電路之雜訊計算……………………… 16
2.4 穩定度考量……………………………………… 17
2.5 線性度與非線性度之影響……………………… 18
2.6 電路型式………………………………………… 23
2.7 設計流程說明…………………………………… 24
第三章無線區域網路接收端之低雜訊放大器設計…… 27
3.1 無線區域網路系統簡介………………………… 27
3.2 雙頻帶 SiGe HBT 低雜訊放大器……………… 29
3.2.1 SiGe 0.35-um HBT 製程技術簡介……………… 30
3.2.2 電路架構與原理………………………………… 33
3.2.3 模擬結果………………………………………… 34
3.2.4 電路佈局………………………………………… 39
3.2.5 量測結果………………………………………… 40
3.2.6 結果與討論……………………………………… 48
3.3 5.2-GHz GaAs HBT低雜訊放大器……………… 49
3.3.1 GaAs 2.0-um HBT 製程技術簡介……………… 49
3.2.2 電路架構與原理………………………………… 53
3.2.3 模擬結果………………………………………… 54
3.2.4 電路佈局………………………………………… 58
3.2.5 量測結果………………………………………… 59
3.2.6 結果與討論……………………………………… 64
第四章寬頻帶低雜訊放大器設計……………………… 65
4.1 寬頻帶微波通訊系統簡介……………………… 65
4.2 寬頻帶低雜訊放大器…………………………… 67
4.2.1 GaAs 0.15-um pHEMT 製程技術簡介…………… 67
4.2.2 電路架構與原理………………………………… 69
4.2.3 模擬結果………………………………………… 70
4.2.4 電路佈局………………………………………… 74
4.2.5 量測結果………………………………………… 75
4.2.6 結果與討論……………………………………… 80
第五章結論……………………………………………… 82
參考文獻 …………………………………………………………………………… 83
附錄A 應用Shielded PADs之於射頻電路特性改善… 87
A.1 Shielded PADs簡介…………………………… 87
A.2 傳統PADs與Shielded PADs之結構圖………… 87
A.3 模擬與量測結果……………………………… 89
A.4 結果與討論……………………………………… 92

參考文獻

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指導教授

辛裕明(Yue-Ming Hsin)

審核日期

2005-6-28

推文