平方公里阵列(The Square Kilometer Array,SKA)是在建的下一代天文望远镜。它的灵敏度比目前世界上最好的射电望远镜高出两个数量级,整个望远镜建成后,总的接收面积达到一平方公里,整个望远镜需要上千万个接收单元,因此,高性能、低功耗、低成本的接收前端是平方公里阵列系统的重要应用需求。根据SKA中频阵列的系统指标以及其他单元(天线、滤波器等)的指标,本文提出接收前端中低噪声放大器(LNA)和可变增益放大器(VGA)的设计目标。同时,考虑芯片的成本、集成度以及技术成熟度,本文选择了发展迅速的SiGe工艺,采用的是华虹180nm SiGe BiCMOS工艺线。本文的主要研究内容和成果如下:(1)针对LNA超低噪声系数的问题,本文采用高性能的异质结双极型晶体管(HBT)设计。低噪声放大器的第1级是在发射极负反馈电感放大器的基础上采用串联的电容、电阻负载,利用晶体管寄生电容扩展带宽,第2级为发射极跟随器,提供宽带输出匹配。利用多LC谐振结构实现了良好的噪声性能,经过仿真验证,结果表明,在500M～1500MHz,噪声系数低于1.4dB,最低噪声系数0.84dB,输入输出反射系数小于-10dB,增益大于15dB,1dB压缩点为-25.3dBm,在3.3V工作电压下,功耗34mW,整个电路面积为1.1mm*0.98mm(含pad)。各项指标满足设计要求,可以应用在SKA中频阵列前端。(2)针对VGA低功耗的问题,本文采用金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOS)设计。VGA分为三个部分:噪声消除结构的固定增益部分,3个电流分割型VGA级联而成的增益可变部分和源极跟随器作为输出电路。经过仿真验证,结果表明,在500M～1500MHz,VGA的噪声系数为9～15dB,输入输出反射系数小于-10dB,数字控制的增益动态范围为20.5dB,增益步进约为3dB,增益平坦度小于1.7dB,在最大的增益状态下输入1dB压缩点为-5.2dBm,在 1.8V工作电压下,功耗 18.9mW,整个电路面积为 1.5mm*1.16mm(含pad)。本文设计的LNA、VGA表现出良好的噪声系数,指标满足设计要求,可以应用于SKA中频阵列射频前端。