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2.0GHz差分结构低噪声放大器的研究与设计_论文网

时间:2012-03-27  作者:秩名
另外,从有利于电路集成实现和降低噪声系数的角度考虑,应当尽量避免使用大值电感。为了解决上述矛盾,可在M1的输入端设计一个小值 LC并联网络,以代替大值栅极电感,这里不再赘述[6]

3.2.3 栅宽的选取及其相关参数的计算

由于电路的噪声性能和M1的栅宽的选取有必要的关系,理论上讲M1的栅宽越大噪声越小,但如果栅宽过大会面积增加,功耗增加,增益降低,这就需要在栅宽、功耗、增益等指标增加综合考虑论文网,权衡设计,图4所示电路中,按照功率约束条件,可以得到M1的最优栅宽表达式[7]

(10)

其中Cox是单位面积氧化层电容,L是有效栅长,两个参数有工艺决定,根TSMC0.18μmCMOS工艺参数计算得到Cox=8.91mF/m2,L=0.18μm,ω0=2π×2.0×109,Rs=50Ω,Qsp是最佳品质因数,噪声系数对于在3.5到5.5之间的Qsp值是不敏感的,我们取Qsp值为4.5,代入(10)计算得M1M1的Wopt(M2的栅宽约为M1栅宽的十分之一)。

(11)

(12)

(13)

为0.37,则有(3)、(8)、(9)式分别得:

(14)

(15)

(16)

3.2.4 噪声的优化

根据有关文献的研究[7,8,9],MOS管的最小噪声系数可以表示为:

(17)

在功率约束条件下可得到最优器件的栅宽表达式论文网,如式(10),对于栅宽为 Wopt 的器件,功率约束条件下的噪声系数为

(18)

其中和与MOS管的沟道长度有关,由工艺给出。

另外,为了为了进一步提高LNA的增益,利用一个小值LC并联网络代替大感值的栅极电感作为差分电路的负载阻抗[10,11]。综合考虑足够高的增益,足够多的线性范围和较低的功耗,LAN的工作电压1.8V,偏置直流电流0.7mA,功耗15mW 。

4 结 论

本文通过对共源共栅结构LAN的研究分析,从阻抗匹配、噪声系数、线性度、栅宽的最优化等方面对电路的性能进行了优化,设计出了一种2.0GHz的低噪声放大器。在 0.18 μm CMOS 工艺下,利用SpectreRF 软件对电路进行了仿真,结果显示,LNA的功率增益、阻抗匹配、噪声系数和线性度等参数都达到了良好的性能。


【参考文献】
[1].杨芳等译.现代无线系统射频电路实用设计.卷II,有源电路与系统[M].西安:西安电子科技大学出版社.
[2].新型集成电路简明手册及典型应用.[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.
[3].陈贵灿,张瑞智,程军.大规模集成电路设计[M].北京:高等教育出版社,2005,7.
[4].黄玉兰.射频电路理论与设计[M].北京:人民邮电出版社,2008,10.
[5].华成英,童诗白.模拟电子技术基础[M].北京: 高等教育学出版社,2006.5
[6].张炜,冯全源.一种新型输入匹配结构在低噪声放大器中的应用[J]. 微电子学,2007,6:425-427.
[7].LEE T H.The design of CMOSradio frequencyintegrated circuits,second edition [M ].北京:电子工业出版社,2005.
[8].Wes Hayward;Tick Campbell;Bob.著 邹永忠,杨惠生,吴娜达等译.射频电路设计实战宝典[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2006.
[9].黄智伟.射频功率放大器电路设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2009-02-01
[10].张炜,冯全源.CMOS低噪声放大器中的输入匹配研究与设计[J] .半导体技术,2007,6:486-489
[11].曹克,杨华中,汪惠.低电压低功耗CMOS射频低噪声放大器的研究进展[J] .微电子学,2003,8:317-323.
 

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