２电路设计
本文设计了一个基于ＴＳＭＣ ０．１８ｐ．ｍ ＣＭＯＳ工艺。工作频 率为２．４ ＧＨｚ的射频低噪声放大器，通过优化达到了较好的性 能。电路结构如图ｌ所示，电路采用的是电感源极负反馈的共 源一共栅结构（ｃａ蚰ｅｄｅ结构、．这种结构可以在提供较低的噪声 系数的同时．实现５０ｎ的输入阻抗。
ｒ、图ｌ ＬＮＡ电路结梅
英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数：
王宁章， 周长川， WANG NINGZHANG， ZHOU CHANGCHUAN 计算机与电子信息学院,广西大学,530004
微计算机信息 MICROCOMPUTER INFORMATION 2007，23(29) 2次
参考文献(2条) 1.Behzad Razavi.余志平.周润德 射频微电子 2006
流可以，表示一如下＝：ｍｋ％（击）％，老吩２彘
ｖ－是ＭＯＳ管的饱和速度，Ｖ乎Ｖ旷Ｖ疆称为栅过驱电压．、ｋ 为栅源偏置电压，¨为有效迁移率，Ｖ髓为阈值电压。０为迁移
率的衰减系数，０的值可以通过估计得到。利用泰勒展开式，计
ｌＩＰ３：８ＶｓａｔＬｅｆｆＶ。ｄ（１＋盟×１＋—！监Ｌ）２ 算Ｌ－的泰勒系数，可以推出短沟道ＭＯＳ管的ｌＩＰ３的表达式为：
2.段晓峰.陈向东.黎文模 0.5umCMOS工艺参数电流反馈运算放大器[期刊论文]-微计算机信息 2006(11)
相似文献(9条)
1.期刊论文 王宁章.周长川.WANG Ning Zhang.ZHOU Chang Chuan 2.4GHz 0.18μm CMOS低噪声放大器分析与设计
-电子技术应用2007,33(7)
鎏；堕
图４ Ｓ参数和噪声系数的仿真结果图
在设计过程中，充分考虑了电感Ｏ值对噪声的影响，使用 ＩＮＤＱ模型来模拟电感，Ｏ值设为６，中心频率设为２．４ＧＨｚ，电感 的值一般不超过７ｎｉｌ．采用１．５Ｖ电源供电。
上图可以看出，低噪声放大器工作在２．４ＧＨｚ时．噪声系散 （ｎｏｉｓｅ矗鼬蚋为１．７６８ｄＢ，噪声系数较低；正向传输增益ｓ２１大于 ２０ｄＢ，具有较高的增益；ＳＩＩ、￥２２在工作频率２．４ＧＨｚ处达到援 值。说明输入、输出阻抗匹配良好，Ｓ１１等于—２６．ｔ３７ｄＢ，Ｓ２２等 于－４１．３２３ｄＢ，说明回波损耗很小；￥１２为一３４．５３２ｄＢ。说明反向 隔离特性比较理想。
电子设计
文章编号：１００８－０５７０（２００７）１０＿４－ｏ“２—ｎ２
中文核心期刊‘微计算机信息＇（嵌入式与ＳＯＣ）２００７年第２３卷第１０—２期
２．４ Ｇ Ｈｚ射频低噪声放大器分析与设计
Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ２．４ ＧＨｚ Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｌｏｗ－Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ
2.学位论文 谢婷婷 0.18μmCMOS工艺5GHz WLAN低噪声放大器和Low-IF下变频器 2003
最近十年,网络与无线通信的迅猛发展极大地推动了社会的信息化进程.一方面,各种信息,包括文字、图片、声音和图像,广泛地通过网络传播到信息 终端,网络的各种业务已渗透到各行各业.另一方面,各种无线通信技术的广泛应用已经使人类摆脱了通信场所的限制,基本实现了随时随地通信的梦想.为 了适应信息爆炸增长对通信领域的更高要求,人们渴望将网络和无线通信的优点合而为一.具体米说,就是人们的智能终端不需要通过不同类型的连接线米 连接,而是直接以无线方式、低成本接入当地的有线网络,实时地共享并交换各种信息资源,无线局域网(WLAN)技术正是在这种背景下产生的.本课题采用 TSMC 0.18μm的CMOS工艺设计并实现用于IEEE 802.11a 5GHz WLAN系统的射频接收机中的低噪声放大器(LNA)和低中频下变频器(Dowr Converter).其中 ,LNA的主要功能是将天线接收到的微弱信号在引入较低的噪声的情况下进行放大.输入端要求实现50欧姆阻抗匹配.Down Converter将LNA输出的信号与本 振信号(LO)混频产生低中频信号,要求噪声低、线性度高并提供适当的增益.本论文第二章介绍接收机的基本结构及其性能参数.第三章介绍了集成电路的 工艺渠道,工艺选择和设计流程.第四章介绍了LNA阻抗匹配的几种结构,在此基础上确定了源极电感反馈式结构.然后对LNA的噪声进行了分析和优化,给出 了电路的仿真结果.论文第五章首先介绍变频器的基本原理和几种不同的电路结构,引入了差分平衡Gilbert式结构,通过对变频器噪声机理的分析,在原有 的结构上增加了电流注入模块.最后给出了电路的仿真结果和芯片照片.第六章介绍芯片的测试,包括在片测试和基片测试,LNA的测试结果表明电路工作在 4.7GHz的增益为15.7dB,噪声为2.5dB,1dB增益压缩点对应的输入功率为-9.6dBm,基本满足指标.变频器的测试工作已在进行中.
ＩＰ３ｌ、ＩＬＰ３２。根据公式回，可以估计出系统的ｌＩＰ３约为２．３４ｄＢｍ。
图３ ＩＩＰ３与的变化关系网
３电路仿真结果及讨论
车设计是基于ＴＳＭＣ的０．１８９ｉｎ工艺．采用ＢＳＩＭ３Ｖ３．２模 型．利用ＡＤＳ２００５Ａ（ＡｄｖａｎｃｅｄＤｅｓｉ印Ｓｙｓｔｅｍ）：进行设计和仿真， 取得了较好的效果。噪声系数和Ｓ参数的仿真结果如下罔所示！
２｝‘ｄ）ｏＬｅｆ ＣｏｓＲｓＱ：ｐ 变大，会使功耗增加、增益降低。需要选择合适的栅宽度，以实
现优异的噪声性能，按照功率约束条件下的设计方法。得到ＭＩ 的最优栅宽度：
ｗｏｐｔ
ｃ叵是单位面积栅氧化层电容，ｋ是有效栅长，这两个参数 由工艺决定。Ｑ。是最佳品质因数。根据ＴＳＭＣ ０．１８１ｘｍ ＣＭＯＳ工 艺参数，通过计算可以得到Ｗ戚，Ｍ２的栅宽度取Ｍ１栅宽度的１，
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｎｏｉｓｅ。ｌｉｎｅａｒｉｔｙ，ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｓｈｉｎｇ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｄｏ舒０ｆ ｔｈｅ［ｏｗ－ｎｏｉ∞ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｉｓ ｐｒｅｓｅａａｔｅｄ ｉｎ ｄｅ－
ｔａｉｌ．ｂａｓｅｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗ－ｎｏｉｓＢ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ．Ｔｈｉｓ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ａ ＴＳＭＣ ０．１８ｐａｎ ＣＭＯＳ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ埘ｔＩＩ
基于低噪声放大器设计原理,从噪声、线性度、阻抗匹配等方面详细讨论了低噪声放大器的设计.电路采用TSMC 0.18μm CMOS工艺进行设计,利用 ADS2005A对电路进行谐波平衡、S参数分析及双音测试,结果表明,其噪声系数为1.795dB,正向增益为17.35dB,IIP3约为-1.43dBm,功耗约8.96mW.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｌｏｗ－ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ皿ＮＡ）．Ｌｉｎｅａｒｉｔｙ．Ｍａｔｃｈ
１引言
现代无线通讯设备不断地朝着低成本、便携式的方向发展。
使得基于ＣＭＯＳ工艺的射频集成电路设计成为近年来的研究 热点。射频低噪声放大器旺擅ＬＮＡ）是无线通信系统射频接收机 前端的关键模块．它必须在一定的功耗条件下提供足够的增益． 优异的噪声性能。良好的线性度．足够的增益可以抑制后续级模 块的噪声．优异的噪声性能几乎央定整个接收机的噪声性能． 良好的线性度可以使其在较大的信号动态范围内正常工作。
构级联而成．系统的输人三阶交词点ｌｌＰ３（ｉｎｐｕｔ－ｒｅｆｅｎｅｄ ｔｈｉｒｄ— ｏｒｄｅｒ ｉｍｅｒｃｅｐｔ ｐｏｉｎ０．可以表示为：
丽Ｉ 。砰＋１ 育＋ｋ‘，Ｂ’１／Ｐ口 ３２２… ｝ｔ （５）
其中ＨＦ３Ｉ、ｌＩＰ３：分别表示ＭＩ和Ｍ３的输＾三阶变调点。由 于啦表示Ｍ１的增益，且瑾１大于１，所以系统的线性度主要由 后一级的线性度央定。工作在饱和区的短沟道ＭＯＳ管的捕极电
１０。因为ｃｐ＝１２Ｗ印ｆ‘盯ｃ甜ＣＰ的值一定，根据公式（２），可以得 到ｃ一。已知０．１８ｐ。ｍＣＭＯＳ工艺的截止频率‘可以达到４０ＧＨｚ 以上，根据公式（３）、（４），可以得到ｋ、ｋ的值，由于电感与衬底阃 寄生电容以及栅电阻的影响，ｋ的值要比计算得到的值要小。
２．３线性度分析和Ｍ３宽度的选取
图 １所示Ｃａｓｅｏｄｅ结构ＲＦ ＬＮＡ可以等效为两级非线性结
ｋ、Ｌ的值变小，改善了噪声性能，也易于使用ＣＭＯＳ工艺实现。 输出匹配主要是由ｋ、Ｌ和ｃｄ相匹配完成。ｋ和Ｃ。主要完
成输出匹配，为了调节Ｓ１１、￥２２参数，引人了电感Ｌ。如果Ｌ的值
变大，ＩＳｌｌｌｌ蟹／值变大，而ＩＳ２２ｌ的值变小，反之也成立．可以利用Ｌ
来调节Ｓｌｌ、￥２２参数，使输人、输出阻抗匹配达到理想的效果。
宽度，来提高橱过驱电压、０，增大ＭＯＳ管的线性度。图３给出 了Ｖｄ与Ⅲ１３的关系，可以看出ＩＩＰ３随着、０的变大而变大。
由于系统的线性度主要由Ｍ３决定，为了得到较好的线性度。
Ｍ３管的栅宽度取ＭＩ管的一半。通过测量ｖ。，根据工艺参效计算 得到ｅ，我们可以估计出ｌＩＰ３的值。测量Ｍｌ管和Ｍ３管的栅过驱
电压ｖ础和Ｖ吨，根据公式旧，可以计算得到Ｍ１管和Ｍ３管的Ｉ．
ＡＤＳ２００５Ａ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｒｏｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｈａｓ ａ ｎｏｉｓｅ ｆｉｇｕｒｅ ０ｆ １．７６８ｄＢ，ａ ｆｏｒｗａｒｄ ｐｏｗｅｒ ｇａｉｎ ｏｆ ２０．３６ ｄＢ，蛐ｌＩＰ３
０ｆ ２．３４ｄＢｍ．ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｄｉ％ｉｐａｔｉｏｎ ｉｓ ｂｅｌｏｗ １２ｍＷ ｈｏｍ ａ １．５ Ｖ ｓｕｐｐｌｙ．
（５３０００４广西大学计算机与电子信息学院）王宁章周长川
通讯地：吐：（５３０００４广西广西大学计算机与电子信息学院）王宁章
（收稿曰期：２００７９上３）（修稿日期．．２００７．１０．２５）
万方数据
邮局订阅号：８２．９４６ ３６０元，年一２４３—
2.4 GHz射频低噪声放大器分析与设计
作者： 作者单位： 刊名：
提供良好的隔离，并减小了Ｍ１漏栅电容Ｃｄ的影响。Ｍｌ和Ｍ２ 组成电流镜，由于电阻的阻值随温度变化．为了保持偏置支路稳
定，采用电流源ＳＲＣｌ提供稳定的偏置电流。Ｒｋ是偏置电阻，ｋ 和Ｉ’完成输人端口阻抗匹配，在第二级电路中．ｋ、Ｌ和ｃｄ完成 输出端口阻抗匹配，Ｃ。、Ｃｄ用于隔离直流信号。