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如何采用CMOS工艺来实现对一种3GHz低噪声放大器的优化设计？

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 本文主要从分析LNA的输入输出阻抗匹配和噪声系数的角度出发，针对每个参数的影响因素，分别提出优化的方法，然后综合考虑其他各项指标，设计出了一种性能良好的低噪声放大器，并进行了电路仿真和版图设计。 0
2021-4-22 06:12:48　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × aaabbb567 该类别下有 7 个回答。邀请回答 dsdfshf 该类别下有 7 个回答。邀请回答 fuwu1245 该类别下有 7 个回答。邀请回答 vywywerwa 该类别下有 6 个回答。邀请回答 wjwierw 该类别下有 6 个回答。邀请回答 h1654155275.6823 该类别下有 6 个回答。邀请回答 vyewrewr 该类别下有 6 个回答。邀请回答淡口味妻儿等我看该类别下有 6 个回答。邀请回答 ujsdfweer 该类别下有 6 个回答。邀请回答何必太在意该类别下有 5 个回答。邀请回答 hfgfsds 该类别下有 5 个回答。邀请回答 testd011 该类别下有 5 个回答。邀请回答奋斗的头发该类别下有 5 个回答。邀请回答 DAA000 该类别下有 5 个回答。邀请回答松的子子该类别下有 5 个回答。邀请回答 gramsoup 该类别下有 5 个回答。邀请回答 60user61 该类别下有 5 个回答。邀请回答 wenminglang 该类别下有 5 个回答。邀请回答 kingnet_52003 该类别下有 5 个回答。邀请回答 haikitty 该类别下有 5 个回答。邀请回答举报尹星相关推荐 • 如何实现1～3 GHz无电感型宽带低噪声放大器设计 2017 • 求一种2.4 G的低噪声放大器的设计方案 1311 • 请问怎么设计一种2.5GHz WiMAX低噪声放大器？ 1373 • 请问怎样去设计一种低噪声放大器？ 1737 • 如何利用Cadence设计COMS低噪声放大器？ 1175 • 请问怎样去设计一种全集成的低噪声放大器？ 936 • 如何用ADS实现一个2.38 GHz全集成化低噪声放大器？ 1289 • 怎么设计低噪声放大器？ 3265 • 怎样设计和仿真低噪声放大器?有什么流程？ 2037 • 新型宽带低噪声放大器电路设计 1873 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 1 引言现代无线通信技术不断地朝着低成本、便携式的方向发展，使得基于CMOS工艺的射频集成电路成为近年来的研究热点。在射频接收机的设计中，要想得到良好的总体系统性能，前端电路的优化设计尤为关键。而低噪声放大器（LNA）作为无线通信系统射频接收机的第一个功能模块，其噪声特性直接影响着整个接收机的灵敏度和信噪比，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、良好的线性度和输入输出匹配。在GHz频率范围内，CMOS工艺相比其他工艺有价格低、集成度高、功耗低等优点，利用CMOS工艺来设计射频集成电路已经得到越来越广泛的应用，本文即采用CMOS工艺来实现对一种3 GHz低噪声放大器的优化设计。在LNA的设计中，应对增益、噪声系数、输入阻抗、线性度等几个关键参数采取折衷原则进行处理。T. H. Lee提出了功率约束条件下的设计规范，之后又有很多人对CMOS LNA的设计方法进行了研究［3-5］。本文主要从分析LNA的输入输出阻抗匹配和噪声系数的角度出发，针对每个参数的影响因素，分别提出优化的方法，然后综合考虑其他各项指标，设计出了一种性能良好的低噪声放大器，并进行了电路仿真和版图设计。 2 LNA结构在LNA的设计中，目前广泛采用的是共源共栅源极负反馈（Cascode）结构，如图1所示。在此结构中，源极负反馈既能实现输入阻抗匹配，又能提高系统的稳定性，且具有改善LNA线性度的特点，而M1和M2组成的级联结构，既提高了电路的输出阻抗，使电路的增益有较大的提高，又能实现对电路的反向隔离，使得输出端和输入端互不影响，从而方便了LNA的设计。图1 共源共栅源极负反馈结构在上述结构的基础上加上偏置电路，并对电路结构进行优化调整，即可得到完整电路结构。本文所实现的电路结构如图2所示。图2 LNA电路图晶体管M1和M2构成Cascode结构，由于此结构没有考虑共源极和共栅极之间的匹配，所以在M1和M2之间加上电感Lm，可以提高两级间的匹配，这样不仅提高了功率增益，而且噪声系数也可以得到改善。同时在M1的栅源之间并联一个电容C2，用来调节栅源之间的电容Cgs，方便与Lg和Ls一起来实现输入阻抗的匹配。晶体管M3、M4和M1、M2共同组成共源共栅电流镜，作为偏置电路，且M3和M4的宽度相对应取较小的值，以减小偏置电路消耗的电流。电阻R2应取足够大以减小偏置电路带来的噪声电流，电阻R1用来调整输入晶体管M1的栅源电压和漏极电流以确定静态功耗，电容C1可以使得M2的栅极交流接电源电压。Cin与Cout均为隔直电容。 3 LNA性能优化 3.1 输入输出匹配带源极负反馈的LNA输入端的小信号等效电路如图3所示，其中gm是M1的跨导，Cgs是M1的栅源电容Cgs1和C2并联得到的。图3 源极负反馈结构的小信号等效电路 4 电路仿真与版图设计仿真采用TSMC的0.18 μm CMOS工艺，仿真环境为Cadence SpectreRF，电源电压为2V。仿真结果如图5所示。从图5（a）可以看出，所设计低噪声放大器的功率增益在3 GHz处达到了23.4 dB，很好地满足了功率增益的要求。图5（b）中，输入反射系数S11达到-25.9 dB，显示了良好的输入阻抗匹配。图5（c）表明，经过噪声优化，电路的噪声系数只有1.1 dB，而图5（d）中的1dB压缩点为﹣13.05 dBm，说明该低噪声放大器具有良好的线性度。利用0.18 μm CMOS工艺模型，用cadence virtuoso软件对LNA进行版图设计，如图6所示，版图尺寸为0.485 mm × 0.395 mm。 5 结论本文通过对共源共栅结构的分析，从阻抗匹配、噪声系数和线性度的角度对电路的性能进行优化，设计出了一种3 GHz的低噪声放大器。在0.18 μm CMOS工艺下，利用Cadence 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。最后对LNA进行了版图设计。

2021-4-22 14:46:19 评论举报张倩