用于3--GHz無線通信CMOS多增益低噪聲放大器的設(shè)計.pdf

1、隨著無線網(wǎng)絡傳感器應用領(lǐng)域?qū)o線連接的要求不斷增長，物聯(lián)網(wǎng)和射頻識別方面都將研究力量集中在提出低成本、低功耗和更小型化的SOC設(shè)計方案上。由于CMOS技術(shù)在低成本和高集成度方面具有其獨特的優(yōu)勢，因此大多數(shù)收發(fā)機模塊在不影響性能的條件下都采用此技術(shù)設(shè)計。因為LNA是接收機端的第一個模塊，整個接收機的靈敏度和噪聲都取決于LNA的性能好壞。因此，根據(jù)ZigBee、IEEE802.11xx、BLE和RFID等不同應用標準設(shè)計LNA將變得更具有挑

2、戰(zhàn)性?；诓煌臒o線應用標準，本論文主要對實現(xiàn)集成多重增益、低噪聲、差分結(jié)構(gòu)、高IIP3線性和低功耗的低噪聲放大器進行研究，設(shè)計了工作于3-3.04GHz的CMOS低噪聲放大器。所設(shè)計的LNA是基于CMOS GF-130nm工藝的，由輸入匹配、多核心放大器、輸出匹配和差分結(jié)構(gòu)組成。高頻情況下，LNA的靈敏度和功耗通常嚴格地取決于輸入匹配。當它接收的信號從弱輸入射頻信號變化到更高的時候會消耗更多功率。針對這個問題，本文提出了一種多重共源共

3、柵技術(shù)以實現(xiàn)不同的增益模式，且不影響輸入輸出匹配性能。為了實現(xiàn)較低的低噪聲設(shè)計，本文提出采用高Q值中心抽頭電感來實現(xiàn)低噪聲電感源退化以及嚴格的匹配，將噪聲系數(shù)小于4dB。后端仿真結(jié)果所示，LNA的最小噪聲系數(shù)為3.81。對于3-GHz中心頻帶的多核心放大器模式，本文提出了一種多重共源共柵技術(shù)，該技術(shù)可以使用不同的柵極偏置控制信號VHigh，VLow，VMid和VSleep來實現(xiàn)，以使晶體管工作于亞閾值區(qū)，使級聯(lián)的各級增益減少了3-5dB

4、。
　　后端仿真結(jié)果顯示，本文設(shè)計的LNA共具有4個增益模式，分別為23.2/19.1/15.1/11.1dB。在頻率大于2-GHz時，LNA的輸出將會直接耦合至混頻器。由于寄生效應，它可能會提供幾MHz的相移，并可能導致增益降低、惡化共模噪聲和降低IIP3。為解決該問題，基于差分結(jié)構(gòu)、嚴格的輸出匹配以及多抽頭電感器的方案被提出。對于嚴格的輸出匹配和差分結(jié)構(gòu)問題，本文在不影響輸出匹配的情況下，針對差分和多增益模式匹配，實現(xiàn)基于高Q

5、值中心抽頭電感的LC匹配網(wǎng)絡。使用0.6V的參考電壓來控制輸入核心放大器以使其工作于亞閾值區(qū)。1.5V的柵極偏置控制電壓在多級共源共柵結(jié)構(gòu)的后續(xù)區(qū)域工作。考慮到增益和噪聲系數(shù)之間的權(quán)衡，每個模式的功耗約為3.6mW，工作電流為2-mA。對于不同的模式，IIP3的變化范圍為-6.52至-0.96dBm，LNA模塊在整個接收機芯片中所占面積為0.63mm2。
　　在后端仿真中，測試單元的輸入匹配采用片外實現(xiàn)。使用Cadence Vir