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5.6GHz CMOS低噪声放大器设计
来源:本站整理  作者:佚名  2010-04-09 15:30:19




    文献中给出源极电感负反馈的噪声模型和计算噪声的公式:
   
式中:RL、Rg分别代表栅极电感Lg的寄生电阻和M1的栅极电阻;ωT为截止频率;γ是与工艺有关的一个噪声参数。工艺参数X,α和反馈电感Ls的品质因数QL的表达式为
   
   
式中:c为栅-漏极噪声的相关系数;σ是另一个与工艺相关的噪声参数,且σ=2λ;gdO为M1零偏置时的跨导。
    分析式(4)可知,QL存在一个最佳值,使LNA的噪声为最小
   

2 LNA电路设计
    设计过程中,首先根据功耗约束条件下获得最优噪声的栅宽公式,计算主放大管的栅宽
   
式中,ω为角频率,L为栅长,Cox为栅氧化层电容,源电阻Rs=50Ω,QSP为噪声最优匹配时输入端的品质因数,取其值为4.5,可得栅宽大约为160 μm。所设计电路工作在5.6GHz,由式(1)(2)经计算和仿真,取Ls为0.439nH,Lg为2.873nH和Ld为2.546nH。

3 仿真结果及其分析
    本文设计的LNA采用TSMC 90nm RFCMOS低功耗工艺实现,使用MentorGraphics的Eldo仿真器对该LNA进行模拟分析。根据前面的分析和实际调试,得到优化后放大管和共栅管的栅宽均为160 μm;
    图2~7给出了电路的仿真结果。整个放大器电路的噪声系数达到1.78dB;IIP3达到-11.76dB。在整个工作频段,电路的稳定性因子K>1,其中K为:
   
电路是稳定的。
    各项仿真结果指标如表1所示:

4 结论
    由于存在很多折衷考虑,射频LNA的设计很复杂。本文设计了一个应用于无线接收机射频前端的LNA,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5.6GHz的LNA。在90nm CMOS工艺下,利用MentorGralahics的Eldo工具软件对电路进行了仿真,结果显示,LNA的阻抗匹配、噪声系数和线性度等参数都达到了良好的性能。
    本文作者的创新点:在分析共源共栅结构的基础上利用先进的90nm制程工艺,计算调试出5.6GHz的LNA的电路结构,对LNA的设计具有一定的参考价值。

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