blogg

6. Janúar, 2017

Breiðbands LNA fyrir UWB móttakara með breyttri afleiddri ofangreind aðferð

RF Power þétta
með Internet Archive Book myndum

Breiðbands LNA fyrir UWB móttakara með breyttri afleiddri ofangreind aðferð

I. INNGANGUR
Þróun þráðlausra samskiptakerfa með háhraða gerir sífellt meiri kröfur um samþætt RF-tæki með litlum tilkostnaði með multi-GHz bandbreidd sem starfar við lægstu orkunotkun og spennu. Ört breiðband (IEEE 802.15.3a) birtist sem ný tækni sem er fær um háa gagnaflutningshraða (allt að 1 Gb / s) innan skamms vegalengda (10 m) við litla afl. Þessi tækni notar fyrir sumt forrit svo sem þráðlaust einkasvæði (WPAN), sem býður upp á umhverfi til sendingar á hljóði, myndbandi og öðrum gögnum um bandbreidd. Ein af þeim aðferðum sem lagt hefur verið upp með að nota litrófið 3.1-10.6 GHz sem úthlutað er fyrir UWB kerfin, notar Orthogonal Frequency Division Multiplexin OFDM mótun með 14 undirhljómsveitum hvort sem tekur 528 MHz bandbreidd og skjótt tíðnihoppakerfi [ 1]. Í OFDM eru kröfur undirfyrirtækisins f hornréttar á hvor aðra. Þessi aðferð útilokar þverflautur milli undirstöðva og í samræmi við það eru varnarhljómsveitir milli flutningsaðila ekki nauðsynlegar. Þrátt fyrir að staðalinn hafi ekki verið fullkominn er breiðband LNA í fremstu röð algerlega nauðsynlegt óháð arkitektúr móttakara. Magnarinn verður að uppfylla nokkrar kröfur, til dæmis til að tengja við forvalið síu og loftnet, inngangsviðnám magnara ætti að vera nálægt 50 yfir UWB bandið sem óskað er. Samt sem áður nægur ávinningur með breiðu bandbreidd til að ná fram hávaða frá blöndunartæki, lágmark hávaða til að bæta næmni móttakara, lítil orkunotkun til að auka endingu rafhlöðunnar, lítið deyja svæði til að draga úr kostnaði, skilyrðislaus stöðugleiki og góð línuleiki eru mikilvægir þættir. Það er náin viðskipti milli þeirra. Almennt með því að bæta einn þeirra eru hinir í rúst.

II. Inntaksstig
Common-gate og Cascode stillingar eru tvenns konar aðferðir sem venjulega eru notaðar til að hanna inngangsstig LNA í CMOS hringrásum, en Common-Gate og Cascode uppbyggingin bjóða upp á breiðband og þröngt band innspýting samsvarandi. Hins vegar hefur Common-Gate stigið eðlislæga hávaða á móti Cascode stiginu og verður að nota hávaðatækni.
Samt sem áður er inntaksviðnám stillt með hlutdrægni og W / L hlutfalli. Reyndar telur þessi uppbygging frelsi fyrir smáleiðni smári og einnig með því að velja viðeigandi álag (góð samsetning spenna og þétta meðan verið er að skoða áhrif sníkjudrifs og líkams) veitir samsvarandi breiðbandsinntak. Þetta álag verður að vera í réttu hlutfalli við r_ds1. Þar sem GM breytist er inntaksviðnám og samsvarandi bandbreidd um það bil jöfn f_T tækisins.
Sníkjudans smáarþéttni C_gs byrjar að gegna hlutverkum þegar tíðni rekstrar fer að hækka. Í þröngsveitaforritinu er shunt inductor bætt við í inngangsstiginu til að hljóma með C_gsto til að auka viðnámspörunina á æskilega tíðni. En í flestum CMOS forritum með þrönga hljómsveit er æskilegur LNA með framkallað hrörnun æskilegur en til að einangra frá aðföngum að framleiðslunni og sleppa C_gd stígnum, framkvæma Common-Gate LNA betri andstæða einangrun og stöðugleika á móti Common-Source LNA.

III. Hönnunar og greining á hringrás
Fyrirhugað breiðband LNA er sýnt á mynd 1. Það samanstendur af innlagsstigi og sameiginlegu upptökustigi. Tafla 1 sýnir hönnunargildi fyrirhugaðs CMOS LNA. Óákveðinn greinir í ensku off-flís hlutdrægni-T veitir hlið hlutdrægni M_3 og DC núverandi leið M_1. Raðir spólans L_4 hljóma enn frekar við inngangsgáttargetu M_3, sem leiðir til stærri bandbreiddar og nokkurra leifar sem ná hámarki á tíðnisvöruninni [17]. Sníkjudýrshlutfall M_2

Fig. 1. Lagt upp breiðband hávaða-LNA

Tafla I
HÖNNUNARGILDIR Fyrirhugaðs CMOS LNA
L_in 4nH (W / L) 3 135 / 0.18
L_0 0.5nH (W / L) 4 37.5 / 0.18
L_1 4.5nH (W / L) 5 45 / 0.18
L_2 2.5nH C_in, C_ (út,) C_3 2PF
L_3 0.9nH C_1, C_2 1PF
L_4 2.2nH R_1 290Ω
L_5 0.8nH R_2 135Ω
(B / L) 1 18 / 0.18 R_3 40Ω
(B / L) 2 30 / 0.18
og M_3 búa til LC stiga uppbyggingu með inductor L_0. DC álagsviðnámin R_1 og R_2 eru sameinuð með topphleðslutækjum L_1 og L_2 í sömu röð til að lengja bandbreidd hringrásarinnar á áhrifaríkan hátt [10]. Röðin sem ná hámarki inductor L_2 hljómar einnig með heildar sníkjudýrum C_d2 og C_d3 við frárennsli M_2 og M_3. Þar sem álagsviðnáminu, R_3, er bætt við til að draga úr Q stuðlinum L_3 fyrir flata framvindu. Lágmarks rásarlengd, 0.18μm, er talin fyrir alla smára í fyrirhuguðum hringrás til að lágmarka sníkjudýra og bæta afköst tíðni. Algengi uppsprettustigið nær bandbreidd, veitir betri einangrun og eykur tíðnishagnað. Reyndar styðja inntaksstigið og sameiginlega uppsprettustigið lág tíðni aflhækkun og hátíðni aflhækkunar, hver um sig. Samsetning beggja tíðnissvörana leiðir til breiðbandsaflafls. Transistor M5 hjálpar einnig sameiginlegum uppsprettustigum til að auka og slétta tíðniaukningu. Mynd 2 sýnir áhrif M5 á S21 færibreytuna.

Mynd 2 Áhrif M5 á S21 færibreytuna

Á mynd 3 eru áhrif M1 sem innsláttarstigs rannsökuð. Hermað NF og S11 færibreytan er borin saman við málið með M1 er slökkt. NF og S11 eru náin viðskipti. Þegar kveikt er á M_1 er NF aukið og S21 færibreytan minnkuð með sömu orkudreifingu og svipaðri bandbreidd, en þvert á móti verður viðunandi innspýting samsvörun. Gefa ætti aukinn styrk við hávaðaeinkenni Common-Gate uppbyggingarinnar á inngangsstiginu, þó svo að smári M_1 veiti breiðbandssamsvörun, þá hefur hann eðlislæga hávaða.

Mynd 3. Hermað hávaðamynd og einangrun inntaks með M1 kveikt og slökkt.

Til að kanna hávaða er MOS smári hávaða líkanið með hitauppstreymi rásarinnar. Eins og sýnt er á mynd 4, með því að vanrækja hljóðhljóð og flökt og gera ráð fyrir fullkominni samsvörun í þessari greiningu, er PSD hitauppstreymis rásarinnar (i_ (n, d) ^ 2) ̅ gefin sem
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / α g_m ∆f (1)
Hvar er Boltzmann fasti, er alger hitastig í Kelvin, γ er stuðull MOS smástirans á rásarhitahávaða, α er skilgreindur sem hlutfall leiðni g_mand núll-hlutdrægni frárennslisleiðni g_ds og er bandvíddin sem hávaðamyndin er yfir er mælt í sömu röð.
Eftirfarandi jöfnur lýsa hávaðatölunni eftir R_1, M_1, M_2 og M_3 sem þær stuðla að heildar hávaðatölunni [1]

Mynd 4. Meginregla hávaðamyndarinnar

Ef skilyrðið (2) er staðfest er hávaða frá M_1 sleppt [1].

g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)

Eftirfarandi jöfnur lýsa hávaðatölunni eftir R_1, M_2 og M_3 sem þeir stuðla að heildar hávaðatölunni.

F_R1 = (4KT 〖R_1 g_m2〗 ^ 2) / (KTR_s (g_m3 + 〖g_m2 R〗 _1 / R_s) ^ 2) = R_s / R_1 (3)

F_M2 = (4KTγ / αg_m2) / (KTR_s 〖(g_m3 + g_1m1 (Z_ (L_R1) ‖r_o1) g_m2)〗 ^ 2) = γ / α 1 / (g_m2 R_1) F_R1 (4)

F_M3 = (4KTγ / α g_m3) / (KTR_s 〖(g_m3 + g_m1 (Z_ (L_R1) ‖r_o1) g_m2)〗 ^ 2) = (4γ / α) / (〖g_m3 R〗 _s 〖(1 + R_s g_m1) 〗 ^ 2) (5)

Þannig er hægt að samræma heildarhástöluna sem (6)

F_total = R_s / R_1 (1 + γ / α 1 / (g_m2 R_1)) + (4 γ / α) / (〖g_m3 R〗 _s 〖(1 + R_s g_m1)〗 ^ 2) (6)

IV. EINSTAKA ÚRVAL
Hringrásinni var hermt með 0.18μm TSMC bókasafni Hspice hugbúnaði. Allar uppgerðir eru gerðar með hliðsjón af 50Ω inn- og úttaksstöðvum. Á mynd 5 (a) er hermt eftir styrk og öfugri einangrun LNA. Meðalstyrkur er um það bil 14.5 dB með 0.7 dB gára um tíðnisviðið. Andstæða einangrun er minni en -35dB. Mynd 5 (b) sýnir hávaðatöluna, inntak og úttak einangrun. NF er minna en 2.9 dB, S11 er minna en-14.8db og S22 er um það bil minna en -10dB.

(B)
Mynd 5. (a) Hermt styrk og öfug einangrun (b) Hermað hávaðamynd, einangrun inntaks og einangrun framleiðsla

„Mynd 6“ sýnir IIP3 hringrásarinnar á móti tíðni.

Mynd 7. Mæld IIP3 á móti tíðni

Niðurstöður þessarar vinnu eru sýndar í „Töflu II“ og eru bornar saman við nýlega birtar CMOS LNA.

Tafla 2 árangur SAMANTEKT
VI. NIÐURSTAÐA
Í þessari grein er kynnt ný hönnun á UWB LNA uppbyggingu sem byggist á stöðluðu RFCMOS tækni. Fullnægjandi inntakssamsvörun og hávaðaafköst fást eftir að hafa haft áhrif á millifærslu milli inngangsviðnáms sameiginlega hliðarstigsins og þess. hávaða árangur. Mældur hávaði er minni en 2.9 dB yfir 3.1-10.6-GHz. Það er þess virði að minnast á flatan ávinning í allri LNA hönnun og hermi eftir aflgjafa er 14.5 ± 0.7 dB.

HEIMILDIR
[1] Chih-Fan Liao og Shen-Iuan Liu, “Hávaðabreytandi CMOS LNA fyrir breiðband fyrir 3.1-10.6 GHz UWB móttakara” IEEE TÍMARIT SJÁLFHREYFIS, RÁÐ. 42, NEI. 2, FEBRÚAR 2007
[2] Kuang-Chi He, Ming-Tsung Li, Chen-Ming Li og Jenn-Hwan Tarng, Parallel-RC viðbrögð við lágmark hávaða magnara fyrir UWB forrit IEEE TRANSACTIONS on CIRCUITS AND SYSTEMS – II: EXPRESS BRIEFS, VOL. 57, NEI. 8. ÁGÚST 2010
[3] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung og Chia-Min Chen ”Inductor-Coupling
Resonated CMOS Low Noise Magnari fyrir 3.1-10.6GHz Ultra-Wideband System “© 2009 IEEE
[4] Yang Lu, Kiat Seng Yeo, Alper Cabuk, Jianguo Ma, Manh Anh Do og Zhenghao Lu ”Skáldsaga CMOS magnara lágmarks hátíðarhönnun fyrir 3.1 til 10.6 GHz Ultra breiðband þráðlausa móttakara“ IEEE TRANSACTIONS ON RÁSLENDINGAR OG KERFI – I: REGLUGAR PAPPIR, BOL. 53, NEI. 8. ÁGÚST 2006
[5] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari, Farshid Raissi ”Línulaga núverandi endurnýtt LNA fyrir 1-10.6 GHz UWB móttakara“ IEICE Electronics Express, Vol.5, No.21,908-914
[6] S. Stroh, „Ultra-wideband: multimedia unplugged,“ IEEE Spectrum, árg. 40, nr. 9, bls. 23-27, september 2003.
[7] Vladimir Aparin og Lawrence E. Larson, félagi, IEEE “Modified Derivative Superposition Method for Linearizing FET Low-No Noise Magners” IEEE TRANSACTIONS on MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 53, NEI. 2, FEBRÚAR 2005
[8] A. Batra o.fl., „Multi-band OFDM líkamlegt lagatillaga,“ IEEE 802.15-03 / 267r5, júl. 2003.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lue Wang, Hslang-Chen Kuo og Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao ”Hönnun fullhljómsveitar (3.1-10.6GHZ) CMOS UWB magnari með lágum hávaða með hitaleysi“ Málsmeðferð örbylgjuofnráðstefnu Asíu og Kyrrahafsins 2006.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Boyd og TH Lee, „Bandbreiddarlenging í CMOS með bjartsýni á spónum,“ IEEE J. Solid-State Circuits, árg. 35, nr. 3, bls. 346-355, mars 2000.
[11] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung og Chia-Min Chen ”Inductor-Coupling Resonated CMOS Low Noise Magnari fyrir 3.1-10.6GHz Ultra-Wideband System“
[12] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”LÍNVÆRING TÆKNI FYRIR RF LAVNOISE magnara“
[13] Jianyun Hu, Yunliang Zhu og Hui Wu ”Öfgabreiddur viðnám-viðbrögð lág-hávaði magnari með hávaða
í 0.18μm Stafrænu CMOS ”978-1-4244-1856-5 / 08 / $ 25.00 © 2008 IEEE
[14] J.-H. Lee, C.-C. Chen og Y.-S. Lin ”0.18 lm 3.1-10.6 GHz CMOS UWB LNA með 11.4_0.4 dB hagnað og 100.7_17.4 ps hópfrestun“ Rafeindabréf 22. nóvember 2007 Vol. 43 nr 24
[15] C.-P. Liang, C.-W. Huang, Y.-K. Lin og S.-J. Chung ”3-10 GHz ofurbreiðband hljóðlaus magnari með nýrri samsvörunartækni“ Rafeindabréf 5. ágúst 2010 Vol. 46 nr. 16
[16] Hongrui Wang, Li Zhang og Zhiping Yu, félagi, „A Wide-band Inductor LNA With Local Feedback and Noise Cancelling for Low-Power Low-Voltage Applications“ IEEE TRANSACTIONS on CIRCUITS AND SYSTEMS – I: REGULAR PAPPERS, VOL. 57, NEI. 8. ÁGÚST 2010
[17] TH Lee, Hönnun CMOS útvarpsbylgjusviðs, 1. útgáfa. New York: Cambridge Univ. Pressa, 1998.
[18] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”LÍNVÆRING TÆKNI FYRIR RF LAVNOISE AMPLIFIER“ ISCAS 2004
[19] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari ”Hávaðalaus CMOS LNA hönnun fyrir efri hljómsveit UWB DS-CDMA móttakara” hringrás og kerfi, 2009. ISCAS 2009. IEEE alþjóðlegt málþing um
[20] S. Galal og B. Razavi, „40 Gb / s magnari og ESD verndarrás í 0.18 _mCMOS tækni,“ í IEEE ISSCC Dig. Tækni. Papers, feb. 2004, bls. 480-481.

RF Power þétta , , , , , ,
Um okkur [netvarið]