deur Internet Argief Boek Images
'N Breëband-LNA vir UWB-ontvanger gebruik van gewysigde afgeleide superposisiemetode
I. INLEIDING
Die ontwikkeling van die hoëspoed-draadlose kommunikasiestelsels stel toenemende versoeke vir geïntegreerde RF-toestelle met 'n multi-GHz-bandwydte wat die laagste kragverbruik en voedingsspanning gebruik. Ultra-breëband (IEEE 802.15.3a) verskyn as 'n nuwe tegnologie wat in staat is om hoë data-oordragstempo's (tot 1 Gb / s) binne kort afstande (10 m) teen lae krag te bewerkstellig. Hierdie tegnologie word gebruik vir 'n paar toepassings soos draadlose netwerke vir persoonlike area (WPAN's), wat 'n omgewing bied vir die oordrag van klank-, video- en ander hoëbandwydte-data. Een van die benaderings wat voorgestel is om die spektrum van 3.1-10.6-GHz wat vir UWB-stelsels toegewys is, te gebruik, gebruik die ortogonale frekwensie-afdeling Multiplexin OFDM-modulasie met 14-sub-bande wat ook al die 528-MHz-bandwydte beslaan en 'n vinnige frekwensie-hopskema [ 1]. In OFDM is die subdraer f-vereistes loodreg op mekaar. Hierdie metode elimineer die kruisgesprekke tussen die subkanale en daarom is inter-carrier beskermingsbande nie nodig nie. Alhoewel die standaard nie vervolmaak is nie, is 'n breëband-LNA aan die voorkant absoluut noodsaaklik, ongeag die ontvanger-argitektuur. Die versterker moet aan verskillende vereistes voldoen, byvoorbeeld om te koppel aan die voorafgeselekteerde filter en antenna, die impedansie van die versterker moet naby 50 wees oor die gewenste UWB-band. Egter voldoende wins met 'n wye bandwydte om die geraas van 'n menger, die lawaai-syfer om die ontvanger se sensitiwiteit te verbeter, lae kragverbruik om die batterylewe te verhoog, 'n klein spuitarea om die koste te verminder, onvoorwaardelike stabiliteit en goeie lineariteit is belangrike parameters. Daar is 'n noue inruiling tussen hulle. Deur die verbetering van een daarvan, word die ander in puin gelê.
II. Insetstadium
Common-gate en Cascode-konfigurasies is twee soorte metodes wat gewoonlik gebruik word om die insetstadium van LNA in CMOS-stroombane te ontwerp, terwyl die Common-Gate- en Cascode-struktuur onderskeidelik 'n breëband- en smalbandinvoer-pasvorm bied. Die Common-gate-verhoog het egter 'n intrinsiek hoë geraasfiguur teenoor die Cascode-verhoog, en die tegnieke vir geraasdemping moet gebruik word.
Invoerimpedansie word egter bepaal deur vooroordeel en W / L-verhouding. In werklikheid beskou hierdie struktuur 'n mate van vryheid vir transkonduktansie van transistor, en ook deur 'n geskikte lading te kies ('n goeie kombinasie van induktor en kondensators met inagneming van die effek van parasitiese kapasitansie en liggaam), bied dit 'n breëband-invoer wat ooreenstem. Hierdie las moet eweredig wees aan r_ds1. Aangesien gm verander, is die invoerimpedansie en die ooreenstemmende bandwydte ongeveer gelyk aan die f_T van die toestel.
Die parasitiese transistorkapasitansie C_gs begin rolle speel wanneer die werkfrekwensie begin styg. In die smalbandtoepassing word 'n shuntinduktor bygevoeg in die invoerstadium om te resoneer met C_g om die impedansie-ooreenstemming op die gewenste frekwensie te verbeter. In die meeste CMOS-smalbandtoepassings is die CNA-LNA met induktiewe degenerasie egter verkieslik, maar vir die isolasie van die inset na die uitset en die weglating van die C_gd-pad, doen die Common-Gate LNA beter omgekeerde isolasie en stabiliteit teenoor die algemene bron-LNA.
III. Kringloopontwerp en -analise
Die voorgestelde breëband-LNA word in Figuur 1 getoon. Dit bestaan uit 'n insetfase en 'n gemeenskaplike brontrap. Tabel 1 toon die ontwerpwaardes van die voorgestelde CMOS LNA. 'N Off-chip-vooroordeel-T bied die hekvooroordeel van M_3 en die GS-stroombaan van M_1. Die reeks induktor L_4 resoneer verder met die ingangshek-bron-kapasitansie van M_3, wat lei tot 'n groter bandbreedte en 'n mate van res van die frekwensie-respons [17]. Die parasitiese kapasitansies van M_2
Fig. 1. Voorgestelde breëband-geluidsdempende LNA
TABEL I
ONTWERPWAARDES VAN DIE VOORGESTELDE 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_ (uit,) 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
(W / L) 1 18 / 0.18 R_3 40Ω
(W / L) 2 30 / 0.18
en M_3 maak 'n LC-leerstruktuur met induktor L_0. Die GS-lasweerstande R_1 en R_2 word gekombineer met onderskeidelik die puntinduktore L_1 en L_2 om die bandbreedte van die baan effektief te verleng [10]. Die reeks se piek induktor L_2 het ook 'n resone met die totale parasitiese kapasitansie C_d2 en C_d3 by die drein van M_2 en M_3. Aangesien die lasweerstand, R_3, bygevoeg word om die Q-faktor van L_3 vir plat wins te verminder. Die minimum kanaallengte van 0.18μm word vir alle transistors in die voorgestelde stroombaan oorweeg om parasitiese kapasitansie te verminder en frekwensieprestasie te verbeter. Die algemene bronstadium brei bandwydte uit, bied beter isolasie en verhoog frekwensieverbetering. In werklikheid ondersteun die insetfase en die algemene brondfase onderskeidelik lae-frekwensie-kragverbetering en hoëfrekwensie-kragverbetering. Die kombinasie van albei frekwensie-reaksies lei tot 'n breëband-kragverbetering. Transistor M5 help ook om die algemene bronstadium te verhoog en om frekwensieverbetering glad te maak. Figuur 2 toon die effek van M5 op die S21-parameter.
Figuur 2 Die effek van M5 op die S21-parameter
In Figuur 3 word die gevolge van M1 as insetstadium ondersoek. Die gesimuleerde NF- en S11-parameter word vergelyk met die geval met M1 is UIT. Daar is 'n noue afwisseling tussen NF en S11. As M_1 aangeskakel word, word die NF verhoog en word die S21-parameter verminder met dieselfde drywingsverspreiding en 'n soortgelyke bandwydte, maar inteendeel, 'n aanvaarbare insetpassing sal bereik word. Ekstra konsentrasie moet gegee word aan die geraas-eienskappe van die Common-Gate-struktuur in die insetfase, hoewel die transistor M_1 'n breëbandpassing bied, het dit 'n intrinsiek hoë geraassyfer.
Fig. 3. Gesimuleerde geraasfiguur en insetisolasie met M1 AAN en UIT.
Om die geraasprestasie te ondersoek, word die MOS-transistor-geraasmodel met die kanaaltermiese geraas gebruik. Soos getoon in Fig. 4, terwyl u die geluide van die hek en flikkering verwaarloos en 'n perfekte pasmaat in hierdie analise aanvaar, word die PSD van die kanaaltermiese geraas (i_ (n, d) ^ 2) given gegee as
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / α g_m ∆f (1)
Waar is die Boltzmann-konstante, is die absolute temperatuur in Kelvin, γ is die MOS-transistor se kanaal-termiese geraaskoëffisiënt, α word gedefinieer as die verhouding van die transgeleiding word onderskeidelik gemeet.
Die volgende vergelykings beskryf die geraasfiguur deur R_1, M_1, M_2 en M_3 dat dit bydra tot die totale geraasfiguur [1]
Fig. 4. Beginsel van die geraasskema
As die voorwaarde (2) vasgestel is, word die geraas van M_1 weggelaat [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
Die volgende vergelykings beskryf die geraasfiguur deur R_1, M_2 en M_3 dat dit bydra tot die totale geraasfiguur.
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) 1
F_M3 = (4KTγ / α g_m3) / (KTR_s 〖(g_m3 + g_m1 (Z_ (L_R1) ‖r_o1) g_m2)〗 ^ 2) = (4 xx) 〗 ^ 3) (1)
Dus kan die totale geraasgetal benader word as (6)
F_totaal = R_s / R_1 (1 + γ / α 1 / (g_m2 R_1)) + (4 γ / α) / (〖g_m3 R〗 _s 〖(1 + R_s g_m1)〗 X)
IV.SIMULATIESE RESULTATE
Die kringbaan is gesimuleer met 0.18μm TSMC-biblioteek Hspice-sagteware. Alle simulasies word gedoen met inagneming van 50Ω-invoer- en uitset-terminale. In Fig. 5 (a) word krag verkry en omgekeerde isolasie van die LNA word gesimuleer. Die gemiddelde versterkingsvermoë is ongeveer 14.5 dB met 0.7 dB rimpeling oor die frekwensiegebied. Die omgekeerde isolasie is minder as -35dB. Fig. 5 (b) toon die geraasfiguur, inset en uitset isolasie. Die NF is minder as 2.9 dB, S11 is minder as-14.8db en S22 is ongeveer minder as -10dB.
(B)
Figuur 5. (A) Gesimuleerde versterkingsvermoë en omgekeerde isolasie (b) Gesimuleerde geraasfiguur, inset-isolasie en uitset-isolasie
“Fig.6” toon die IIP3 van die stroombaan versus frekwensie.
Fig. 7. Meet IIP3 teenoor frekwensie
Die resultate van hierdie werk word in “TABEL II” getoon en word vergelyk met pas gepubliseerde CMOS LNA's.
TABEL 2 PRESTASIE-OPSOMMING
VI. AFSLUITING
Hierdie artikel bied 'n nuwe ontwerp aan van 'n UWB-LNA-struktuur gebaseer op 'n standaard RFCMOS-tegnologie. Bevredigende insetpassing en geraasprestasie word verkry na die inruilingspunte tussen die insetimpedansie van die gemeenskaplike poortstadium en dit. geraasprestasie. Die gemete ruissyfer is minder as 2.9 dB bo 3.1-10.6-GHz. 'N Vlak wins is noemenswaardig in alle LNA-ontwerp en die gesimuleerde drywingsverbetering is 14.5 ± 0.7 dB.
Verwysings
[1] Chih-Fan Liao en Shen-Iuan Liu, 'n breëband-ruisonderdrukkende CMOS LNA vir 3.1-10.6 GHz UWB-ontvangers 'IEEE TYDSKRIF VIR SOLID-STAATSKRINGE, VOL. 42, NEE. 2, FEBRUARIE 2007
[2] Kuang-Chi He, Ming-Tsung Li, Chen-Ming Li en Jenn-Hwan Tarng, Parallel-RC-terugvoer lae-geluidsversterker vir UWB-toepassings 57, NO. 8, AUGUSTUS 2010
[3] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung en Chia-Min Chen ”'n Induktorkoppeling
Resonated CMOS Low Noise Amplifier for 3.1-10.6GHz Ultra-Wideband System ”© 2009 IEEE
[4] Yang Lu, Kiat Seng Yeo, Alper Cabuk, Jianguo Ma, Manh Anh Do en Zhenghao Lu ”'n Nuwe CMOS-lae-ruisversterker-ontwerp vir 3.1 tot 10.6 GHz ultra-wye-band draadlose ontvangers” IEEE TRANSAKSIES AAN KRINGE EN STELSELS – I: GEREELDE VRAESTELLE, VOL. 53, NEE. 8, AUGUSTUS 2006
[5] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari, Farshid Raissi ”'n Lineêre stroomhergebruikte LNA vir 1-10.6 GHz UWB-ontvangers” IEICE Electronics Express, Vol.5, No.21,908-914
[6] S. Stroh, “Ultra-wyeband: multimedia ontkoppel,” IEEE Spectrum, vol. 40, nr. 9, pp. 23-27, September 2003.
[7] Vladimir Aparin en Lawrence E. Larson, genoot, IEEE ”Modified Derivative Superposition Method for Linearizing FET Low-Noise Amplifiers” IEEE TRANSAKSIES OP MIKROGOLFTEORIE EN TEGNIEKE, VOL. 53, NEE. 2, FEBRUARIE 2005
[8] A. Batra et al., "Multi-band OFDM fisiese laagvoorstel," IEEE 802.15-03 / 267r5, Julie 2003.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lue Wang, Hslang-Chen Kuo en Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao ”Die ontwerp van Full-Band (3.1-10.6 GHz) CMOS UWB lae geluidsversterker met termiese ruisonderdrukking” Verrigtinge van die mikrogolfkonferensie in Asië-Stille Oseaan 2006.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Boyd en TH Lee, "Bandbreedte-uitbreiding in CMOS met geoptimaliseerde induktors op die skyfies," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 35, nr. 3, pp. 346-355, Maart 2000.
[11] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung en Chia-Min Chen ”'n Inductor-koppeling resoneerde CMOS-lae-geluidsversterker vir 3.1-10.6 GHz Ultra-breëbandstelsel”
[12] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”'N LINEARISERINGSTEGNIEK VIR RF LOWNOISE VERSTERKER”
[13] Jianyun Hu, Yunliang Zhu en Hui Wu ”'n lae-geluidsversterker met 'n ultra-breëbandweerstand en ruisonderdrukking
in 0.18 μm digitale CMOS ”978-1-4244-1856-5 / 08 / $ 25.00 © 2008 IEEE
[14] J.-H. Lee, C.-C. Chen en Y.-S. Lin ”0.18 lm 3.1-10.6 GHz CMOS UWB LNA met 11.4_0.4 dB versterking en 100.7_17.4 ps groepvertraging” ELEKTRONIESE BRIEWE 22 November 2007 Vol. 43 No. 24
[15] C.-P. Liang, C.-W. Huang, Y.-K. Lin en S.-J. Chung ”3-10 GHz ultra-breëband lae-ruis versterker met nuwe bypassende tegniek” ELEKTRONIESE BRIEWE 5 Augustus 2010 Vol. 46 No. 16
[16] Hongrui Wang, Li Zhang en Zhiping Yu, genoot, 'n breëband-induktoriese LNA met plaaslike terugvoer en ruisonderdrukking vir lae-krag laespanningstoepassings 'IEEE-TRANSAKSIES OOR KRINGE EN STELSELS – I: GEREELDE PAPIERE, VOL. 57, NO. 8, AUGUSTUS 2010
[17] TH Lee, The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits, 1st ed. New York: Cambridge Univ. Druk, 1998.
[18] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”'N LINEARISERINGSTEGNIEK VIR RF LOWNOISE VERSTERKER” ISCAS 2004
[19] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari ”'n Ruisonderdrukkende CMOS LNA-ontwerp vir die boonste band van UWB DS-CDMA-ontvangers" -bane en -stelsels, 2009. ISCAS 2009. IEEE International Symposium on
[20] S. Galal en B. Razavi, “40 Gb / s-versterker en ESD-beskermingskring in 0.18 _mCMOS-tegnologie,” in IEEE ISSCC Dig. Tegnies. Papers, Februarie 2004, pp. 480-481.