İnternet Arxiv Kitabının Şəkilləri ilə
Modifikasiya olunmuş törəmə superpozisiya metodundan istifadə edərək UWB qəbulediciləri üçün genişzolaqlı bir LNA
I. GİRMƏ
Yüksək sürətli simsiz rabitə sistemlərinin inkişafı, ən aşağı enerji istehlakı və təchizatı gərginliyində işləyən çox GHz bant genişliyi ilə inteqrasiya olunmuş aşağı qiymətli RF cihazlarına artan tələbi qoyur. Ultra genişzolaqlı (IEEE 802.15.3a) aşağı gücdə (1 m) qısa məsafələrdə yüksək məlumat ötürmə sürətinə (10 Gb / s-a qədər) qadir olan yeni bir texnologiya olaraq görünür. Bu texnologiya, səssiz, video və digər yüksək bant məlumatlarının ötürülməsi üçün bir mühit təmin edən simsiz fərdi şəbəkə şəbəkələri (WPANs) kimi bir tətbiq üçün istifadə olunur. UWB sistemləri üçün ayrılmış 3.1-10.6-GHz spektrini istifadə etmək təklif edilən yanaşmalardan biri, 14 MHz bant genişliyi və sürətli bir dövmə sxemi olan 528 alt qrup ilə Ortogonal Frequency Division Multiplexin OFDM modulyasiyasından istifadə edir. 1]. OFDM-də f daşıyıcılar bir-birinə dikdirlər. Bu üsul alt kanallar arasındakı çarpaz danışıqları aradan qaldırır və buna görə də daşıyıcılararası mühafizə dəstələri lazım deyildir. Standart təkmilləşdirilməməsinə baxmayaraq, qəbuledici arxitekturadan asılı olmayaraq bir ön enli geniş bir LNA mütləq lazımdır. Gücləndirici bir neçə tələbə cavab verməlidir, məsələn, əvvəlcədən seçilmiş filtr və anten ilə interfeys üçün, gücləndirici giriş empedansı istədiyiniz UWB bantının üstündən 50-ə yaxın olmalıdır. Bir qarışdırıcının səs-küyünü dəf etmək üçün geniş lent eni ilə kifayət qədər qazanc, alıcının həssaslığını artırmaq üçün aşağı səs-küy rəqəmi, batareyanın ömrünü artırmaq üçün az enerji istehlakı, xərcləri azaltmaq üçün kiçik sahə, qeyd-şərtsiz sabitlik və yaxşı uyğunluq vacib parametrlərdir. Aralarında sıx ticarət var. Ümumiyyətlə onlardan birini yaxşılaşdırmaqla, digərləri xarab olur.
II. Giriş mərhələsi
Ümumi qapı və Cascode konfiqurasiyaları ümumiyyətlə CMOS sxemlərində LNA-nın giriş mərhələsini dizayn etmək üçün istifadə olunan iki növ metoddur, Ümumi Qapı və Cascode quruluşu müvafiq olaraq geniş və dar lentli giriş uyğunluğu təmin edir. Bununla birlikdə Ümumi qapı mərhələsi Cascode mərhələsinə nisbətən yüksək səs-küy rəqəminə malikdir və səs-küyün aradan qaldırılması üsullarından istifadə edilməlidir.
Lakin giriş empedansı qərəz və W / L nisbəti ilə təyin olunur. Əslində bu quruluş transistorun keçiriciliyi üçün bir sərbəstlik dərəcəsi hesab edir və uyğun bir yük seçərək (parazitar kapasitans və gövdənin təsirini nəzərə alaraq induktor və kondansatörlərin yaxşı birləşməsi) mövcud genişzolaqlı giriş uyğunluğu təmin edir. Bu yük r_ds1 ilə mütənasib olmalıdır. Gm dəyişdirildiyi üçün giriş empedansı və uyğun bant genişliyi cihazın f_T ilə təxminən bərabərdir.
Parazitar tranzistor kapasitansı C_gs, işləmə tezliyi yüksəlməyə başladıqda rol oynayır. Dar bant tətbiqində, C_gsto ilə rezonans vermək üçün giriş mərhələsinə istənilən tezlikdə uyğunlaşma gücləndiricisi əlavə olunur. Lakin CMOS dar bant tətbiqetmələrində induktiv degenerasiya olan kaskod LNA-ya üstünlük verilir, lakin girişdən C_gd yolunun çıxışı və buraxılmaması üçün, Ümumi Qapı LNA Ümumi Mənbə LNA ilə müqayisədə daha yaxşı tərs izolyasiya və sabitlik həyata keçirir.
III. SIRCUIT DIZAYN VƏ TƏHLİL
Təklif olunan geniş lentli LNA Şəkil 1-də göstərilmişdir. Giriş mərhələsindən və ümumi mənbə mərhələsindən ibarətdir. Cədvəl 1 təklif olunan CMOS LNA-nın dizayn dəyərlərini göstərir. Off-chip bias-T, M_3 və M_1-nin sabit cərəyan yolunu təmin edir. Seriya induktoru L_4, giriş qapısı mənbəyi kapasitansı ilə daha da rezonans doğurur, nəticədə daha böyük bant genişliyi və tezlik reaksiyasında bəzi qalıq zirvələr yaranır [3]. M_17-nin parazitar tutumu
Şəkil 1. Təklif olunan genişzolaqlı səs-küy ləğv edən LNA
CƏDVƏL
Təqdim olunan CMOS LNA-nın DİZAYN Dəyərləri
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_ (çıxmaq,) 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
və M_3 induktor L_0 ilə LC nərdivan quruluşu düzəldir. DC yük rezistorları R_1 və R_2 dövrə bant genişliyini effektiv şəkildə genişləndirmək üçün müvafiq olaraq L_1 və L_2 indüktörləri ilə birləşdirilir [10]. Seriya artan induktor L_2 eyni zamanda M_2 və M_3 axıntısında C_d2 və C_d3 ümumi parazitar kapasitanslarla rezonans verir. Yük rezistoru R_3, düz qazanc üçün L_3-nin Q amilini azaltmaq üçün əlavə olunur. Parazitar kapasitansları minimuma endirmək və tezlik performansını yaxşılaşdırmaq üçün təklif olunan dövrədəki bütün tranzistorlar üçün minimum kanal uzunluğu 0.18 mkm hesab olunur. Ümumi qaynaq mərhələsi bant genişliyini artırır, daha yaxşı izolyasiya təmin edir və tezlik artımını artırır. Əslində giriş mərhələsi və ümumi mənbə mərhələsi müvafiq olaraq aşağı tezlikli güc qazancını və yüksək tezlikli güc qazancını dəstəkləyir. Hər iki tezlik reaksiyasının birləşməsi genişzolaqlı güc qazanmasına səbəb olur. Transistor M5 də ümumi mənbə mərhələsinə tezlik artımını artırmağa və hamarlamağa kömək edir. Şəkil 2, M5-nin S21 parametrinə təsirini göstərir.
Şəkil 2 M5-nin S21 parametrinə təsiri
Şəkil 3-də M1-in giriş mərhələsi kimi təsiri araşdırılır. Nümunə edilmiş NF və S11 parametri M1 ilə iş müqayisə edilir. NF və S11 arasında sıx bir ticarət var. M_1 açıldıqda, NF artır və S21 parametr eyni gücün yayılması və bənzər bir bant genişliyi ilə azalır, əksinə məqbul bir giriş uyğunluğu əldə ediləcəkdir. Giriş mərhələsindəki Common-Gate quruluşunun səs-küy xüsusiyyətlərinə əlavə konsentrasiya verilməlidir, tranzistor M_1 geniş lent uyğunluğunu təmin etsə də, daxildə yüksək səs-küyə malikdir.
Şəkil 3. M1 ilə simulyasiya edilmiş səs-küy rəqəmi və giriş izolyasiyası yandırılıb və OFF.
Səs-küyün işini araşdırmaq üçün kanal istilik səs-küyü olan MOS tranzistor səs-küy modelindən istifadə olunur. Şəkil 4-də göstərildiyi kimi, qapını və çırpma səslərini laqeyd qoyaraq və bu analizdə mükəmməl bir matç götürdükdə kanal istilik səs-küyünün PSD (i_ (n, d) ^ 2) ̅) şəklində verilmişdir
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / α g_m ∆f (1)
Boltzmann sabiti haradadır, Kelvindəki mütləq temperatur, γ MOS tranzistorunun kanal istilik səs-küy əmsalıdır, α transkeçiriciliyin nisbəti kimi müəyyən edilir g_ və sıfır tərəfli drenaj keçiriciliyi g_ds və səs-küy rəqəminin üstündəki bant genişliyidir müvafiq olaraq ölçülür.
Aşağıdakı tənliklər səs-küy rəqəmini R_1, M_1, M_2 və M_3 tərəfindən təsvir edir və ümumi səs-küy rəqəminə öz töhfələrini verirlər [1]
Şəkil 4. Səs-küy sxematikasının prinsipi
Vəziyyət (2) qurulursa, M_1 səs-küyü silinir [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
Aşağıdakı tənliklər səs-küy rəqəmini ümumi səs-küy rəqəminə qatqı təmin etdikləri R_1, M_2 və M_3 ilə təsvir edir.
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)
Beləliklə, səs-küyün ümumi rəqəmi (6) kimi yaxınlaşdırıla bilər
F_ ümumi = 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.SIMULATION NƏTİCƏ
Dövrə 0.18μm TSMC kitabxana Hspice proqramı ilə simulyasiya edildi. Bütün simulyasiyalar 50Ω giriş və çıxış terminalı nəzərə alınmaqla aparılır. Şəkil.5 (a) -də güc qazanmaq və LNA-nın əks izolyasiyası simulyasiya edilmişdir. Orta qazanc gücü, tezlik aralığında 14.5 dB ripple olan təxminən 0.7 dB-dir. Əks izolyasiya -35dB-dən azdır. Şəkil.5 (b) səs-küy rəqəmini, giriş və çıxış izolyasiyasını göstərir. NF 2.9 dB-dən az, S11-14.8db-dən az, S22 -10DB-dən azdır.
(B)
Şəkil 5. (a) Simulyasiya edilmiş qazanma gücü və əks izolyasiya (b) Simulyasiya edilmiş səs-küy rəqəmi, giriş izolyasiyası və çıxış izolyasiyası
"Şəkil 6", dövrənin IIP3-ni tezliyə qarşı göstərir.
Şəkil 7. Ölçülən IIP3 tezliyə qarşı
Bu işin nəticələri “CƏDVƏL II” də göstərilir və bu yaxınlarda çap olunmuş CMOS LNA-larla müqayisə olunur.
CƏDVƏL 2 FƏALİYYƏT Xülasəsi
VI. Nəticə
Bu sənəd standart bir RFCMOS texnologiyasına əsaslanan UWB LNA quruluşunun yeni dizaynını təqdim edir. Uğurlu giriş uyğunluğu və səs-küy göstəriciləri, ümumi qapı qapısı mərhələsinin giriş maneəsi ilə onun arasındakı ticarəti qiymətləndirdikdən sonra əldə edilir. səs-küy performansı. Ölçülən səs-küy rəqəmi 2.9-3.1-GHz-dən yuxarı 10.6 dB-dən azdır. Düz qazanc bütün LNA dizaynında qeyd edilməlidir və simulyasiya edilmiş güc qazancı 14.5 ± 0.7 dB-dir.
REFERANSLAR
[1] Chih-Fan Liao və Shen-Iuan Liu, "3.1-10.6-GHz UWB Alıcıları üçün Geniş Zolaqlı Səs-küy Ləğv edən CMOS LNA" IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CUCUITS, VOL. 42, YOX 2, FEVRAL 2007
[2] Kuang-Chi He, Ming-Tsung Li, Chen-Ming Li və Jenn-Hwan Tarng, UWB Tətbiqləri üçün Paralel-RC Əlaqə Düşük Səs Gücləndirici IEEE SÜRÜMLƏRİ VƏ SİSTEMLƏRİNDƏ ƏMƏLLƏR – II: İFADƏ QISA, VOL. 57, YOX 8, AĞUSTOS 2010
[3] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung və Chia-Min Chen ”İnduktor-Kaplin
3.1-10.6GHz Ultra Geniş Zolaqlı Sistem üçün rezonanslaşdırılmış CMOS Aşağı Səs Gücləndiricisi ”© 2009 IEEE
[4] Yang Lu, Kiat Seng Yeo, Alper Cabuk, Jianguo Ma, Manh Anh Do və Zhenghao Lu ”3.1-dən 10.6-GHz-ə qədər Ultra Geniş Zolaqlı Simsiz Alıcılar üçün Yenilikçi CMOS Az Səsli Gücləndirici Dizaynı” IEEE Əməliyyatları DƏLİMLƏR VƏ SİSTEMLƏR – I: TƏZƏRLİ KAĞIZLAR, VOL. 53, YOX 8, AĞUSTOS 2006
[5] Əli Mirvakili, Məhəmməd Yavari, Fərşid Raissi ”1-10.6 GHz UWB qəbulediciləri üçün xətti cərəyanla yenidən istifadə olunan LNA” IEICE Electronics Express, Cild 5, No.21,908-914
[6] S. Stroh, “Ultra geniş bant: multimedia çıxarıldı”, IEEE Spectrum, cild. 40, yox. 9, s. 23-27, sentyabr 2003.
[7] Vladimir Aparin və Lawrence E. Larson, Təqaüdçü, IEEE ”FET Düşük Səs Gücləndiricilərinin Lineerləşdirilməsi üçün Dəyişdirilmiş Törəmə Superpozisiya Metodu”, Mikrodalğalı NƏZƏRİYYƏ VƏ TEXNİKƏLƏRİNƏ İEEE ƏMƏLLƏRİ, VOL. 53, YOX 2, FEVRAL 2005
[8] A. Batra et al., “Multi-band OFDM fiziki qat təklifi”, IEEE 802.15-03 / 267r5, Temmuz 2003.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lue Wang, Hslang-Chen Kuo və Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao ”“ Tam Bantlı Dizayn (3.1-10.6GHZ) CMOS UWB Düşük Səs Gücləndiricisi Termal Səs Ləğvi ”” əsərləri Asiya-Sakit Okean Mikrodalğalı Konfransının 2006.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Boyd və TH Lee, “Optimize edilmiş çipli induktorlarla CMOS-da bant genişliyi uzadılması”, IEEE J. Solid-State Circuits, cild. 35, yox. 3, s.346-355, 2000 Mart.
[11] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung və Chia-Min Chen ”3.1-10.6GHz Ultra Geniş Bant Sistemi üçün İnduktor-Kaplin Rezonanslı CMOS Aşağı Səs Gücləndiricisi”
[12] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”“ RF LOWNOISE AMPLIFIER ÜÇÜN LİNERİZASİYA TEXNİKİ ”
[13] Jianyun Hu, Yunliang Zhu və Hui Wu ”Səsin ləğvi ilə ultra geniş bantlı rezistiv-geribildirimli az səsli gücləndirici
0.18μm Rəqəmsal CMOS-da ”978-1-4244-1856-5 / 08 / $ 25.00 © 2008 IEEE
[14] J.-H. Lee, C.-C. Chen və Y.-S. Lin ”0.18 lm 3.1-10.6 GHz CMOS UWB LNA ilə 11.4_0.4 dB qazanma və 100.7_17.4 ps groupdelay” ELEKTRONİK MƏKTUBLAR 22 Noyabr 2007 Cilt. 43 № 24
[15] C.-P. Liang, C.-W. Huang, Y.-K. Lin və S.-J. Chung ”Yeni uyğunluq texnikası ilə 3-10 GHz ultra geniş lentli aşağı səsli gücləndirici” ELEKTRONİK MƏKTUBLAR 5 Avqust 2010 Cild. 46 № 16
[16] Hongrui Wang, Li Zhang və Zhiping Yu, Təqaüdçüsü, “Aşağı Güclü Aşağı Gərginlikli Tətbiqlər üçün Yerli Əlaqə və Səs Ləğv Edən Geniş Zolaqlı İnduktorsuz LNA” IEEE ƏLAQƏLƏRİ SÜRÜTLƏRƏ VƏ SİSTEMLƏRƏ İŞLƏNMƏLƏR - I: QAYDALI KAĞIDLAR, VOL. 57, YOX 8, AĞUSTOS 2010
[17] TH Lee, CMOS Radio-Frekanslı İnteqral Sxemlərin Dizaynı, 1-ci ed. New York: Cambridge Univ. Mətbuat, 1998.
[18] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”“ RF LOWNOISE AMPLIFIER ÜÇÜN LINEARIZATION TEXNİKİ ”ISCAS 2004
[19] Əli Mirvakili, Məhəmməd Yavari ”“ UWB DS-CDMA Alıcılarının Üst Zolağı üçün səs-küyün qarşısını alan CMOS LNA dizaynı ”Dövrlər və Sistemlər, 2009. ISCAS 2009. IEEE Beynəlxalq Sempozyumu
[20] S. Galal və B. Razavi, "40 _mCMOS texnologiyasında 0.18 Gb / s gücləndirici və ESD qoruma dövrəsi", IEEE ISSCC Dig. Texniki. Sənədlər, Fevral 2004, s.480-481.