pinaagi sa Internet Images Images
Usa ka Broadband LNA alang sa mga Tigdawat sa UWB nga Naggamit sa Giusab nga Pamatasan nga Paggamit sa Paglikay
I. GIPADAYAG
Ang pag-uswag sa labing tulin nga mga sistema sa komunikasyon nga wala’y bayad gibutang ang pagdugang nga hangyo sa mga integrated low-cost RF device nga adunay multi-GHz bandwidth nga naglihok sa labing ubus nga konsumo sa kuryente ug boltahe sa suplay. Ang Ultra-wideband (IEEE 802.15.3a) nagpakita ingon usa ka bag-ong teknolohiya nga makahimo sa taas nga rate sa pagbalhin sa datos (hangtod sa 1 Gb / s) sa sulud sa mubu nga distansya (10 m) sa gamay nga kusog. Gigamit kini nga teknolohiya alang sa pipila nga aplikasyon sama sa mga wireless personal area network (WPAN), nga naghatag usa ka palibot alang sa pagpasa sa audio, video, ug uban pang datos nga high-bandwidth. Usa sa pamaagi nga gisugyot nga gamiton ang spectrum sa 3.1-10.6-GHz nga gigahin alang sa mga sistema sa UWB, naggamit sa modyul nga Orthogonal Frequency Division Multiplexin OFDM nga adunay 14 ka mga sub-band kung diin manakop ang 528-MHz nga gilapdon sa banda ug usa ka dali nga iskema sa paglihok sa kanunay 1]. Sa OFDM, ang mga kinahanglanon nga sub-carrier f patas sa usag usa. Gikuha sa kini nga pamaagi ang cross-talk taliwala sa mga sub-channel ug sumala niini dili kinahanglan ang mga bantay sa inter-carrier guard. Bisan kung ang sukaranan wala pa mahingpit, ang usa ka front-end wideband LNA kinahanglan gyud bisan unsa man ang arkitektura sa tigdawat. Kinahanglan nga matuman sa amplifier ang daghang mga kinahanglanon, pananglitan sa pag-interface sa preselect filter ug antenna, ang ampled input impedance kinahanglan nga hapit sa 50 sa gitinguha nga UWB band. Bisan pa ang igo nga nakuha nga adunay gilapdon nga banda sa band aron matabunan ang kasaba sa usa ka mixer, ubos nga numero sa kasaba aron mapaayo ang pagkasensitibo sa tigdawat, mubu ang konsumo sa kuryente aron madugangan ang kinabuhi sa baterya, gamay nga lugar nga mamatay aron maminusan ang gasto, wala’y kondisyon nga kalig-on ug maayong pagkalinyas hinungdanon nga mga sukaranan. Adunay usa ka suod nga trade-off sa taliwala nila. Kasagaran sa pagpaayo sa usa niini, nadaut ang uban.
II. Input yugto
Ang mga sagup nga sagad sa gate ug Cascode duha ka klase nga pamaagi nga sagad gigamit sa paglaraw sa yugto sa pagsulud sa LNA sa mga circuit sa CMOS, samtang ang istraktura sa Common-Gate ug Cascode naghatag us aka lapad nga banda ug pig-ot nga band sa pag-input nga katugbang. Bisan pa ang yugto sa Common-gate adunay usa ka intrinsically high noise figure kumpara sa yugto sa Cascode ug kinahanglan gamiton ang mga teknik sa pagkansel sa kasaba.
Bisan pa ang impedance sa pag-input gitakda sa ratio sa bias & W / L. Sa tinuud ang kini nga istraktura gikonsiderar ang usa ka degree sa kagawasan alang sa transconductance sa transistor ug usab pinaagi sa pagpili sa usa ka angay nga karga (usa ka maayong kombinasyon sa inductor ug capacitors samtang gikonsiderar ang epekto sa parasitiko nga capacitance ug lawas), naghatag us aka magamit nga broadband input match. Kini nga karga kinahanglan managsama sa r_ds1. Tungod kay nagbag-o ang gm, ang input impedance ug ang parehas nga bandwidth parehas nga parehas sa f_T sa aparato.
Ang parasitic transistor capacitance C_gs magsugod sa pagdula kung ang pagsugod sa pagtaas sa dalas. Sa pig-ot nga aplikasyon sa banda, usa ka shunt inductor ang gidugang sa input entablado aron maduyog sa C_gsto mapaayo ang impedance match sa gitinguha nga frequency. Bisan pa sa kadaghanan sa mga aplikasyon sa CMOS pig-ot nga banda, ang cascode LNA nga adunay inductive degeneration labi nga gusto alang sa pag-inusara gikan sa pagsulud hangtod sa output ug paghawa sa C_gd path, ang Common-Gate LNA naghimo og labi ka maayo nga reverse isolation ug stable kumpara sa Common-Source LNA.
III. DESIGN SA CIRCUIT UG PAGSUSI
Ang gisugyot nga lapad nga band nga LNA gipakita sa Fig. 1. Kini gilangkuban sa usa ka yugto sa pagsulud ug usa ka naandan nga yugto sa gigikanan. Gipakita sa talahanayan 1 ang mga kantidad sa laraw sa gisugyot nga CMOS LNA. Usa ka off-chip bias-T ang naghatag bias sa gate sa M_3 ug sa DC nga karon nga agianan sa M_1. Ang sunod-sunod nga inductor nga L_4 dugang nga nagbalatian sa input nga gigikanan sa ganghaan nga capacitance nga M_3, nga nagresulta sa labi ka daghan nga bandwidth ug pipila nga nahabilin nga pagtaas sa frequency nga tubag [17]. Ang capacitances nga parasitiko sa M_2
Fig. 1. Gisugyot nga broadband noise-canceling LNA
TABLE I
DESIGN VALUES SA PROPOSED 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_ (gawas,) 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
ug M_3 naghimo usa ka istraktura sa hagdan nga LC nga adunay inductor L_0. Ang mga resistor sa load sa DC nga R_1 ug R_2 gihiusa sa mga shunt peaking inductors nga L_1 ug L_2 matag usa aron epektibo ang pagpalapad sa circuit bandwidth [10]. Ang serye nga peaking inductor L_2 usab nagpalanog sa kinatibuk-ang capacitances nga parasitic C_d2 ug C_d3 sa kanal sa M_2 ug M_3. Tungod kay ang resistor sa karga, ang R_3, gidugang aron maminusan ang Q nga hinungdan sa L_3 alang sa patag nga makuha. Ang minimum nga gitas-on sa channel nga 0.18μm gikonsiderar alang sa tanan nga mga transistors sa gisugyot nga sirkito aron maminusan ang mga capacitance sa parasitic ug mapaayo ang paghimo sa frequency. Ang sagad nga yugto sa gigikanan nagpadako sa bandwidth, naghatag labi ka maayo nga pagkalain ug gipataas ang kadaghan nga nakuha. Sa tinuud ang yugto sa pag-input ug ang kasagarang yugto sa gigikanan gisuportahan ang low-frequency power gain ug high-frequency power gain, matag usa. Ang kombinasyon sa parehas nga mga tubag sa frequency nga mosangput sa usa ka nakuha sa kuryente sa broadband. Nakatabang usab ang Transistor M5 sa kasagarang yugto sa gigikanan aron madugangan ug hapsay nga makuha ang frequency. Gipakita sa Fig. 2 ang epekto sa M5 sa S21 parameter.
Fig. 2 Ang epekto sa M5 sa S21 parameter
Sa Fig. 3 ang mga epekto sa M1 ingon input yugto gisusi. Ang simulate nga NF ug S11 parameter gitandi sa kaso nga ang M1 gipatay. Adunay usa ka suod nga tradeoff tali sa NF ug S11. Kung giablihan ang M_1, nadugangan ang NF ug ang parameter sa S21 gikunhuran nga adunay parehas nga pagdako sa kuryente ug usa ka parehas nga bandwidth, apan sa sukwahi ang usa ka madawat nga pagpares sa input ang makab-ot. Ang dugang nga konsentrasyon kinahanglan igahatag sa mga kinaiyahan sa kasaba sa istruktura sa Common-Gate sa yugto sa pagsulud, bisan kung ang transistor M_1 naghatag usa ka pagsukma sa usa ka halapad nga band, kini adunay usa ka taas nga tunog nga tunog.
Fig. 3. Simulated noise figure ug input isolation nga adunay M1 ON ug OFF.
Aron maimbestigahan ang paghimo sa kasaba, gigamit ang modelo sa kasaba sa transistor sa MOS nga adunay channel nga kasaba sa kainit. Ingon sa gipakita sa Fig.4, gipasagdan ang mga kasaba sa ganghaan ug mga kislap ug naghunahuna nga usa ka hingpit nga dula sa kini nga pagtuki, ang PSD sa kanal nga init nga kasaba (i_ (n, d) ^ 2) ̅ gihatag ingon
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / α g_m ∆f (1)
Kung diin ang kanunay nga Boltzmann, mao ang hingpit nga temperatura sa Kelvin, ang γ mao ang coefficient sa MOS transistor sa channel thermal noise, ang α gihubit ingon ang ratio sa transconductance g_mand ang zero-bias drain conductance g_ds ug ang bandwidth diin ang noise figure gisukot sunod.
Gihubit sa mga mosunud nga panagsama ang numero sa kasaba ni R_1, M_1, M_2 ug M_3 nga ilang gitampo sa kinatibuk-an nga numero sa kasaba
Fig. 4. Baruganan sa eskema sa kasaba
Kung ang kondisyon (2) natukod ang kasaba sa M_1 gikuha [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
Gihubit sa mga mosunud nga panagsama ang numero sa kasaba pinaagi sa R_1, M_2 ug M_3 nga ilang gitampo sa kinatibuk-an nga numero sa kasaba.
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)
Sa ingon, ang kinatibuk-ang numero sa kasaba mahimong gibanabana ingon (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. RESULTA SA PANIMULA
Ang circuit gisundog sa 0.18μm TSMC library Hspice software. Ang tanan nga mga simulation gihimo nga gikonsiderar ang 50Ω nga mga input ug output terminal. Sa Fig.5 (a) nakakuha gahum ug balik nga pagkahimulag sa LNA gisundog. Ang aberids nga kusog nga nakuha hangtod sa 14.5 dB nga adunay 0.7 dB ripple sa kasangkaran sa kasubsob. Ang reverse isolation mas mubu sa -35dB. Gipakita sa Fig.5 (b) ang numero sa kasaba, pagkasulud sa input ug output. Ang NF mas mubu sa 2.9 dB, ang S11 mas mubu sa-14.8db ug ang S22 hapit mubu sa -10dB.
(B)
Fig. 5. (a) Simulated gain power ug reverse isolation (b) Simulated Noise figure, input isolation ug output isolation
Gipakita sa "Fig.6" ang IIP3 sa circuit kontra frequency.
Fig. 7. Gisukod ang IIP3 kontra sa frequency
Ang mga sangputanan sa kini nga trabaho gipakita sa "TABLE II" ug gitandi sa karon lang gipatik nga mga CMOS LNA.
TABLA 2 SUMMARY SA PAGPANGHIMO
VI. KONKLUSYON
Gipakita sa kini nga papel ang usa ka bag-ong laraw sa usa ka istraktura sa UWB LNA nga gibase sa usa ka sukaranan nga teknolohiya sa RFCMOS. Nahiuyon ang katagbaw nga pagsukma sa pagsulud ug paghimo sa kasaba pagkahuman bahin sa tradeoffs taliwala sa input impedance sa yugto nga common-gate ug ang mga niini. pasundayag sa kasaba. Ang gisukod nga numero sa kasaba mas gamay sa 2.9 dB labaw sa 3.1-10.6-GHz. Ang usa ka patag nga nakuha angayan nga hisgutan sa tanan nga laraw sa LNA ug ang simulate nga nakuha nga kuryente mao ang 14.5 ± 0.7 dB.
mga pakisayran
[1] Chih-Fan Liao, ug Shen-Iuan Liu, "Usa ka Broadband Noise-Cancing CMOS LNA alang sa 3.1-10.6-GHz UWB Receivers" IEEE JOURNAL SA SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 42, DILI. 2, PEBRERO 2007
[2] Kuang-Chi He, Ming-Tsung Li, Chen-Ming Li, ug Jenn-Hwan Tarng, Parallel-RC Feedback Low-Noise Amplifier alang sa UWB Applications IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS – II: EXPRESS BRIEFS, VOL. 57, DILI. 8, AGOSTO 2010
[3] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung ug Chia-Min Chen ”Usa ka Inductor-Coupling
Gisubli ang CMOS Low Noise Amplifier alang sa 3.1-10.6GHz Ultra-Wideband System ”© 2009 IEEE
[4] Yang Lu, Kiat Seng Yeo, Alper Cabuk, Jianguo Ma, Manh Anh Do, ug Zhenghao Lu ”Usa ka Novel CMOS Low-Noise Amplifier Design alang sa 3.1-to 10.6-GHz Ultra-Wide-Band Wireless Receivers” Mga Pagbalhin sa IEEE ONEE CIRCUITS AND SYSTEMS – I: REGULAR PAPERS, VOL. 53, DILI. 8, AGOSTO 2006
[5] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari, Farshid Raissi "Usa ka linear nga gigamit karon nga LNA alang sa 1-10.6 GHz UWB nga mga tigdawat" IEICE Electronics Express, Vol.5, No.21,908-914
[6] S. Stroh, "Ultra-wideband: multimedia unplug," IEEE Spectrum, vol. 40, dili. 9, pp. 23-27, Sep. 2003.
[7] Vladimir Aparin ug Lawrence E. Larson, Fellow, IEEE ”Gibag-o nga Derivative Superposition nga Pamaagi alang sa Paglinya sa FET Mga Low-Noise Amplifier” IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 53, DILI. 2, PEBRERO 2005
[8] A. Batra et al., "Multi-band OFDM pisikal nga layer nga sugyot," IEEE 802.15-03 / 267r5, Hul. 2003.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lue Wang, Hslang-Chen Kuo ug Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao "Ang Disenyo sa Full-Band (3.1-10.6GHZ) CMOS UWB Low Noise Amplifier nga adunay Thermal Noise Cancelling" sa Asia-Pacific Microwave Conference 2006.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Boyd, ug TH Lee, "Bandwidth extension sa CMOS nga adunay na-optimize nga on-chip inductors," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 35, dili. 3, pp. 346-355, Marso 2000.
[11] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung ug Chia-Min Chen ”Usa ka Inductor-Coupling Gibagbag CMOS Low Noise Amplifier alang sa 3.1-10.6GHz Ultra-Wideband System”
[12] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”Usa ka Teknolohiya sa LINEARIZATION PARA SA RF LOWNOISE AMPLIFIER”
[13] Jianyun Hu, Yunliang Zhu, ug Hui Wu ”Usa ka Ultra-Wideband Resistive-Feedback nga Low-Noise Amplifier nga adunay Pagkansela sa Noise
sa 0.18μm Digital CMOS ”978-1-4244-1856-5 / 08 / $ 25.00 © 2008 IEEE
[14] J.-H. Lee, C.-C. Chen ug Y.-S. Lin ”0.18 lm 3.1-10.6 GHz CMOS UWB LNA nga adunay 11.4_0.4 dB nga nakuha ug 100.7_17.4 ps groupdelay” Mga SULAT SA Elektroniko kaniadtong Nobyembre 22 Vol. 2007 Numero 43
[15] C.-P. Liang, C.-W. Huang, Y.-K. Lin ug S.-J. Chung ”3-10 GHz ultra-wideband low-noise amplifier nga adunay bag-ong pamaagi sa pagpares” Mga SULAT SA Elektroniko Ika-5 sa Agosto 2010 Vol. 46 No. 16
[16] Hongrui Wang, Li Zhang, ug Zhiping Yu, Fellow, "Usa ka Wideband Inductorless LNA nga Adunay Lokal nga Feedback ug Kasaba sa Pagkansela alang sa Mga Low-Power Low-Voltage nga Application" Mga IEEE TRANSACTIONS SA CIRCUITS AND SYSTEMS – I: REGULAR PAPERS, VOL. 57, DILI. 8, AGOSTO 2010
[17] TH Lee, Ang Laraw sa CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits, 1st ed. New York: Cambridge Univ. Press, 1998.
[18] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio "Usa ka Teknolohiya sa LINEARIZATION ALANG SA RF LOWNOISE AMPLIFIER" ISCAS 2004
[19] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari ”Usa ka Disenyo nga Pagkansela sa Noise sa CMOS LNA alang sa Ibabaw nga Band sa Mga Tigdawat sa UWB DS-CDMA” Mga Circuits ug Sistema, 2009. ISCAS 2009. IEEE International Symposium on
[20] S. Galal ug B. Razavi, "40 Gb / s amplifier ug ESD protection circuit sa 0.18 _mCMOS nga teknolohiya," sa IEEE ISSCC Dig. Tech. Mga Papel, Peb. 2004, pp. 480-481.