gan Internet Archive Book Images
A CCL Band Eang ar gyfer PCB Derbynwyr Defnyddio Addaswyd Dull arosodiad deilliadol
I. CYFLWYNIAD
Mae datblygu'r systemau cyfathrebu diwifr cyflym yn rhoi cais cynyddol am ddyfeisiau RF cost isel integredig gyda lled band aml-GHz yn gweithredu ar y foltedd defnydd pŵer a chyflenwad pŵer isaf. Mae band ultra-wide (IEEE 802.15.3a) yn ymddangos fel technoleg newydd sy'n gallu cyfraddau trosglwyddo data uchel (hyd at 1 Gb / s) o fewn pellteroedd byr (10 m) ar bŵer isel. Mae'r dechnoleg hon yn defnyddio ar gyfer peth cymhwysiad fel rhwydweithiau ardal bersonol diwifr (WPANs), gan ddarparu amgylchedd ar gyfer trosglwyddo sain, fideo a data lled band uchel arall. Mae un o'r dull a gynigiwyd i ddefnyddio'r sbectrwm o 3.1-10.6-GHz a ddyrannwyd ar gyfer systemau PCB, yn defnyddio modiwleiddio MultDlexin Is-adran Is-adran Orthogonal gyda 14 o is-fandiau p'un bynnag sy'n meddiannu lled band 528-MHz a chynllun hopian amledd cyflym [ 1]. Yn OFDM, mae'r gofynion is-gludwr f yn berpendicwlar i'w gilydd. Mae'r dull hwn yn dileu'r traws-siarad rhwng yr is-sianeli ac yn unol â hynny nid oes angen bandiau gwarchod rhyng-gludwyr. Er nad yw'r safon wedi'i pherffeithio, mae LNA band llydan pen blaen yn gwbl angenrheidiol waeth beth yw pensaernïaeth y derbynnydd. Rhaid i'r mwyhadur fodloni sawl gofyniad, er enghraifft i ryngweithio â'r hidlydd dewis ac antena, dylai'r rhwystriant mewnbwn mwyhadur fod yn agos at 50 dros y band PCB a ddymunir. Fodd bynnag, mae enillion digonol gyda lled band eang i oresgyn sŵn cymysgydd, ffigur sŵn isel i wella sensitifrwydd derbynnydd, defnydd pŵer isel i gynyddu bywyd batri, ardal marw fach i leihau cost, sefydlogrwydd diamod a llinoledd da yn baramedrau pwysig. Mae cyfaddawd agos rhyngddynt. Yn gyffredinol trwy wella un ohonynt, mae'r lleill yn cael eu difetha.
II. Cam mewnbwn
Mae ffurfweddiadau giât gyffredin a Rhaeadru yn ddau fath o ddulliau a ddefnyddir fel arfer i ddylunio cam mewnbwn LNA mewn cylchedau CMOS, tra bod strwythur y Porth Cyffredin a'r Cascode yn darparu cyfatebiad mewnbwn band llydan a band cul yn y drefn honno. Fodd bynnag, mae gan y cam porth cyffredin ffigur sŵn cynhenid uchel yn erbyn cam Cascode a rhaid defnyddio'r technegau canslo sŵn.
Fodd bynnag, gosodir rhwystriant mewnbwn yn ôl cymhareb gogwydd a W / L. Mewn gwirionedd mae'r strwythur hwn yn ystyried rhywfaint o ryddid i drawsgludiant transistor a hefyd trwy ddewis llwyth priodol (cyfuniad da o anwythydd a chynwysorau wrth ystyried effaith cynhwysedd parasitig a'r corff), mae'n darparu paru mewnbwn band eang sydd ar gael. Rhaid i'r llwyth hwn fod yn gymesur â r_ds1. Gan fod gm yn newid, mae'r rhwystriant mewnbwn a'r lled band paru bron yn hafal i f_T y ddyfais.
Mae cynhwysedd transistor parasitig C_gs yn dechrau chwarae rolau pan fydd yr amledd gweithredu yn dechrau codi. Yn y cymhwysiad band cul, ychwanegir inductor siyntio yn y cam mewnbwn i atseinio gyda C_gsto i wella paru rhwystriant ar yr amledd a ddymunir. Fodd bynnag, yn y mwyafrif o gymwysiadau band cul CMOS, mae'n well ffafrio cod LNA â dirywiad anwythol ond ar gyfer ynysu o'r mewnbwn i allbwn ac hepgor y llwybr C_gd, mae'r LNA Common-Gate yn perfformio ynysu a sefydlogrwydd gwrthdroi gwell yn erbyn LNA Ffynhonnell Gyffredin.
III. DYLUNIO A DADANSODDIAD CYLCH
Dangosir yr LNA band eang arfaethedig yn Ffigur 1. Mae'n cynnwys cam mewnbwn a cham ffynhonnell gyffredin. Mae Tabl 1 yn dangos gwerthoedd dylunio'r LNA CMOS arfaethedig. Mae gogwydd-T oddi ar y sglodion yn darparu gogwydd giât M_3 a llwybr cyfredol DC M_1. Mae'r inductor cyfres L_4 yn atseinio ymhellach â chynhwysedd ffynhonnell giât mewnbwn M_3, gan arwain at led band mwy a rhywfaint o uchafbwynt gweddilliol ar yr ymateb amledd [17]. Cynhwysedd parasitig M_2
Ffig. 1. LNA arfaethedig i ganslo sŵn band eang
TABL I.
GWERTHOEDD DYLUNIO'R LNA CMOS ARFAETHEDIG
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_ (allan,) 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
ac mae M_3 yn gwneud strwythur ysgol LC gyda'r inductor L_0. Mae'r gwrthyddion llwyth DC R_1 a R_2 wedi'u cyfuno ag anwythyddion brig siyntio L_1 a L_2 yn y drefn honno i ymestyn lled band cylched yn effeithiol [10]. Mae'r cyfres sy'n cyrraedd uchafbwynt inductor L_2 hefyd yn atseinio â chyfanswm y cynwyseddau parasitig C_d2 a C_d3 wrth ddraen M_2 a M_3. Ers i'r gwrthydd llwyth, R_3, gael ei ychwanegu i leihau ffactor Q L_3 ar gyfer ennill gwastad. Ystyrir hyd lleiaf y sianel o 0.18μm ar gyfer yr holl drawsyddyddion yn y gylched arfaethedig i leihau cynhwysedd parasitig a gwella perfformiad amledd. Mae'r cam ffynhonnell gyffredin yn ymestyn lled band, yn darparu ynysu gwell ac yn cynyddu enillion amledd. Mewn gwirionedd mae'r cam mewnbwn a'r cam ffynhonnell gyffredin yn cefnogi ennill pŵer amledd isel ac ennill pŵer amledd uchel, yn y drefn honno. Mae'r cyfuniad o'r ddau ymateb amledd yn arwain at ennill pŵer band eang. Mae Transistor M5 hefyd yn helpu cam ffynhonnell cyffredin i gynyddu a llyfnhau enillion amledd. Mae Ffig. 2 yn dangos effaith M5 ar baramedr S21.
Ffig. 2 Effaith M5 ar baramedr S21
Yn Ffig. 3 ymchwilir i effeithiau M1 fel cam mewnbwn. Mae'r paramedr efelychiedig NF a S11 yn cael ei gymharu â'r achos gyda M1 wedi'i ddiffodd. Mae cyfaddawd agos rhwng NF ac S11. Pan fydd M_1 yn cael ei droi ymlaen, mae'r NF yn cael ei gynyddu ac mae paramedr S21 yn cael ei ostwng gyda'r un afradu pŵer a lled band tebyg, ond i'r gwrthwyneb, cyflawnir paru mewnbwn derbyniol. Dylid rhoi crynodiad ychwanegol i nodweddion sŵn strwythur y Porth Cyffredin yn y cam mewnbwn, er bod transistor M_1 yn darparu cyfatebiad band eang, mae ganddo ffigur sŵn cynhenid uchel.
Ffig. 3. Ffigwr sŵn efelychiedig ac ynysu mewnbwn gydag M1 wedi'i droi ymlaen ac i ffwrdd.
Er mwyn ymchwilio i berfformiad sŵn, defnyddir model sŵn transistor MOS gyda sŵn thermol y sianel. Fel y dangosir yn Ffig.4, gan esgeuluso synau'r giât a'r cryndod a chymryd eu bod yn cyfateb yn berffaith yn y dadansoddiad hwn, rhoddir PSD sŵn thermol y sianel (i_ (n, d) ^ 2) ̅ fel
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / α g_m ∆f (1)
Ble mae'r cysonyn Boltzmann, yw'r tymheredd absoliwt yn Kelvin, γ yw cyfernod sŵn thermol sianel y transistor MOS, diffinnir α fel cymhareb y trawsgludiant g_mand y dargludiad draen sero-ragfarn g_ds a dyma'r lled band y mae'r ffigur sŵn drosto yn cael ei fesur yn y drefn honno.
Mae'r hafaliadau canlynol yn disgrifio'r ffigur sŵn yn ôl R_1, M_1, M_2 a M_3 eu bod yn cyfrannu at y ffigur sŵn cyffredinol [1]
Ffig. 4. Egwyddor y sgematig sŵn
Os sefydlir yr amod (2) hepgorir sŵn M_1 [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
Mae'r hafaliadau canlynol yn disgrifio'r ffigur sŵn yn ôl R_1, M_2 a M_3 y maent yn ei gyfrannu at y ffigur sŵn cyffredinol.
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)
Felly, gellir brasamcanu cyfanswm y ffigur sŵn fel (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)
CANLYNIAD IV.SIMULATION
Cafodd y gylched ei efelychu â meddalwedd Hspice llyfrgell TSMC 0.18μm. Gwneir pob efelychiad gan ystyried terfynellau mewnbwn ac allbwn 50Ω. Yn Ffig.5 (a) efelychir pŵer ennill ac ynysu cefn yr LNA. Mae'r pŵer ennill ar gyfartaledd oddeutu 14.5 dB gyda 0.7 dB yn crychdonni dros yr ystod amledd. Mae'r ynysu cefn yn llai na -35dB. Mae Ffig.5 (b) yn dangos y ffigur sŵn, mewnbwn ac ynysu allbwn. Mae'r NF yn llai na 2.9 dB, mae S11 yn llai na-14.8db ac mae S22 oddeutu llai na -10dB.
(B)
Ffig. 5. (a) Pŵer ennill efelychiedig ac ynysu gwrthdroi (b) Ffigur Sŵn Efelychiedig, ynysu mewnbwn ac ynysu allbwn
Mae “Ffig.6” yn dangos IIP3 y gylched yn erbyn amledd.
Ffig. 7. IIP3 wedi'i fesur yn erbyn amlder
Dangosir canlyniadau'r gwaith hwn yn “TABL II” ac fe'u cymharir â LNAs CMOS a gyhoeddwyd yn ddiweddar.
TABL 2 CRYNODEB PERFFORMIAD
VI. CASGLIAD
Mae'r papur hwn yn cyflwyno dyluniad newydd o strwythur LNA PCB yn seiliedig ar dechnoleg RFCMOS safonol. Ceir paru mewnbwn boddhaol a pherfformiad sŵn ar ôl ystyried y cyfaddawdau rhwng rhwystriant mewnbwn cam y giât gyffredin a'i. perfformiad sŵn. Mae'r ffigur sŵn wedi'i fesur yn llai na 2.9 dB dros 3.1-10.6-GHz. Mae'n werth sôn am enillion gwastad ym mhob dyluniad LNA a'r enillion pŵer efelychiedig yw 14.5 ± 0.7 dB.
CYFEIRIADAU
[1] Chih-Fan Liao, a Shen-Iuan Liu, ”CMOS LNA sy'n Canslo Sŵn Band Eang ar gyfer Derbynyddion PCB 3.1-10.6-GHz” IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 42, RHIF. 2, CHWEFROR 2007
] 2, RHIF. 57, AWST 8
[3] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Hung Chung-Chih a Chia-Min Chen ”Cyplysu Inductor
Mwyhadur Sŵn Isel CMOS wedi'i ail-enwi ar gyfer System Band Eang Eang 3.1-10.6GHz ”© 2009 IEEE
[4] Yang Lu, Kiat Seng Yeo, Alper Cabuk, Jianguo Ma, Manh Anh Do, a Zhenghao Lu ”Dyluniad Mwyhadur Sŵn Isel CMOS Nofel ar gyfer Derbynyddion Di-wifr Band Ultra-Eang 3.1-i 10.6-GHz” TRAFODION IEEE AR CYLCHOEDD A SYSTEMAU - I: PAPURAU RHEOLAIDD, VOL. 53, RHIF. 8, AWST 2006
[5] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari, Farshid Raissi ”LNA llinellol wedi'i hailddefnyddio cerrynt ar gyfer derbynyddion PCB 1-10.6 GHz” IEICE Electronics Express, Vol.5, Rhif.21,908-914
[6] S. Stroh, “Band ultra-llydan: amlgyfrwng heb ei blygio,” IEEE Spectrum, cyf. 40, na. 9, tt. 23-27, Medi 2003.
[7] Vladimir Aparin a Lawrence E. Larson, Cymrawd, IEEE ”Dull Arosodiad Deilliadol wedi'i Addasu ar gyfer Lliniaru Mwyhaduron Sŵn Isel FET” TRAFODION IEEE AR THEORI A THECHNEGAU MICROWAVE, VOL. 53, RHIF. 2, CHWEFROR 2005
[8] A. Batra et al., “Cynnig haen gorfforol aml-fand OFDM,” IEEE 802.15-03 / 267r5, Gorffennaf 2003.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lue Wang, Hslang-Chen Kuo a Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao ”Dyluniad Mwyhadur Sŵn Isel Band (3.1-10.6GHZ) CMOS UWB gyda Chanslo Sŵn Thermol” Trafodion ” Cynhadledd Microdon Asia-Môr Tawel 2006.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Boyd, a TH Lee, “Estyniad lled band yn CMOS gydag anwythyddion optimaidd ar-sglodion,” IEEE J. Solid-State Circuits, cyf. 35, na. 3, tt. 346-355, Mawrth 2000.
[11] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Hung Chung-Chih a Chia-Min Chen ”Mwyhadur Sŵn Isel CMOS wedi'i Ail-gyplysu gan Inductor ar gyfer System Ultra-Eang 3.1-10.6GHz”
[12] Chunyu Xin, Edgar S’anchez-Sinencio ”TECHNIQUE LINEARISATION FOR RF LOWNOISE AMPLIFIER”
[13] Jianyun Hu, Yunliang Zhu, a Hui Wu ”Mwyhadur Sŵn Isel Gwrthiannol-Adborth Ultra-Eang gyda Diddymu Sŵn
yn 0.18μm Digital CMOS ”978-1-4244-1856-5 / 08 / $ 25.00 © 2008 IEEE
[14] J.-H. Lee, C.-C. Chen ac Y.-S. Lin ”0.18 lm 3.1-10.6 GHz CMOS UWB LNA gydag enillion 11.4_0.4 dB a 100.7_17.4 ps groupdelay” LLYTHYRAU ELECTRONEG 22ain Tachwedd 2007 Cyf. 43 Rhif 24
[15] C.-P. Liang, C.-W. Huang, Y.-K. Lin ac S.-J. Mwyhadur sŵn isel ultra-llydan Chung ”3-10 GHz gyda thechneg paru newydd” LLYTHYRAU ELECTRONEG 5ed Awst 2010 Cyf. 46 Rhif 16
[16] Hongrui Wang, Li Zhang, a Zhiping Yu, Cymrawd, “LNA Inductorless Band Eang gyda Adborth Lleol a Chanslo Sŵn ar gyfer Cymwysiadau Foltedd Isel Pwer Isel” TRAFODION IEEE AR AMGYLCHIADAU A SYSTEMAU - I: PAPURAU RHEOLAIDD, VOL. 57, RHIF. 8, AWST 2010
[17] TH Lee, Dyluniad Cylchedau Integredig Radio-Amledd CMOS, gol 1af. Efrog Newydd: Cambridge Univ. Gwasg, 1998.
[18] Chunyu Xin, Edgar S’anchez-Sinencio ”TECHNIQUE LINEARISATION FOR RF LOWNOISE AMPLIFIER” ISCAS 2004
[19] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari ”Dyluniad CMOS LNA sy'n Canslo Sŵn ar gyfer Cylchedau a Systemau Band Uchaf Derbynyddion DS-CDMA PCB, 2009. ISCAS 2009. Symposiwm Rhyngwladol IEEE ar
[20] S. Galal a B. Razavi, “mwyhadur 40 Gb / s a chylched amddiffyn ESD mewn technoleg 0.18 _mCMOS,” yn IEEE ISSCC Dig. Tech. Papurau, Chwefror 2004, tt 480-481.