per Interretaj Arkivaj Bildaj Bildoj
Larĝa Bando LNA por UWB-Riceviloj Uzanta Metodon Modifita Derivaĵoj
I. ENKONDUKO
Evoluo de la altrapidaj sendrataj komunikaj sistemoj pliigas peton pri integraj malmultekostaj RF-aparatoj kun mult-GHz-bendolarĝo funkcianta ĉe la plej malalta elektrokonsumo kaj proviza tensio. Ultra-larĝa bando (IEEE 802.15.3a) aperas kiel nova teknologio kapabla por altaj datumtransigaj rapidoj (ĝis 1 Gb / s) ene de mallongaj distancoj (10 m) kun malalta potenco. Ĉi tiu teknologio uzas por iuj aplikoj kiel sendrataj retaj retaj retoj (WPAN), provizantaj medion por transdono de audio, video kaj aliaj datumoj de alta larĝa bando. Unu el la aliroj, kiujn oni proponis uzi la spektron de 3.1-10.6-GHz asignita por sistemoj UWB, uzas moduladon de Ortogonala Frekvenca Divido-Multipleksina OFDM kun 14 sub-grupoj, kiu ajn okupas 528-MHz-larĝan bandon kaj rapidan oftec-saltantan skemon [ 1]. En OFDM, la subportantaj f-bezonoj estas perpendikularaj unu al la alia. Ĉi tiu metodo forigas la interparolon inter la subkanaloj kaj sekve inter-portaj gardistaj bandoj ne necesas. Kvankam la normo ne estis perfektigita, fronta larĝa bando LNA estas absolute necesa sendepende de la ricevila arkitekturo. La amplifilo devas plenumi plurajn postulojn, ekzemple por interagadi kun la antaŭelektita filtrilo kaj anteno, la eniga impedanco de la amplifilo devas esti proksima al 50 super la dezirata UWB-bando. Tamen sufiĉa gajno kun larĝa bando-larĝo por superi la bruon de miksilo, malalta brua cifero por plibonigi ricevilan sentemon, malalta elektrokonsumo por pliigi la vivdaŭron de la baterio, malgranda morta areo por redukti la koston, senkondiĉa stabileco kaj bona lineareco estas gravaj parametroj. Estas proksima interŝanĝo inter ili. Ĝenerale plibonigante unu el ili, la aliaj estas ruinigitaj.
II. Eniga stadio
Komuna-pordega kaj Cascode-agordoj estas du specoj de metodoj kutime uzataj por desegni la enigan stadion de LNA en CMOS-cirkvitoj, dum la komuna-pordega kaj Cascode-strukturo provizas respektive larĝan bandon kaj mallarĝan bandon. Tamen Common-gate-stadio havas interne altan bruociferon kontraŭ Cascode-stadio kaj la bru-nuligaj teknikoj devas esti uzataj.
Tamen eniga impedanco estas fiksita per antaŭjuĝo & rilato W / L. Fakte ĉi tiu strukturo konsideras gradon de libereco por transkondukteco de transistoro kaj ankaŭ elektante taŭgan ŝarĝon (bona kombinaĵo de induktilo kaj kondensiloj konsiderante la efikon de parazita kapacitanco kaj korpo), provizas haveblan larĝbendan enigan kongruadon. Ĉi tiu ŝarĝo devas esti proporcia al r_ds1. Ĉar gm ŝanĝiĝas, la eniga impedanco kaj la kongrua bendolarĝo estas proksimume egalaj al la f_T de la aparato.
La parazita transistora kapacitanco C_gs ludas rolojn kiam la operacia ofteco ekpliiĝas. En la mallarĝa bando-aplikaĵo, ŝuntinduktilo aldoniĝas en la eniga stadio por resoni kun C_gsto por plibonigi impedancon kongruantan ĉe la dezirata ofteco. Tamen en plej multaj CMOS-mallarĝaj grupaj aplikoj, prefereblas kaskoda LNA kun indukta degenero, sed por izoli de la enigo ĝis la eliro kaj preterlasi la vojon C_gd, la Komuna-Porda LNA plenumas pli bonan inversan izoladon kaj stabilecon kontraŭ Komuna-Fonto LNA.
III. CIRKUITO-DESIGNO KAJ ANALIZO
La proponita larĝbenda LNA estas montrita en Fig. 1. Ĝi konsistas el eniga stadio kaj komuna fonta stadio. Tabelo 1 montras la projektajn valorojn de la proponita CMOS LNA. Ekster-peceta biaso-T disponigas la pordegbiason de M_3 kaj la Dc-nunan padon de M_1. La serio-induktilo L_4 plue resonancas de la enira pordega fontkapacitanco de M_3, rezultigante pli grandan bendolarĝon kaj iom da postrestanta maksimumo sur la ofteca respondo [17]. La parazitaj kapacitoj de M_2
Fig. 1. Proponita larĝa bando bru-nuliganta LNA
TABELO I
DESIGN VALOROJ DE LA PROPONITA CMOS LNA
L_in 4nH (W / L) 3 135 / 0.18
L_0 0.5nH (L / L) 4 37.5 / 0.18
L_1 4.5nH (L / L) 5 45 / 0.18
L_2 2.5nH C_in, C_ (ekstere,) 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
(L / L) 1 18 / 0.18 R_3 40Ω
(L / L) 2 30 / 0.18
kaj M_3 faras LC-ŝtupetaran strukturon kun induktilo L_0. La DC-ŝarĝaj rezistiloj R_1 kaj R_2 estas kombinitaj kun ŝuntaj pintaj induktiloj L_1 kaj L_2 respektive por etendi cirkvitan bendolarĝon efike [10]. La serio pintanta induktoro L_2 ankaŭ resonancas de la totalaj parazitaj kapacitancoj C_d2 kaj C_d3 ĉe la drenilo de M_2 kaj M_3. Ekde la ŝarĝa rezistilo, R_3, aldoniĝas por redukti la Q-faktoron de L_3 por plata gajno. La minimuma kanala longo de 0.18 μm estas konsiderata por ĉiuj transistoroj en la proponita cirkvito por minimumigi parazitajn kapacitancojn kaj plibonigi frekvencan rendimenton. La komuna fontostadio etendas bendolarĝon, pli bonan izoladon kaj pliigas frekvencan gajnon. Fakte la eniga stadio kaj la komuna fonta stadio subtenas malalttensian potencan gajnon kaj alttensian potencan gajnon, respektive. La kombinaĵo de ambaŭ frekvencaj respondoj kondukas al larĝa bando potenca gajno. Transistoro M5 ankaŭ helpas komunan fontostadion pliigi kaj mildigi frekvencan gajnon. Fig. 2 montras la efikon de M5 sur la parametro S21.
Fig. 2 La efiko de M5 sur la parametro S21
En Fig. 3 oni esploras la efikojn de M1 kiel eniga stadio. La simulita NF kaj S11-parametro estas komparitaj al la kazo kun M1 estas malŝaltita. Estas proksima interŝanĝo inter NF kaj S11. Kiam M_1 estas ŝaltita, la NF pliiĝas kaj S21-parametro malpliiĝas kun la sama potenca disipado kaj simila larĝa bando, sed male akceptebla eniga kongruado atingiĝos. Ekstra koncentriĝo devas esti donita al la bruaj karakterizaĵoj de la komuna-pordega strukturo en la eniga stadio, kvankam transistoro M_1 provizas larĝbendan kongruadon, ĝi havas interne altan bruan figuron.
Fig. 3. Simula brua figuro kaj eniga izolado kun M1 ŝaltita kaj malŝaltita.
Por esplori la bruan rendimenton, oni uzas la MOS-transistoran bruan modelon kun la kanala termika bruo. Kiel montrite en Fig.4, neglektante la pordegajn kaj flagretajn bruojn kaj supozante perfektan kongruon en ĉi tiu analizo, la PSD de la kanala termika bruo (i_ (n, d) ^ 2) ̅ ricevas kiel
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / α g_m ∆f (1)
Kie estas la konstanto de Boltzmann, estas la absoluta temperaturo en Kelvino, γ estas la koeficiento de la MOS-transistoro de kanala termika bruo, α estas difinita kiel la rilatumo de la transkondukteco respektive mezuras.
La sekvaj ekvacioj priskribas la bruan figuron de R_1, M_1, M_2 kaj M_3, ke ili kontribuas al la ĝenerala brua figuro [1]
Fig. 4. Principo de la brua skemo
Se la kondiĉo (2) estas establita, la bruo de M_1 estas preterlasita [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
La sekvaj ekvacioj priskribas la bruan figuron de R_1, M_2 kaj M_3, ke ili kontribuas al la ĝenerala brua figuro.
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)
Tiel, la totala bruocifero povas esti aproksimita kiel (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.SIMULADO REZULTO
La cirkvito estis simulita per programaro Hspice de biblioteko TSMC de 0.18 μm. Ĉiuj simulaĵoj estas faritaj konsiderante 50Ω enirajn kaj elirajn fina staciojn. En Fig.5 (a) simulas akiri potencon kaj inversan izoladon de la LNA. La averaĝa gajna potenco estas proksimume 14.5 dB kun 0.7 dB-ondeto en la ofteca gamo. La inversa izolado estas malpli ol -35dB. Fig.5 (b) montras la bruan figuron, enigan kaj eligan izoladon. La NF estas malpli ol 2.9 dB, S11 estas malpli ol-14.8db kaj S22 estas ĉirkaŭ malpli ol -10dB.
(B)
Fig. 5. (a) Simula gajna potenco kaj inversa izolado (b) Figuro de Simula Bruo, eniga izolado kaj eliga izolado
"Fig.6" montras la IIP3 de la cirkvito kontraŭ ofteco.
Fig. 7. Mezurita IIP3 kontraŭ ofteco
La rezultoj de ĉi tiu laboro estas montritaj en "TABELO II" kaj estas komparitaj kun ĵus publikigitaj CMOS-LNA.
TABELO 2 PRESENTA RESUMO
VI. KONKLUDO
Ĉi tiu artikolo prezentas novan projekton de strukturo LNA de UWB bazita sur norma RFCMOS-teknologio. Kontentiga eniga kongruado kaj brua agado akiriĝas post konsiderado de la interŝanĝoj inter la eniga impedanco de la komuna pordega stadio kaj ĝia. brua agado. La mezurita brua cifero estas malpli ol 2.9 dB super 3.1-10.6-GHz. Ebena gajno estas menciinda en ĉiuj LNA-projektado kaj la simulita potenca gajno estas 14.5 ± 0.7 dB.
Referencoj
[1] Chih-Fan Liao, kaj Shen-Iuan Liu, "A Broadband Noise-Canceling CMOS LNA for 3.1-10.6-GHz UWB Receivers" IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 42, NEN. 2, FEBRUARO 2007
[2] Kuang-Chi He, Ming-Tsung Li, Chen-Ming Li, kaj Jenn-Hwan Tarng, Parallel-RC Feedback Low-Noise Amplifier for UWB Applications IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS – II: EXPRESS BRIEFS, VOL. 57, NE. 8, A 2010GUSTO XNUMX
[3] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung kaj Chia-Min Chen "An Inductor-Coupling
Resonada CMOS-Malalta Brua Amplifilo por 3.1-10.6GHz-Ultra-Larĝbenda Sistemo ”© 2009 IEEE
[4] Yang Lu, Kiat Seng Yeo, Alper Cabuk, Jianguo Ma, Manh Anh Do, kaj Zhenghao Lu "Nova CMOS-Malalta Brua Amplifila Projekto por 3.1-ĝis 10.6-GHz-Ultra-Larĝ-Bandaj Sendrataj Riceviloj" IEEE TRANSACTIONS ON CIRKUITOJ KAJ SISTEMOJ – I: REGULAJ PAPEROJ, VOL. 53, NEN. 8, AUGGUSTO 2006
[5] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari, Farshid Raissi "Linia fluo reuzata LNA por riceviloj UWB de 1-10.6 GHz" IEICE Electronics Express, Vol.5, No.21,908-914
[6] S. Stroh, "Ultra-wideband: multimedia unplugged", IEEE Spectrum, vol. 40, ne. 9, pp 23-27, septembro 2003.
[7] Vladimir Aparin kaj Lawrence E. Larson, Ulo, IEEE "Modified Derivative Superposition Method for Linearizing FET Low-Noise Amplifiers" IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TEKNIKOJ, VOL. 53, NEN. 2, FEBRUARO 2005
[8] A. Batra et al., "Multi-band OFDM fizika tavolo-propono", IEEE 802.15-03 / 267r5, jul. 2003.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lue Wang, Hslang-Chen Kuo kaj Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao "The Design of Full-Band (3.1-10.6GHZ) CMOS UWB Low Noise Amplifier with Thermal Noise Canceling" Proceedings de Azia-Pacifika Mikroonda Konferenco 2006.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Boyd, kaj TH Lee, "Bandwidth extension in CMOS with optimized on-chip inductors", IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 35, ne. 3, pp 346-355, marto 2000.
[11] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung kaj Chia-Min Chen "Induktil-Kupla Resonita CMOS-Malalta Brua Amplifilo por 3.1-10.6GHz-Ultra-Larĝbenda Sistemo"
[12] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio "TELEKNIKO DE LINIIGO POR RF AMPLIFIKA LOWNOISE"
[13] Jianyun Hu, Yunliang Zhu, kaj Hui Wu ”Ultra-Larĝa Banda Resistiva-Religa Malalta Brua Amplifilo kun Brua Nuligo
en 0.18μm Cifereca CMOS ”978-1-4244-1856-5 / 08 / $ 25.00 © 2008 IEEE
[14] J.-H. Lee, C.-C. Chen kaj Y.-S. Lin ”0.18 lm 3.1-10.6 GHz CMOS UWB LNA kun 11.4_0.4 dB-gajno kaj 100.7_17.4 ps grupa malfruo” ELEKTRONIKAJ LETEROJ 22a de Novembro 2007 Vol. 43 n-ro 24
[15] C.-P. Liang, C.-W. Huang, Y.-K. Lin kaj S.-J. Chung "3-10 GHz-ultra-larĝbenda senbrua amplifilo kun nova kongrua tekniko" ELEKTRONIKAJ LETEROJ 5 aŭgusto 2010 Vol. 46 n-ro 16
[16] Hongrui Wang, Li Zhang, kaj Zhiping Yu, Ulo, "A Wideband Inductorless LNA With Local Feedback and Noise Canceling for Low-Power Low-Voltage Applications" IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS – I: REGULAR PAPERS, VOL. 57, NE. 8, A 2010GUSTO XNUMX
[17] TH Lee, The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits, unua red. Novjorko: Kembriĝa Univ. Gazetaro, 1.
[18] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”LINEARIZACIA TENNIKO POR RF-AMPLIFIFO” ISCAS 2004
[19] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari "A Noise-Canceling CMOS LNA Design for the Upper Band of UWB DS-CDMA Receivers" Circuits and Systems, 2009. ISCAS 2009. IEEE Internacia Simpozio pri
[20] S. Galal kaj B. Razavi, "40 Gb / s-amplifilo kaj ESD-protekta cirkvito en 0.18 _mCMOS-teknologio", en IEEE ISSCC Dig. Tekniko. Artikoloj, februaro 2004, pp 480-481.