Internet Archive Book pildid
Broadband LNA eest UWB vastuvõtjad Muudetud tuletis superpositsioon meetod
I. SISSEJUHATUS
Kiire traadita sidesüsteemide arendamine nõuab üha enam integreeritud odavaid raadiosagedusaparaate, millel on mitme GHz ribalaius ja mis töötavad madalaima energiatarbe ja toitepingega. Ultralairibaühendus (IEEE 802.15.3a) on uus tehnoloogia, mis suudab väikese andmeedastuskiirusega (kuni 1 Gb / s) väikeste vahemaade ajal (10 m) saavutada suure võimsusega andmeedastuskiirust. Seda tehnoloogiat kasutatakse mõne rakenduse jaoks, näiteks traadita isiklike võrkude (WPAN) jaoks, pakkudes keskkonda heli, video ja muude suure ribalaiusega andmete edastamiseks. Üks UWB-süsteemidele eraldatud 3.1-10.6-GHz spektri kasutamise lähenemisviisidest kasutab ortogonaalset sagedusjaotuse multipleksist OFDM-i modulatsiooni 14 alamribadega, sõltuvalt sellest, kumb võtab enda alla 528-MHz ribalaiuse ja kiire sagedushüppe skeemi [ 1]. OFDM-is on alamkandja f vajad üksteisega risti. See meetod välistab alamkanalite vahelise ristkõne ja seetõttu pole kanduritevahelised kaitseribad vajalikud. Ehkki standardit pole täiustatud, on esiotsa lairiba-LNA hädavajalik, hoolimata vastuvõtja arhitektuurist. Võimendi peab vastama mitmetele nõuetele, näiteks liidesteks eelvaliku filtri ja antenniga, peaks võimendi sisendtakistus olema soovitud UWB sagedusvahemiku lähedal 50. Olulised parameetrid on siiski piisav lairiba laiusega segaja müra ületamiseks, madal müratase vastuvõtja tundlikkuse parandamiseks, madal energiatarve aku tööea pikendamiseks, väike stantsipind kulude vähendamiseks, tingimusteta stabiilsus ja hea lineaarsus. Nende vahel on tihe kompromiss. Üldiselt hävitatakse ühte neist paremaks muutes.
II. Sisestusaste
Common-gate ja Cascode konfiguratsioonid on kahte tüüpi meetodid, mida tavaliselt kasutatakse LNA sisendstaadiumi kujundamiseks CMOS-ahelates, samal ajal kui Common-Gate ja Cascode struktuur pakuvad vastavalt lairiba ja kitsaribalise sisendi sobitamist. Ühisvärava etapil on aga sisuliselt kõrge müra näitaja võrreldes Cascode'i astmega ning tuleb kasutada mürasummutamise tehnikat.
Kuid sisendtakistuse määrab eelarvamused ja W / L suhe. Tegelikult arvestab see struktuur teatud määral transistori juhtivuse vabadust ja ka sobiva koormuse valimisega (hea induktiivpooli ja kondensaatorite kombinatsioon, arvestades parasiitide mahtuvuse ja keha mõju), saab saadaoleva lairiba sisendi sobitamise. See koormus peab olema proportsionaalne r_ds1-ga. Kuna GM muudab, on sisendi impedants ja vastav ribalaius ligikaudu võrdsed seadme f_T-ga.
Parasiitilise transistori mahtuvus C_gs alustab rollide mängimist, kui töösagedus hakkab tõusma. Kitsaribalises rakenduses lisatakse sisendusastmes šundi induktor, et resonantseerida C_gsto abil, et suurendada impedantsi sobitamist soovitud sagedusel. Kuid enamikus CMOS kitsasribarakendustes on eelistatav induktiivse degeneratsiooniga kaskodene LNA, kuid sisendist väljundiks eraldamiseks ja C_gd-tee väljajätmiseks täidab Common-Gate LNA paremat pöördisolatsiooni ja stabiilsust võrreldes Common-Source LNA-ga.
III. RINGJUHTIDE KAVANDAMINE JA ANALÜÜS
Kavandatud lairiba LNA on näidatud joonisel 1. See koosneb sisestusastmest ja ühisest lähteetapist. Tabelis 1 on toodud CMOS LNA kavandatud väärtused. Kiibiväline diagonaal-T annab M_3-i lüüsi ja M_1-i alalisvoolu tee. Seeria induktiivpool L_4 resoneerib veelgi sisendvärava-allika mahtuvusega M_3, mille tulemuseks on suurem ribalaius ja sagedusreaktsiooni [17] jääkide tipptase. Parasiitide mahtuvused M_2
Joonis 1. Kavandatud lairiba müra summutav LNA
I TABEL
KAVANDATUD CMOS LNA KUJUTUSVÄÄRTUSED
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_ (välja,) 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
ja M_3 teevad LC-redeli struktuuri induktiivpooliga L_0. Vooluahela ribalaiuse efektiivseks laiendamiseks on alalisvoolu koormustakistid R_1 ja R_2 ühendatud vastavalt šundi tipp-induktiivpoolidega L_1 ja L_2. Jada tippkiire induktiivpool L_10 resoneerub ka parasiitide koguvõimsustega C_d2 ja C_d2 M_3 ja M_2 äravoolu korral. Kuna koormustakisti R_3 on lisatud, et vähendada L_3 Q-tegurit tasapinnalise võimenduse jaoks. Parasiitide mahtuvuse minimeerimiseks ja sageduse parandamiseks peetakse kõigi kavandatud vooluahelas olevate transistoride jaoks minimaalset kanali pikkust 3μm. Ühine lähtestaadium laiendab ribalaiust, tagab parema isolatsiooni ja suurendab sageduse suurenemist. Tegelikult toetavad sisendstaadium ja tavaline lähtestaadium vastavalt madala sagedusega võimsuse juurdekasvu ja kõrgsagedusliku võimsuse suurenemist. Mõlema sagedusvastuse kombinatsioon viib lairiba võimsuse suurenemiseni. Transistor M0.18 aitab sageduse suurendamisel ja sujuvamaks muutmisel ka tavaallika etappi. Joonis 5 näitab M2 mõju parameetrile S5.
Joonis 2 M5i mõju parameetrile S21
Joonisel 3 uuritakse M1 mõju sisendina. Simuleeritud NF- ja S11-parameetrit võrreldakse juhtumiga, kus M1 on välja lülitatud. NF ja S11 vahel on tihe kompromiss. Kui M_1 sisse lülitatakse, suurendatakse NF-i ja S21-i parameetrit sama võimsuse hajumise ja sarnase ribalaiusega, kuid vastupidiselt saavutatakse vastuvõetav sisendi sobitamine. Sisendfaasis tuleks Common-Gate'i struktuuri müraomadustele anda suurem kontsentratsioon, ehkki transistor M_1 pakub lairiba sobitamist, on selle müratase kõrge.
Joonis 3. Simuleeritud müra ja sisendi isoleerimine M1i sisse ja välja lülitamisega.
Mürataseme uurimiseks kasutatakse MOS-i transistorimüra mudelit koos kanali termilise müraga. Nagu on näidatud joonisel.4, jäetakse tähelepanuta värava- ja värelusmüra ning eeldatakse selles analüüsis ideaalset sobivust, kuna kanali termilise müra (i_ (n, d) ^ 2) ̅ PSD antakse kui
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / α g_m ∆f (1)
Kus on Boltzmanni konstant, kas absoluutne temperatuur on Kelvinis, γ on MOS-transistori kanali termilise müra koefitsient, α on määratletud kui juhtivuse g_suhe ja null-eelpinge äravoolujuhtivuse suhe g_ds mõõdetakse vastavalt.
Järgmised võrrandid kirjeldavad müraarvu R_1, M_1, M_2 ja M_3 abil, et need annavad oma osa üldises müranumbris [1]
Joonis 4. Müra skemaatiline põhimõte
Kui tingimus (2) on loodud, siis jäetakse M_1 müra välja [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
Järgmised võrrandid kirjeldavad müraarvu R_1, M_2 ja M_3 abil, et need annavad oma panuse üldisesse müranumbrisse.
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)〗 ^ XNUM / XX / XX / XX / XX / XXNXX)
F_M3 = (4KTγ / α g_m3) / (KTR_s 〖(g_m3 + g_m1) (Z_ (L_R1) ‖r_o1) g_m2)〗 ^ 2_ R R (RNUMX) R (4 =) 〗 ^ 3) (1)
Seega saab müra summaarset väärtust lähendada järgmisele väärtusele (6):
F_kogus = R_s / R_1 (1 + γ / α 1 / (g_m2 R_1)) + (4 γ / α) / (〖g_m3 R〗 _s 〖(1 + R_s g_m1)〗
IV.SIMULATSIOONI TULEMUS
Ahelat simuleeriti tarkvaraga 0.18μm TSMC Library Hspice. Kõik simulatsioonid tehakse 50Ω sisend- ja väljundterminalide abil. Joonisel 5 (a) simuleeritakse võimendusvõimsust ja LNA pöördisolatsiooni. Keskmine võimendusvõimsus on umbes 14.5 dB 0.7 dB pulsatsiooniga sagedusvahemikus. Pöördisolatsioon on väiksem kui -35dB. Joonis 5 (b) näitab müra, sisendi ja väljundi eraldatust. NF on väiksem kui 2.9 dB, S11 on väiksem kui-14.8db ja S22 on umbes väiksem kui -10dB.
(B)
Joonis 5 (a) Simuleeritud võimendusjõud ja vastupidine isoleerimine (b) Simuleeritud müra joonis, sisendi ja väljundi isoleerimine
“Joonis 6” näitab vooluahela IIP3 sagedust.
Joonis 7. Mõõdetud IIP3 versus sagedus
Selle töö tulemused on toodud tabelis II ja neid võrreldakse hiljuti avaldatud CMOS LNA-dega.
2I TABELI KOKKUVÕTE
VI. JÄRELDUS
See artikkel tutvustab UWB LNA struktuuri uut kujundust, mis põhineb standardsel RFCMOS-tehnoloogial. Rahuldav sisendi sobitamine ja müratase saavutatakse pärast kompromisside tegemist ühise värava astme sisendtakistuse ja selle vahel. müra jõudlus. Mõõdetud müra on 2.9-3.1-GHz sagedusel väiksem kui 10.6 dB. Lame võimendus väärib märkimist kogu LNA kujundamisel ja simuleeritud võimsuse võimendus on 14.5 ± 0.7 dB.
VIITED
[1] Chih-Fan Liao ja Shen-Iuan Liu, „Lairiba müra summutav CMOS LNA 3.1–10.6-GHz UWB-vastuvõtjatele”, IEEE TÄISKIIRKONDLIKE ÜLEVAADE, VOL. 42, EI. 2, VEEBRUAR 2007
[2] Kuang-Chi He, Ming-Tsung Li, Chen-Ming Li ja Jenn-Hwan Tarng, Parallel-RC Feedback Low-Noise Amplifier for UWB Applications IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS – II: EXPRESS BRIEFS, VOL. 57, EI. 8. august 2010
[3] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung ja Chia-Min Chen "Induktori sidur
CMOS-i madala müratasemega helivõimendi ultralairiba jaoks 3.1–10.6 GHz ”© 2009 IEEE
[4] Yang Lu, Kiat Seng Yeo, Alper Cabuk, Jianguo Ma, Manh Anh Do ja Zhenghao Lu ”Uudne CMOS-i madala müratasemega võimendi disain 3.1–10.6 GHz ülilairiba traadita vastuvõtjatele” IEEE TEHINGUD SEES VOOLUÜHJAD JA SÜSTEEMID - I: KOHALISED PABERID, VOL. 53, EI. 8. august 2006
[5] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari, Farshid Raissi ”Lineaarse taaskasutatud LNA 1-10.6 GHz UWB vastuvõtjatele” IEICE Electronics Express, Vol.5, No.21,908-914
[6] S. Stroh, „Ultralairiba: multimeedia on lahti ühendatud”, IEEE Spectrum, vol. 40, nr. 9, lk 23–27, september 2003.
[7] Vladimir Aparin ja Lawrence E. Larson, stipendiaat, IEEE modifitseeritud tuletatud superpositsioonimeetod FET madala müratasemega võimendite lineariseerimiseks. IEEE tehingud mikrolaine teooria ja tehnikaga, VOL. 53, EI. 2, VEEBRUAR 2005
[8] A. Batra jt, „Multi-band OFDM füüsikalise kihi ettepanek”, IEEE 802.15-03 / 267r5, juuli 2003.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lue Wang, Hslang-Chen Kuo ja Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao ”Täisribalise (3.1–10.6 GHz) CMOS UWB madala müratugevusega võimendi disain koos termilise müra kustutamisega” menetlus Aasia ja Vaikse ookeani piirkonna mikrolaineahju konverents 2006.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Boyd ja TH Lee, „Ribalaiuse laiendus CMOS-is optimeeritud kiibil olevate induktoritega”, IEEE J. Tahkis-ahelad, kd. 35, nr. 3, lk 346-355, märts 2000.
[11] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung ja Chia-Min Chen "Induktor-sidestusega resoneeritud CMOS-i madala müratasemega võimendi 3.1-10.6 GHz ülilaieriba süsteemile"
[12] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio „LINEARISEERIMISTEHNIKA RAADIOKIRJADE LAIENDAMISE VÕIMENDAMISEKS”
[13] Jianyun Hu, Yunliang Zhu ja Hui Wu ”Ülilaieriba takistava tagasisidega vähese müratasemega müratugevusega võimendi
0.18 μm digitaalses CMOS-is ”978-1-4244-1856-5 / 08 / 25.00 $ © 2008 IEEE
[14] J.-H. Lee, C.-C. Chen ja Y.-S. Lin ”0.18 lm 3.1–10.6 GHz CMOS UWB LNA 11.4_0.4 dB võimendusega ja 100.7_17.4 ps grupiviivitusega” ELEKTROONIKAKIRJAD 22. november 2007 Kd. 43 nr 24
[15] C.-P. Liang, C.-W. Huang, Y.-K. Lin ja S.-J. Chung ”3-10 GHz ülilairiba madala müratasemega võimendi uue sobitamistehnikaga” ELECTRONICS LETTERS 5. august 2010 Kd. 46 nr 16
[16] Hongrui Wang, Li Zhang ja Zhiping Yu, stipendiaat, „Lairiba induktorita LNA koos kohaliku tagasiside ja müra summutamisega väikese võimsusega madalpingeliste rakenduste jaoks” IEEE TEHINGUD VÕIMESÜSTEEMIDEL JA SÜSTEEMIDEL - I: REGULAR PAPERS, VOL. 57, EI. 8. august 2010
[17] TH Lee, CMOS raadiosageduslike integraallülituste kujundamine, 1st ed. New York: Cambridge Univ. Vajutage, 1998.
[18] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio „LINEARISEERIMISTEHNIKA RAADIOKIRJADE LAIENEMISE VÕIMENDAMISEKS” ISCAS 2004
[19] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari „Müra summutav CMOS LNA disain UWB DS-CDMA vastuvõtjate ülemisele ribale” vooluringid ja süsteemid, 2009. ISCAS 2009. IEEE rahvusvaheline sümpoosion teemal
[20] S. Galal ja B. Razavi, „40 Gb / s võimendi ja ESD kaitseahel 0.18 _mCMOS tehnoloogias”, IEEE ISSCC Dig. Tech. Papers, veebruar 2004, lk 480–481.