by Internet Archive knjiga Slike
Broadband LNA za UWB prijemnici koristi modificirani Derivacija superpozicije metoda
I. UVOD
Razvoj brzih bežičnih komunikacijskih sustava povećava zahtjeve za integriranim niskotarifnim RF uređajima s više-GHz propusnim opsegom koji rade na najnižoj potrošnji energije i naponu napajanja. Ultra širokopojasni (IEEE 802.15.3a) pojavljuje se kao nova tehnologija koja omogućuje visoke brzine prijenosa podataka (do 1 Gb / s) na kratkim udaljenostima (10 m) pri maloj snazi. Ova tehnologija koristi za neke aplikacije, kao što su bežične osobne mreže (WPAN), pružajući okruženje za prijenos audio, video i drugih podataka visoke propusnosti. Jedan od pristupa koji je predložen za korištenje spektra 3.1-10.6-GHz dodijeljen za UWB sustave, koristi ortogonalnu frekvencijsku multipleksnu OFDM modulaciju s 14 podbandovima koji zauzima širinu 528-MHz i brzu skokovsku shemu 1]. U OFDM, zahtjevi pod-nositelja su okomiti jedan na drugi. Ova metoda eliminira unakrsne razgovore između potkanala i prema tome nisu potrebne zaštitne trake između nosača. Iako standard nije usavršen, front-end širokopojasna LNA je apsolutno neophodna bez obzira na arhitekturu prijemnika. Pojačalo mora zadovoljavati nekoliko zahtjeva, primjerice za povezivanje s filtrom za odabir i antenom, a ulazna impedancija pojačala treba biti blizu 50-a preko željenog UWB-a. Međutim dovoljno dobitak sa širokom širinom trake za overtop buke miksera, niska buka lik za poboljšanje osjetljivosti prijemnika, niska potrošnja energije za povećanje trajanja baterije, mala površina umrijeti za smanjenje troškova, bezuvjetna stabilnost i dobra linearnost su važni parametri. Između njih postoji bliska kompromis. Općenito poboljšanjem jednog od njih, ostali su uništeni.
II. Ulazna faza
Common-gate i Cascode konfiguracije su dvije vrste metoda koje se obično koriste za projektiranje ulaznog stupnja LNA u CMOS krugovima, dok Common-Gate i Cascode struktura pružaju širokopojasni i uskopojasni ulazni odgovarajući. Međutim, stadij Common-gate ima intrinzično visoku razinu šuma u odnosu na Cascode fazu i tehnike za poništavanje buke se moraju koristiti.
Međutim ulazna impedancija postavlja se pristranošću i omjerom Š / D. Zapravo ova struktura uzima u obzir stupanj slobode za provodljivost tranzistora, a također odabirom odgovarajućeg opterećenja (dobra kombinacija prigušnice i kondenzatora, uzimajući u obzir učinak parazitske kapacitivnosti i tijela), nudi dostupno podudaranje širokopojasnog ulaza. Ovo opterećenje mora biti proporcionalno r_ds1. Budući da se mijenja gm, ulazna impedancija i odgovarajuća širina pojasa približno su jednake f_T uređaja.
Kapacitet parazitskog tranzistora C_gs počinje igrati uloge kada radna frekvencija počne rasti. U aplikaciji uskog pojasa, dodaje se induktor šanta u ulaznom stupnju kako bi rezonirao s C_g kako bi se poboljšalo usklađivanje impedancije na željenoj frekvenciji. Međutim u većini CMOS aplikacija uskog pojasa, cascode LNA s induktivnom degeneracijom je poželjno, ali za izoliranje od ulaza u izlaz i izostavljanje C_gd puta, Common-Gate LNA obavlja bolje obrnute izolacije i stabilnost naspram Common-LNA LNA.
III. PROJEKTIRANJE I ANALIZA KRUGA
Predložena širokopojasna LNA prikazana je na slici 1. Sastoji se od ulaznog stupnja i zajedničke izvorne faze. Tablica 1 prikazuje projektirane vrijednosti predložene CMOS LNA. Off-chip bias-T pruža vrata pristranost M_3 i DC struja put M_1. Serijski induktor L_4 dalje rezonira s ulaznim kapacitivnim kapacitetom izvora M_3, što rezultira većim propusnim opsegom i nekim preostalim maksimumom na frekvencijskom odzivu [17]. Parazitski kapaciteti M_2
Slika 1. Predložena širokopojasna LNA za poništavanje šuma
TABLICA I
DIZAJN VRIJEDNOSTI PRIJEDLOGA 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_ (out,) 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
i M_3 čine LC ladder strukturu s induktorom L_0. Otpornici istosmjernog opterećenja R_1 i R_2 se kombiniraju s indukcijskim zavrtnjama za skokovito podizanje L_1 i L_2, odnosno za učinkovito proširenje pojasne širine kruga [10]. Serija pik induktora L_2 također rezoniraju s ukupnim parazitskim kapacitetima C_d2 i C_d3 na odvodu M_2 i M_3. Budući da je otpornik opterećenja, R_3, dodan kako bi se smanjio Q faktor L_3 za ravnu dobit. Minimalna dužina kanala od 0.18μm se uzima u obzir za sve tranzistore u predloženom krugu kako bi se smanjili parazitni kapaciteti i poboljšala frekvencijska učinkovitost. Zajednički izvorni stupanj proširuje propusnost, osigurava bolju izolaciju i povećava frekvencijski dobitak. U stvari, ulazni stupanj i zajednički izvorni stadij podržavaju niske frekvencije i pojačanje snage visoke frekvencije. Kombinacija oba frekvencijska odgovora dovodi do širokopojasnog pojačanja snage. Tranzistor M5 također pomaže u zajedničkom koraku izvora za povećanje i glatko povećanje frekvencije. Slika 2 prikazuje učinak M5-a na S21 parametar.
Slika 2 Učinak M5 na S21 parametar
Na slici 3 istraženi su učinci M1-a kao ulaznog stupnja. Simulirani parametar NF i S11 uspoređuje se s slučajem s M1 je isključen. Postoji bliska kompromis između NF-a i S11-a. Kada se uključi M_1, NF se povećava, a parametar S21 se smanjuje s istom rasipanjem snage i sličnom propusnošću, ali u suprotnom će se postići prihvatljivo podudaranje unosa. Dodatna koncentracija treba dati buke karakteristike Common-Gate strukture u ulaznoj fazi, iako tranzistor M_1 pruža širokopojasni podudaranja, to je intrinzično visoka šuma.
Slika 3. Simulirana vrijednost šuma i izolacija ulaza s uključenim i isključenim M1-om.
Kako bi se istražila buka, koristi se MOS tranzistorski model buke s kanalnim toplinskim šumom. Kao što je prikazano na slici. 4, zanemarujući buku vrata i treperenja i pretpostavljajući savršeno podudaranje u ovoj analizi, PSD termalnog šuma kanala (i_ (n, d) ^ 2) je dan kao
(i_ (n, d) ^ 2) X = 4KTγg_do =f = 4KT γ / α g_m (f (1)
Gdje je Boltzmannova konstanta, je apsolutna temperatura u Kelvinima, γ je MOS-ov koeficijent tranzistora kanalskog toplinskog šuma, α definira se kao omjer transkonduktivnosti g_ i odvodne odvodnosti n-pristranosti g_ds i propusna širina preko koje slika šuma mjeri se respektivno.
Sljedeće jednadžbe opisuju broj šuma R_1, M_1, M_2 i M_3 da pridonose ukupnoj slici šuma [1]
Slika 4. Princip šeme buke
Ako je uvjet (2) uspostavljen, buka M_1 je izostavljena [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
Sljedeće jednadžbe opisuju broj šuma R_1, M_2 i M_3 da doprinose ukupnoj slici šuma.
F_R1 = (4KT _ R_1 g_m2 X ^ 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) X ^ 2) = γ / α
F_M3 = (4KTγ / α g_m3) / (KTR_s 〖(g_m3 + g_m1) X ^ 1) (1)
Dakle, ukupna vrijednost šuma može se aproksimirati kao (6)
F_total = R_s / R_1 (1 + γ / α 1 / (g_m2 R_1)) + (4 γ / α) / (〖g_m3 R s _s 〖(1 + R_s g_m1) X ^ 2) (6)
REZULTAT IV
Krug je simuliran s 0.18μm TSMC knjižnicom Hspice softvera. Sve simulacije se rade s obzirom na 50Ω ulazne i izlazne terminale. Na slici. 5 (a) se simulira snaga pojačanja i obrnuta izolacija LNA. Prosječna dobitna snaga je približno 14.5 dB s 0.7 dB valovima preko frekvencijskog područja. Obrnuta izolacija je manja od -35dB. Sl. 5 (b) prikazuje broj šuma, ulaznu i izlaznu izolaciju. NF je manji od 2.9 dB, S11 je manji od 14.8db, a S22 je približno manji od -10dB.
(B)
(A) Simulirana snaga pojačanja i obrnuta izolacija (b) Simulirana vrijednost šuma, izolacija ulaza i izlazna izolacija
"Slika 6" prikazuje IIP3 sklopa u odnosu na frekvenciju.
Slika 7. Izmjerena IIP3 u odnosu na frekvenciju
Rezultati ovog rada prikazani su u "TABLICI II" i uspoređeni su s nedavno objavljenim CMOS LNA-ima.
TABLICA 2 SAŽETAK RADA
VI. ZAKLJUČAK
Ovaj rad predstavlja novi dizajn UWB LNA strukture baziran na standardnoj RFCMOS tehnologiji. Zadovoljavajući ulazni podudarnost i performanse buke dobivaju se nakon razmjene između ulazne impedancije faze zajedničkog ulaza i njezine. performanse buke. Izmjerena vrijednost šuma je manja od 2.9 dB iznad 3.1-10.6-GHz. Stan dobitak je vrijedno spomenuti u svim LNA dizajn i simulirane snage dobitak je 14.5 ± 0.7 dB.
REFERENCE
[1] Chih-Fan Liao i Shen-Iuan Liu, "Širokopojasni CMOS LNA za uklanjanje buke za UWB prijamnike od 3.1 do 10.6 GHz" IEEE ZBORNIK ČVRSTIH DRŽAVNIH KOLOVA, VOL. 42, BR. 2, VELJAČA 2007
[2] Kuang-Chi He, Ming-Tsung Li, Chen-Ming Li i Jenn-Hwan Tarng, paralelno-RC povratno pojačalo s niskom razinom buke za UWB aplikacije IEEE TRANSAKCIJE NA KRUGOVIMA I SUSTAVIMA - II: EXPRESS BRIEFS, VOL. 57, BR. 8. KOLOVOZA 2010
[3] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung i Chia-Min Chen ”Spajanje induktora
Rezonirano CMOS pojačalo za malu buku za ultra širokopojasni sustav od 3.1 do 10.6 GHz ”© 2009 IEEE
[4] Yang Lu, Kiat Seng Yeo, Alper Cabuk, Jianguo Ma, Manh Anh Do i Zhenghao Lu ”, novi CMOS-ov pojačavač niske buke za ultraširokopojasni bežični prijamnik od 3.1 do 10.6 GHz” IEEE TRANSAKCIJE NA KOLOVOZI I SUSTAVI – I: REDOVNI RADOVI, SV. 53, BR. 8. KOLOVOZA 2006
[5] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari, Farshid Raissi ”Linearni LNA koji se ponovo koristi za UWB prijamnike od 1-10.6 GHz” IEICE Electronics Express, Vol.5, No.21,908-914
[6] S. Stroh, „Ultraširokopojasni pristup: multimedija isključena“, IEEE Spectrum, sv. 40, br. 9, str. 23-27, rujan 2003.
[7] Vladimir Aparin i Lawrence E. Larson, suradnici, IEEE "Modificirana metoda derivatne superpozicije za lineariziranje FET pojačala s malim šumom" IEEE TRANSAKCIJE O TEORIJI I TEHNIČKIM MIKROVALOVIMA, VOL. 53, BR. 2, VELJAČE 2005
[8] A. Batra i suradnici, „Prijedlog višepojasnog OFDM fizičkog sloja“, IEEE 802.15-03 / 267r5, srpanj 2003.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lue Wang, Hslang-Chen Kuo i Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao "Dizajn cjelopojasnog (3.1-10.6 GHz) CMOS UWB pojačala s niskom razinom buke s termičkim poništavanjem buke" Zbornik Azijsko-pacifičke konferencije o mikrovalnim pećnicama 2006.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Boyd i TH Lee, „Proširenje širine pojasa u CMOS-u s optimiziranim induktivitetima na čipu“, IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 35, br. 3, str. 346-355, ožujak 2000.
[11] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung i Chia-Min Chen "CMOS pojačalo s niskom razinom buke odjeknuto induktivnom spojnicom za ultra širokopojasni sustav od 3.1 do 10.6 GHz"
[12] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”TEHNIKA LINEARIZACIJE ZA RF pojačalo niskog nivoa buke”
[13] Jianyun Hu, Yunliang Zhu i Hui Wu ”Ultraširokopojasno pojačavajuće povratno-povratno pojačalo s niskom razinom buke s poništavanjem buke
u 0.18μm digitalnom CMOS-u ”978-1-4244-1856-5 / 08 / 25.00 USD © 2008 IEEE
[14] J.-H. Lee, C.-C. Chen i Y.-S. Lin ”0.18 lm 3.1-10.6 GHz CMOS UWB LNA s pojačanjem 11.4_0.4 dB i zastojem u grupi od 100.7_17.4 ps” ELEKTRONSKA SLOVA 22. studenoga 2007. sv. 43 broj 24
[15] C.-P. Liang, C.-W. Huang, Y.-K. Lin i S.-J. Chung ”ultraširokopojasno pojačalo s niskim šumom od 3-10 GHz s novom tehnikom podudaranja” ELEKTRONSKA SLOVA 5. kolovoza 2010. god. 46 broj 16
[16] Hongrui Wang, Li Zhang i Zhiping Yu, suradnici, „Širokopojasni bezinduktorski LNA s lokalnom povratnom spregom i prigušivačem buke za niskonaponske niskonaponske primjene“ IEEE TRANSAKCIJE NA KOLOVIMA I SUSTAVIMA - I: REDOVNI PAPIRI, VOL. 57, BR. 8. KOLOVOZA 2010
[17] TH Lee, Dizajn CMOS radio-frekvencijskih integriranih krugova, 1st ed. New York: Sveučilište Cambridge Pritisnite, 1998.
[18] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”TEHNIKA LINEARIZACIJE ZA RF POJAČALO NISKOG BUKA” ISCAS 2004
[19] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari „CMOS LNA dizajn za uklanjanje buke za gornji opseg UWB DS-CDMA prijamnika“ Sklopovi i sustavi, 2009. ISCAS 2009. IEEE Međunarodni simpozij o
[20] S. Galal i B. Razavi, „Pojačalo 40 Gb / s i ESD zaštitni krug u 0.18 _mCMOS tehnologiji“, u IEEE ISSCC Dig. Teh. Radovi, veljača 2004., str. 480-481.