dening Internet Archive Book Images
LNA Broadband kanggo Receiver UWB Nggunakake Modulasi Superforasi Wujud Modhifikasi
I. PENGENALAN
Pangembangan sistem komunikasi nirkabel kanthi kecepatan tinggi nambah panjaluk kanggo piranti RF murah sing terintegrasi kanthi bandwidth operasi multi-GHz kanthi konsumsi listrik paling murah lan voltase pasokan. Ultra-wideband (IEEE 802.15.3a) katon minangka teknologi anyar sing bisa tarif transfer data sing dhuwur (nganti 1 Gb / s) ing jarak sing cendhak (10 m) kanthi daya sithik. Teknologi iki digunakake kanggo sawetara aplikasi kayata jaringan area pribadi nirkabel (WPAN), nyedhiyakake lingkungan kanggo ngirim audio, video, lan data bandwidth gedhe. Salah sawijining pendekatan sing diusulake nggunakake spektrum 3.1-10.6-GHz sing dialokasikan kanggo sistem UWB, nggunakake modulasi Orthogonal Frequency Multiplexin OFDM modulasi kanthi 14 sub-band sing manggoni jembaré band 528-MHz lan skema hopping frekuensi cepet [ 1]. Ing OFDM, sarat sub-carrier f cocog karo siji lan sijine. Cara iki ngilangi obrolan antarane sub-saluran lan band penjaga antar-operator ora prelu. Sanajan standar kasebut durung sampurna, LNA wideband ngarep ing ngarep pancen perlu preduli karo arsitektur panrima. Amplifier kudu nyukupi sawetara persyaratan, kayata antarmuka karo saringan preselect lan antena, impedansi input ampli kudu cedhak 50 sajrone band UWB sing dikarepake. Nanging bathi cekap kanthi jembaré band sudhut kanggo nutupi swara mixer, swara kurang kanggo ningkatake sensitivitas panrima, konsumsi daya sithik kanggo nambah umur batere, area mati cilik kanggo nyuda biaya, stabilitas tanpa sarat lan linearitas sing apik minangka paramèter penting. Ana perdagangan sing cedhak. Umume kanthi ngapikake salah sawijining, liyane bakal rusak.
II. Tahap input
Konfigurasi gerbang umum lan Cascode minangka rong jinis cara sing biasane digunakake kanggo ngrancang tahapan input LNA ing sirkuit CMOS, dene struktur Common-Gate lan Cascode nyedhiyakake cocog input band lebar lan band sempit. Nanging panggung Common-gate duwe tokoh swara intrinsik sing luwih dhuwur tinimbang tahap Cascode lan teknik pambatalan swara kudu digunakake.
Nanging impedansi input disetel kanthi rasio bias & W / L. Nyatane struktur iki nganggep derajat kebebasan transconductance transistor lan uga milih beban sing cocog (kombinasi induktor lan kapasitor sing apik nalika nimbang pengaruh capacitance parasitansi lan awak), nyedhiyakake cocog input broadband sing kasedhiya. Beban iki kudu sebanding karo r_ds1. Wiwit gm diganti, impedansi input lan bandwidth sing cocog kira-kira padha karo f_T piranti.
Kapasitas transistor parasit C_gs wiwit main nalika frekuensi operasi wiwit mundhak. Ing aplikasi band sempit, induktor shunt ditambahake ing tataran input kanggo resonate karo C_gsto kanggo nambah cocog impedansi ing frekuensi sing dipengini. Nanging ing sebagian besar aplikasi band sempit CMOS, LNA cascode kanthi degenerasi induksi luwih disenengi, nanging kanggo ngisolasi input menyang output lan ngilangi jalur C_gd, LNA Gerbang Umum nggawe isolasi lan stabilitas terbalik sing luwih apik tinimbang LNA Sumber Umum.
III. DESAIN LAN ANALISIS CIRCUIT
LNA pita lebar sing diusulake ditampilake ing Gambar 1. Iki kalebu tahap input lan tahapan sumber umum. Tabel 1 nuduhake angka desain LNA CMOS sing diusulake. Bias off-chip nyedhiyakake bias gerbang M_3 lan dalan DC saiki M_1. Seri L_4 induktor seri luwih resonates karo capacitance sumber input gerbang M_3, ngasilake bandwidth sing luwih gedhe lan sawetara pucuk residu ing respon frekuensi [17]. Kapasitas parasit M_2
Gambar 1. Proposal LNA sing mbatalake gangguan swara
KABEH I
NILAI DESAIN CMNA LNA sing Disaranake
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_ (metu,) 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
lan M_3 nggawe struktur tangga LC kanthi induktor L_0. Resistor beban DC R_1 lan R_2 dikombinasikake karo induktor puncak shunt L_1 lan L_2 kanggo nggedhekake bandwidth sirkuit kanthi efektif [10]. Seri induktor puncak L_2 uga resonan karo total kapasitansi C_d2 lan C_d3 ing saluran M_2 lan M_3. Wiwit resistor muatan, R_3, ditambahake kanggo nyuda faktor Q L_3 kanggo bathi rata. Dawa saluran minimal 0.18μm dianggep kanggo kabeh transistor ing sirkuit sing diusulake kanggo nyilikake kapasitansi parasit lan ningkatake kinerja frekuensi. Tahap sumber umum ngluwihi bandwidth, nyedhiyakake isolasi sing luwih apik lan nambah kenaikan frekuensi. Kasunyatane tahapan input lan tahapan sumber umum nyengkuyung bathi daya frekuensi rendah lan panguatan daya frekuensi dhuwur. Kombinasi respon frekuensi kalorone bisa ngasilake daya broadband. Transistor M5 uga mbantu tahapan sumber umum kanggo nambah lan nambah frekuensi kanthi lancar. Gambar 2 nuduhake efek M5 ing parameter S21.
Gambar 2 Pengaruh M5 ing parameter S21
Ing Gambar 3 efek M1 minangka tahap input ditliti. Parameter NF lan S11 simulasi dibandhingake karo kasus M1 dipateni. Ana perdagangan cedhak antara NF lan S11. Nalika M_1 diuripake, NF bakal ditambah lan parameter S21 mudhun kanthi disipasi daya sing padha lan bandwidth sing padha, nanging kosok baline, bakal cocog karo input sing bisa ditampa. Konsentrasi ekstra kudu diwenehake kanggo karakteristik swara saka struktur Common-Gate ing tahap input, sanajan transistor M_1 nyedhiyakake pencocokan pita lebar, duwe swara swara intrinsik sing dhuwur.
Gambar 3. Gambar swara simulasi lan isolasi input kanthi M1 urip lan MATI.
Kanggo neliti kinerja swara, model swara transistor MOS kanthi swara termal saluran digunakake. Kaya sing dituduhake ing Gambar 4, nglirwakake gerbang lan swara kedhep lan nganggep cocog banget ing analisis iki, PSD kebisingan termal saluran (i_ (n, d) ^ 2) ̅ diwenehake minangka
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / α g_m ∆f (1)
Endi konstan Boltzmann, yaiku suhu mutlak ing Kelvin, γ minangka koefisien transistor MOS saka swara termal saluran, α ditegesi minangka rasio transkonduktansi g_mand gandakan saluran nol-bias lan jembaré band sing diarani swara diukur miturut.
Persamaan ing ngisor iki nggambarake angka swara dening R_1, M_1, M_2 lan M_3 sing menehi kontribusi kanggo swara swara sakabèhé [1]
Gambar 4. Prinsip skema swara
Yen kondhisi (2) ditetepake, swara M_1 bakal disingkirake [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
Persamaan ing ngisor iki nggambarake angka swara dening R_1, M_2 lan M_3 sing menehi kontribusi kanggo swara swara sakabèhé.
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)
Mangkene, jumlah swara total bisa kira-kira dadi (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.HASIL ASIMULASI
Sirkuit kasebut disimulasikan karo piranti lunak Hspice perpustakaan TSMC 0.18μm. Kabeh simulasi rampung ngelingi 50Ω terminal input lan output. Ing Gambar 5 (a) entuk tenaga lan isolasi mbalikke LNA disimulasikan. Kekuwatan gain rata-rata udakara 14.5 dB kanthi riak 0.7 dB ing kisaran frekuensi. Isolasi terbalik kurang saka -35dB. Fig.5 (b) nuduhake gambar swara, input lan isolasi output. NF kurang saka 2.9 dB, S11 kurang saka-14.8db lan S22 udakara kurang saka -10dB.
(B)
Gambar 5. (a) Daya simulasi entuk tenaga lan isolasi mbalikke (b) Tokoh Noise Simulasi, isolasi input lan isolasi output
"Gambar 6" nuduhake IIP3 saka sirkuit lawan frekuensi.
Gambar 7. Ukur IIP3 lawan frekuensi
Asil karya iki ditampilake ing "TABLE II" lan dibandhingake karo CMOS LNAs sing bubar diterbitake.
Tabel 2 RINGKASAN PRESTASI
VI. PANUTUP
Makalah iki nyedhiyakake desain anyar struktur LNA UWB adhedhasar teknologi RFCMOS standar. Pencocokan input sing memuaskan lan kinerja swara ditampa sawise babagan perdagangan antara impedansi input saka tahap umum-gerbang lan sawijining. kinerja swara. Angka swara sing diukur kurang saka 2.9 dB luwih saka 3.1-10.6-GHz. Keuntungan sing rata kudu dingerteni ing kabeh desain LNA lan bathi daya simulasi yaiku 14.5 ± 0.7 dB.
PUSTAKA
[1] Chih-Fan Liao, lan Shen-Iuan Liu, "A Broadband Noise-Cancelling CMOS LNA for 3.1-10.6-GHz UWB Receivers" IEEE JURNAL OF CIRCUITS NEGARA SOLID, VOL. 42, NO. 2, FEBRUARI 2007
[2] Kuang-Chi He, Ming-Tsung Li, Chen-Ming Li, lan Jenn-Hwan Tarng, Amplifier Noise Low-Feedback Paralel-RC kanggo Aplikasi UWB TRANSAKSI IEEE TERHADAP CIRCUITS AND SISTEM – II: EXPRESS BRIEFS, VOL. 57, NO. 8, OGOS 2010
[3] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung lan Chia-Min Chen ”Pengaruh Induktor
Amplifier Noise Rendah CMOS Responasi kanggo Sistem Ultra-Wideband 3.1-10.6GHz ”© 2009 IEEE
[4] Yang Lu, Kiat Seng Yeo, Alper Cabuk, Jianguo Ma, Manh Anh Do, lan Zhenghao Lu ”Desain Amplifier Noise CMOS Rendah Novel kanggo Penerima Nirkabel Ultra-Lebar Band-3.1-GHz” TRANSAKSI IEEE ON CIRCUITS AND SISTEM – I: PAPERS REGULAR, VOL. 10.6, NO. 53, Agustus 8
[5] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari, Farshid Raissi ”LNA saiki digunakake maneh kanggo panampa 1-10.6 GHz UWB” IEICE Electronics Express, Vol.5, No.21,908-914
[6] S. Stroh, "Ultra-wideband: multimedia ora dipasang," IEEE Spectrum, vol. 40, ora. 9, kaca 23-27, Sep 2003.
[7] Vladimir Aparin lan Lawrence E. Larson, Fellow, IEEE ”Modifikasi Turunan Derivatif Modifikasi kanggo Linearisasi FET Low-Noise Amplifier” TRANSAKSI IEEE PADA TEORI DAN TEKNIK MICROWAVE, VOL. 53, NO. 2, FEBRUARI 2005
[8] A. Batra et al., "Proposal lapisan fisik OFDM multi-band," IEEE 802.15-03 / 267r5, Jul 2003.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lue Wang, Hslang-Chen Kuo lan Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao "Desain Full-Band (3.1-10.6GHZ) CMOS UWB Amplifier Noise Rendah kanthi Cara Mbatalake Suara Thermal" Konferensi Gelombang Mikro Asia-Pasifik 2006.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Boyd, lan TH Lee, "Ekstensi bandwidth ing CMOS kanthi induktor chip-dioptimalake," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 35, ora. 3, kaca 346-355, Maret 2000.
[11] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung lan Chia-Min Chen ”Coupling-Coupling Responated CMOS Low Noise Amplifier for 3.1-10.6GHz Ultra-Wideband System”
[12] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”TEKNIK LINEARIZASI KANG AMPLIFIER RF LOWNOISE”
[13] Jianyun Hu, Yunliang Zhu, lan Hui Wu ”Amplifier Low-Resistive-Feedback Ultra-Wideband Kanthi Pembatalan Noise
ing 0.18μm Digital CMOS ”978-1-4244-1856-5 / 08 / $ 25.00 © 2008 IEEE
[14] J.-H. Lee, C.-C. Chen lan Y.-S. Lin ”0.18 lm 3.1-10.6 GHz CMOS UWB LNA kanthi bathi 11.4_0.4 dB lan 100.7_17.4 ps groupdelay” HURUF Elektronika tanggal 22 November 2007 Vol. 43 Nomer 24
[15] C.-P. Liang, C.-W. Huang, Y.-K. Lin lan S.-J. Chung ”3-10 GHz ultra-wideband low-noise amplifier kanthi teknik pencocokan anyar” HURUF Elektronika 5 Agustus 2010 Vol. 46 Nomer 16
[16] Hongrui Wang, Li Zhang, lan Zhiping Yu, Fellow, "LNA Tanpa Induktor Wideband Kanthi Umpan Balik lan Suara Lokal Kanggo Aplikasi Tegangan Rendah Daya" TRANSAKSI IEEE TERHADAP CIRCUITS AND SISTEM – I: PAPER REGULAR, VOL 57, NO. 8, OGOS 2010
[17] TH Lee, Desain Sirkuit Terpadu Frekuensi Radio CMOS, ed. New York: Cambridge Univ. Pencet, 1.
[18] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”TEKNIK LINEARIZASI KANG AMPLIFIER RF LOWNOISE” ISCAS 2004
[19] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari ”Desain CMOS LNA sing Mbatalake Suara kanggo Sirkuit lan Sistem Penerima UWB DS-CDMA”, 2009. ISCAS 2009. Simposium Internasional IEEE babagan
[20] S. Galal lan B. Razavi, "40 Gb / s amplifier lan sirkuit proteksi ESD ing teknologi 0.18 _mCMOS," ing IEEE ISSCC Dig. Teknologi Kertas, Februari 2004, kaca 480-481.