Интернеттегі мұрағат кітабының суреттері бойынша
Өзгертілген туынды суперпозиция әдісін қолдана отырып UWB қабылдағыштары үшін кең жолақты LNA
I. КІРІСПЕ
Жоғары жылдамдықты сымсыз байланыс жүйесін дамыту ең аз қуат тұтыну мен кернеу деңгейінде жұмыс істейтін, көп ГГц өткізу қабілеттілігі бар интеграцияланған арзан РЖ құрылғыларына сұранысты арттырады. Ультра кең жолақты (IEEE 802.15.3a) аз қуаттылықта (1 м) қысқа қашықтықта (10 Гб / с дейін) жоғары жылдамдықтағы деректерді беру жылдамдығына қабілетті жаңа технология ретінде пайда болады. Бұл технология кейбір қосымшалар үшін қолданылады, мысалы, сымсыз жеке аймақтық желілер (WPAN), аудио, видео және басқа да жоғары өткізу қабілеттілігі туралы мәліметтерді таратуға жағдай жасайды. UWB жүйелері үшін бөлінген 3.1-10.6-GHz спектрін пайдалану ұсынылған тәсілдердің бірі 14 ішкі жолақтары бар ортогоналды жиілік бөлімі Multiplexin OFDM модуляциясын 528-MHz диапазонының ені мен жылдамдықты жылдам кесу схемасын қолданады. 1]. OFDM-де f қосалқы тасымалдаушы талаптары бір-біріне перпендикуляр болады. Бұл әдіс қосалқы арналар арасындағы қиылысуды болдырмайды және сәйкесінше тасымалдаушы аралық жолақтар қажет емес. Стандарт жетілдірілмегенімен, қабылдағыш сәулетіне қарамастан, кең жолақты LNA өте қажет. Күшейткіш бірнеше талаптарға жауап беруі керек, мысалы алдын-ала алдын-ала таңдалған сүзгі мен антеннамен интерфейс үшін, күшейткіштің кіріс кедергісі UNB диапазонынан 50-ге жақын болуы керек. Сонымен қатар араластырғыштың шуын еңсеру үшін кең жолақты ені, қабылдағыштың сезімталдығын жақсарту үшін төмен шу фигурасы, батареяның қызмет ету мерзімін ұлғайту үшін аз қуат тұтыну, шығындарды азайту үшін аз шығын алаңы, сөзсіз тұрақтылық және жақсы сызықтық маңызды параметрлер болып табылады. Олардың арасында жақын сауда бар. Әдетте олардың біреуін жетілдіре отырып, қалғандары құрып кетеді.
II. Енгізу кезеңі
Жалпы шлюз және каскодты конфигурация - бұл әдетте CMOS тізбектерінде ЛНК-нің кіріс этапын жобалау үшін қолданылатын әдістердің екі түрі, ал Common-Gate және Cascode құрылымдары сәйкесінше кең жолақты және тар диапазонды енгізу сәйкестігін қамтамасыз етеді. Дегенмен, Common-қақпаның сатысында Cascode сатысына қарағанда өте жоғары шу деңгейі бар және шуды жою әдістері қолданылуы керек.
Алайда кіріс импедансы ауытқу мен W / L арақатынасы бойынша орнатылады. Іс жүзінде бұл құрылым транзистордың өткізгіштігі үшін еркіндіктің дәрежесін қарастырады, сонымен қатар тиісті жүктемені таңдау арқылы (паразиттік сыйымдылық пен дененің әсерін ескере отырып индуктор мен конденсатордың жақсы үйлесімі) қол жетімді кең жолақты кірісті сәйкестендіреді. Бұл жүктеме r_ds1 пропорционалды болуы керек. Gm өзгергендіктен, кіріс кедергісі мен сәйкес өткізу қабілеттілігі құрылғының f_T шамасына тең.
Паразиттік транзистордың C_gs сыйымдылығы жұмыс жиілігі көтеріле бастағанда рөл атқара бастайды. Тар жолақты қосымшада кіріс жиегінде шунт индукторы C_gsto-мен резонанс жасау үшін қажетті жиілікте импедансты күшейтеді. CMOS тар жолақты қосымшаларының көпшілігінде индуктивті дегенерациясы бар каскодты ЛНА-ға жақсырақ, бірақ кірістен оқшаулану үшін және C_gd жолының өткізілмеуі үшін, Ортақ шлюз LNA-мен салыстырғанда қарапайым оқшаулану мен тұрақтылықты жоғарылатады.
III. ӘЛЕУМЕТТІК ДИЗАЙН ЖӘНЕ ТАЛДАУ
Ұсынылған кең диапазонды ЛНҚ 1 суретте көрсетілген. Ол кіріс және жалпы кезеңнен тұрады. 1 кестесінде ұсынылған CMOS LNA жобалық мәндері көрсетілген. Типтен тыс биас-T M_3 және M_1 тұрақты ток жолын қамтамасыз етеді. L_4 сериясы индукторы M_3 кіріс-шығыс сыйымдылығымен қайта резонанс жасайды, нәтижесінде үлкен өткізу қабілеті және жиіліктік жауаптың кейбір қалдық шыңы пайда болады [17]. M_2 паразиттік сыйымдылықтары
1-сурет. Ұсынылған кең жолақты шу шығаратын LNA
I кесте
Ұсынылған CMOS LNA-ның жобалық құндылықтары
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_ (шығу,) 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
және M_3 индукторы бар LC баспалдақ құрылымын жасайды L_0. R_1 және R_2 тұрақты резисторлар тізбектің өткізу қабілеттілігін тиімді түрде кеңейту үшін L_1 және L_2 маневрлік серпімді индукторларымен біріктірілген [10]. L_2 сериялық индуктор сериясы сонымен қатар M_2 және M_3 ағызу кезіндегі C_d2 және C_d3 паразиттік сыйымдылығымен резонанс жасайды. Жүктеме резисторы R_3, L_3-тің Q коэффициентін азайту үшін қосылады. Паразиттік сыйымдылықты азайту және жиілік жұмысын жақсарту үшін ұсынылған тізбектегі барлық транзисторлар үшін 0.18μm минималды канал ұзындығы қарастырылады. Ортақ көздің сатысы өткізу қабілетін кеңейтеді, оқшаулауды жақсартады және жиілікті арттырады. Шын мәнінде кіріс кезеңі және жалпы бастапқы кезең сәйкесінше төмен жиілікті қуат алуды және жоғары жиілікті қуат алуды қолдайды. Екі жиіліктің де үйлесімі кең жолақты қуаттың өсуіне әкеледі. M5 транзисторы сонымен қатар жиіліктің өсуіне және бірқалыпты өсуіне ықпал етеді. 2-сурет M5-тің S21 параметріне әсерін көрсетеді.
2-сурет. M5-тің S21 параметріне әсері
3 суретте M1 әсер ету сатысы ретінде зерттелген. Модельдендірілген NF және S11 параметрі M1-пен салыстырғанда ӨШІРУЛІ. NF және S11 арасында жақын сауда бар. M_1 қосылған кезде NF жоғарылайды және S21 параметрі бірдей қуаттың бөлінуімен және ұқсас өткізу қабілеттілігімен азаяды, бірақ керісінше енгізудің сәйкес келуіне қол жеткізіледі. Кіріс сатысында Common-Gate құрылымының шу сипаттамаларына қосымша концентрация берілуі керек, транзистор M_1 кең жолақты сәйкестікті қамтамасыз етеді, бірақ ол өте жоғары шу деңгейіне ие.
3-сурет. M1 көмегімен импульсті шуыл мен кіріс оқшаулау қосулы және өшірулі.
Шу жұмысын зерттеу үшін каналды жылу шуылы бар MOS транзистордың шу моделі қолданылады. Суретте көрсетілгендей, 4, қақпаны және жыпылықтайтын шуды елемей, осы талдау кезінде тамаша сәйкес келеді, арнаның жылу шуының PSD (i_ (n, d) ^ 2) ̅ ретінде берілген)
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / α g_m ∆f (1)
Больцман константасы қайда, Кельвиндегі абсолюттік температура, γ - MOS транзисторының каналды жылу шуының коэффициенті, α - өткізгіштік коэффициенті ретінде анықталады g_мәнді дренаждық нөлдік жанама өткізгіштік g_ds және шудың фигурасы сәйкесінше өлшенеді.
Төмендегі теңдеулер шуылдың фигурасын R_1, M_1, M_2 және M_3 сипаттайды, олар жалпы шу фигурасына ықпал етеді [1]
4-сурет. Шу схемасының принципі
Егер шарт (2) белгіленсе, M_1-тің шуылы ескерілмейді [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
Келесі теңдеулер шудың фигурасын R_1, M_2 және M_3 сипаттайды, олар шудың жалпы фигурасына ықпал етеді.
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) = 1 = 2 = X / 1 = X / 1 = X / X (4) = γ / XNUMX = X / X (XNUMX) = / X (/ α /
F_M3 = (4KTγ / α g_m3) / (KTR_s 〖(g_m3 + g_m1) (Z_ (L_R1) ‖r_o1) g_m2)〗 ^ 2) = (4〗X UM 〖〖α - α 〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖 〗 ^ 3) (1)
Осылайша, шу деңгейінің жалпы шамасын (6) жуықтауға болады
F_ қорытынды = R_s / R_1 (1 + γ / α 1 / (g_m2 R_1)) + (4 γ / α) / (〖g_m3 R〗 _s 〖(1 + R_s g_mXNUMUMX)) (1)
ІЗІНІҢ НӘТИЖЕСІ
Схема 0.18µm TSMC кітапханасы Hspice бағдарламалық жасақтамасымен модельденді. Барлық модельдеу 50Ω кіріс және шығыс терминалдарын ескере отырып жасалады. 5-суретте (а) күш алу және ЛНҚ-ны кері оқшаулау модельделген. Орташа өсу қуаты шамамен 14.5 дБ, жиілік диапазонында 0.7 дБ бытырауы бар. Кері оқшаулау -35dB кем. 5 (b) суретте шу, кіріс және шығыс оқшаулануы көрсетілген. NF 2.9 дБ-ден аз, S11 -14.8db-ден аз, S22 -10dB-ден аз.
(Б)
5-сурет. (A) Шаманың символы, кіріс оқшаулау және шығудың оқшаулануы
«6-сурет» схеманың IIP3-н жиілікке қарсы көрсетеді.
7-сурет. Өлшенген IIP3 жиілікке қатысты
Бұл жұмыстың нәтижелері «КЕСТЕ II» -де көрсетілген және жақында жарияланған CMOS LNA-мен салыстырылады.
2 КЕСТЕСІНІҢ ҚЫЗМЕТІ ТУРАЛЫ
VI. ҚОРЫТЫНДЫ
Бұл жұмыста стандартты RFCMOS технологиясына негізделген UWB LNA құрылымының жаңа дизайны ұсынылған. Ортақ шлюз кірісі мен оның кедергісі арасындағы айырмашылықтар туралы мәліметтерді қанағаттанарлық сәйкестендіру және шу деңгейі. шу өнімділігі. Өлшенген шу деңгейі 2.9-3.1-GHz-ден асатын 10.6 дБ-ден аз. Түзу кіріс туралы барлық ЛНҚ дизайнында атап өткен жөн, ал қуаттылықтың өсу деңгейі 14.5 ± 0.7 дБ құрайды.
СІЛТЕМЕЛЕР
[1] Чих-Фан Ляо және Шен-Иуан Лю, «3.1-10.6-ГГц UWB қабылдағыштары үшін кең жолақты шуды басатын CMOS LNA», IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CUCUITS, VOL. 42, ЖОҚ. 2, 2007 ЖЫЛ
[2] Куанг-Чи Хэ, Мин-Цун Ли, Чен-Мин Ли және Дженн-Хван Тарнг, UWB қосымшалары үшін параллельді-RC кері байланысы бар шудың күшейткіші, IEEE ТРАНЦАКЦИЯЛАРЫ ШАБЫҚТАР ЖӘНЕ ЖҮЙЕЛЕРДЕ - II: ЭКСПРЕССТІҢ ҚЫСҚАША, ВОЛ. 57, ЖОҚ 8, ТАМЫЗ 2010
[3] Чжэ-Ян Хуанг, Че-Ченг Хуанг, Чун-Чиэ Чен, Чун-Чи Хунг және Чиа-Мин Чен ”Индуктор-муфт
3.1-10.6 ГГц ультра кең жолақты жүйеге арналған резонансты CMOS төмен шу күшейткіші »© 2009 IEEE
[4] Ян Лу, Киат Сенг Йео, Альпер Кабук, Цзянгу Ма, Мань Ань До және Чженгао Лу ”3.1-ден 10.6-ГГц дейінгі ультра кең диапазонды сымсыз қабылдағыштарға арналған CMOS аз шу күшейткіштің жаңа дизайны” IEEE ОПЕРАЦИЯЛАРЫ ҚОСЫЛДЫ Схемалар мен жүйелер – I: тұрақты қағаздар, VOL. 53, ЖОҚ. 8, ТАМЫЗ 2006
[5] Али Мирвакили, Мохаммад Явари, Фаршид Райси ”1-10.6-5 ГГц UWB қабылдағыштары үшін сызықтық токта қайта пайдаланылатын LNA” IEICE Electronics Express, 21,908-том, No914-XNUMX
[6] С.Строх, «Ультра кең жолақты: мультимедиа ажыратылған», IEEE Spectrum, т. 40, жоқ. 9, 23-27 бб, 2003 ж. Қыркүйек.
[7] Владимир Апарин және Лоуренс Э. Ларсон, стипендиат, IEEE ”FET төмен шу күшейткіштерін линиялау үшін модификацияланған туынды суперпозиция әдісі” IEEE МИКРОТОЛҚЫН ТЕОРИЯСЫ МЕН ТЕХНИКАЛАРЫНА ОПЕРАЦИЯЛАР, VOL. 53, ЖОҚ. 2, АҚПАН 2005
[8] А.Батра және басқалар, «Көп жолақты OFDM физикалық деңгейінің ұсынысы», IEEE 802.15-03 / 267r5, 2003 ж.
[9] Ших-Чих Чен, Руэй-Лю Ванг, Хсланг-Чен Куо және Мин-Лунг Кунг Чанг-Синг Гао ”Толық диапазонды жобалау (3.1-10.6ГГц) CMOS UWB төмен шу күшейткіші, термалды шуды болдырмайды” Азия-Тынық мұхиты микротолқынды конференциясының 2006 ж.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Бойд және TH Lee, “CMOS-та өткізгіштің оңтайландырылған индукторларымен өткізу қабілеттілігін кеңейту”, IEEE J. Қатты күйдегі тізбектер, т. 35, жоқ. 3, 346-355 бб, 2000 ж. Наурыз.
[11] Чжэ-Ян Хуанг, Че-Ченг Хуанг, Чунь-Чиэх Чен, Чун-Чи Хунг және Чиа-Мин Чен ”Индукторлы-муфталы резонансты CMOS төмен шу күшейткіші 3.1-10.6ГГц ультра кең жолақты жүйесі үшін”
[12] Чуню Синь, Эдгар Санчес-Синенсио ”« RF LOWNOISE AMPLIFIER ҮШІН ЛИНИАРИЗАЦИЯЛАУ ӘДІСІ ”
[13] Цзяньюнь Ху, Юнлян Чжу және Хуэй Ву ”шудың күшін жойған ультра кең жолақты резистивті-кері байланыс
0.18 мкм сандық CMOS-да ”978-1-4244-1856-5 / 08 / $ 25.00 © 2008 IEEE
[14] J.-H. Ли, КС Чен мен Ю.-С. Lin ”0.18 lm 3.1-10.6 ГГц CMOS UWB LNA, 11.4_0.4 дБ күшейіп, 100.7_17.4 пс топтасады» ЭЛЕКТРОНДЫҚ ХАТТАР 22 қараша 2007 ж. 43 № 24
[15] C.-P. Лян, C.-W. Хуанг, Ю.-К. Лин және С.-Дж. Чунг ”жаңа сәйкестендіру техникасымен 3-10 ГГц ультра-кең жолақты аз шуыл күшейткіші” ЭЛЕКТРОНДЫҚ ХАТТАР 5 тамыз 2010 ж. 46 № 16
[16] Hongrui Wang, Li Zhang және Zhiping Yu, стипендиат, «Төмен қуатты төмен кернеулі қосымшалар үшін жергілікті кері байланыс пен шуды болдырмайтын кең жолақты индукторсыз ЛНА» IEEE ОПЕРАЦИЯЛАРЫ – I: ЖҰМЫС ҚАҒАЗДАР, ВОЛ. 57, ЖОҚ 8, ТАМЫЗ 2010
[17] TH, CMOS радиожиілікті интегралды схемалардың дизайны, 1st ред. Нью-Йорк: Кембридж университеті. Басу, 1998.
[18] Чуню Синь, Эдгар Санчес-Синенсио ”« RF LOWNOISE AMPLIFIER ҮШІН ЛИНИАРИЗАЦИЯЛАУ ӘДІСІ ”ISCAS 2004
[19] Али Мирвакили, Мохаммад Явари ”« UWB DS-CDMA қабылдағыштарының жоғарғы жолағына арналған шуды басатын CMOS LNA дизайны ”тізбектері мен жүйелері, 2009. ISCAS 2009. IEEE Халықаралық симпозиумы
[20] S. Galal және B. Razazavi, «40 _mCMOS технологиясындағы 0.18 Гб / с күшейткіш және ESD қорғаныс схемасы», IEEE ISSCC Dig. Техникалық. Құжаттар, 2004 жылғы ақпан, 480-481 бет.