interneto archyvo knygų vaizdai
Plačiajuosčio ryšio LNA UWB imtuvams naudojant modifikuotą išvestinį superpozicijos metodą
I. ĮVADAS
Dėl greitaeigių belaidžio ryšio sistemų plėtojimo reikia vis daugiau integruotų pigių RF įrenginių, turinčių daugia GHz dažnių juostos plotį, veikiantį mažiausiomis energijos sąnaudomis ir maitinimo įtampa. Itin plačiajuostis ryšys (IEEE 802.15.3a) pasirodo kaip nauja technologija, galinti užtikrinti didelę duomenų perdavimo spartą (iki 1 Gb / s) nedideliais atstumais (10 m) esant mažai galiai. Ši technologija naudojama kai kurioms programoms, pavyzdžiui, belaidžiams asmeniniams tinklams (WPAN), sukurti, kad būtų galima perduoti garso, vaizdo ir kitus didelės spartos duomenis. Vienas iš būdų, pasiūlytų naudoti UWB sistemoms skirtą 3.1–10.6 GHz spektrą, naudoja stačiakampio dažnio padalijimo multipleksino OFDM moduliaciją su 14 juosta, atsižvelgiant į tai, kas užima 528 MHz dažnių juostos plotį ir greitojo dažnio šuolio schemą. 1]. OFDM atveju nešiklio f reikmenys yra statmeni vienas kitam. Šis metodas pašalina kryžminį pokalbį tarp antrinių kanalų ir atitinkamai nėra būtinos tarpnešančios apsauginės juostos. Nors standartas nebuvo tobulas, priekinio plačiajuosčio ryšio LNA yra absoliučiai būtina, nepriklausomai nuo imtuvo architektūros. Stiprintuvas turi atitikti kelis reikalavimus, pavyzdžiui, norint jungtis su išankstinio pasirinkimo filtru ir antena, stiprintuvo įėjimo varža turėtų būti artima 50 per norimą UWB juostą. Nepaisant to, pakankamas plataus diapazono pločio padidėjimas, kad būtų pašalintas maišytuvo triukšmas, mažas triukšmo rodiklis padidina imtuvo jautrumą, mažas energijos suvartojimas padidina baterijos veikimą, mažas štampo plotas sąnaudoms sumažinti, besąlyginis stabilumas ir geras tiesiškumas yra svarbūs parametrai. Tarp jų yra glaudus kompromisas. Paprastai tobulinant vieną iš jų, žlugdomi kiti.
II. Įvesties etapas
„Common-gate“ ir „Cascode“ konfigūracijos yra dviejų tipų metodai, paprastai naudojami projektuojant LNA įvesties stadiją CMOS grandinėse, tuo tarpu „Common-Gate“ ir „Cascode“ struktūra suteikia atitinkamai plačiajuosčių ir siaurų dažnių juostų įvestis. Tačiau bendrųjų vartų stadijoje, palyginti su „Cascode“, yra būdingas didelis triukšmo lygis, todėl reikia naudoti triukšmo pašalinimo metodus.
Tačiau įvesties varža nustatoma pagal šališkumą ir W / L santykį. Iš tikrųjų šioje struktūroje atsižvelgiama į tam tikrą tranzistoriaus laidumo laisvės laipsnį, taip pat pasirinkus tinkamą apkrovą (geras induktoriaus ir kondensatorių derinys, atsižvelgiant į parazitinės talpos ir kūno poveikį), galima plačiajuosčio ryšio įvesties suderinimas. Ši apkrova turi būti proporcinga r_ds1. Kadangi gm keičiasi, įėjimo varža ir suderinamas pralaidumas yra maždaug lygūs įrenginio f_T.
Parazitinio tranzistoriaus talpa C_gs pradeda vaidinti vaidmenis, kai darbinis dažnis pradeda kilti. Taikant siauros juostos įvesties etapą pridedamas šunto induktorius, kad būtų galima rezonuoti su C_gsto, kad būtų padidintas varžos suderinimas norimu dažniu. Vis dėlto daugumoje CMOS siauros juostos programų geriau pasirinkti kaskadinį LNA su indukcine degeneracija, tačiau norint atskirti nuo įvesties iki išvesties ir praleisti C_gd kelią, „Common-Gate“ LNA atlieka geresnę atvirkštinę izoliaciją ir stabilumą, palyginti su bendrojo šaltinio LNA.
III. CIRTŲ DIZAINAS IR ANALIZĖ
Siūloma plačiajuosčio ryšio LNA parodyta 1 pav. Jį sudaro įvesties ir bendro šaltinio stadija. 1 lentelėje pateiktos siūlomos CMOS LNA projektinės vertės. Nejudantis šališkumas-T pateikia M_3 vartų paklaidą ir M_1 nuolatinės srovės kelią. Serijos induktorius L_4 dar labiau rezonuoja su įėjimo vartų šaltinio talpa M_3, dėl to padidėja dažnių juostos plotis ir atsiranda tam tikra liekamoji smailė dėl dažnio atsako [17]. M_2 parazitinės talpos
1 pav. Siūloma plačiajuosčio ryšio triukšmą slopinanti LNA
I LENTELĖ
SIŪLOMOS CMOS LNA PROJEKTINĖS VERTĖS
L_in 4nH (m / l) 3 135 / 0.18
L_0 0.5nH (m / l) 4 37.5 / 0.18
L_1 4.5nH (m / 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
(V / L) 1 18 / 0.18 R_3 40Ω
(W / L) 2 30 / 0.18
ir M_3 sudaro LC kopėčių struktūrą su induktoriumi L_0. Norint efektyviai išplėsti grandinės pralaidumą, nuolatinės srovės apkrovos rezistoriai R_1 ir R_2 yra sujungti su šuntavimo smailės induktoriais L_1 ir L_2. Serijos smailės induktorius L_10 taip pat rezonuoja su bendrosiomis parazitinėmis talpomis C_d2 ir C_d2, esant M_3 ir M_2 kanalizacijai. Kadangi apkrovos rezistorius R_3 pridedamas, siekiant sumažinti Q koeficientą L_3, norint gauti plokščiąjį padidėjimą. Visiems siūlomos grandinės tranzistoriams mažiausias kanalo ilgis yra 3 μm, kad būtų sumažintos parazitinės talpos ir pagerintas dažnio veikimas. Bendra šaltinio stadija praplečia pralaidumą, užtikrina geresnę izoliaciją ir padidina dažnio padidėjimą. Tiesą sakant, įvesties ir bendrojo šaltinio stadijos palaiko atitinkamai žemo dažnio galios padidėjimą ir aukšto dažnio galios padidėjimą. Abiejų dažnių reakcijų derinys lemia plačiajuosčio ryšio galios padidėjimą. Tranzistorius M0.18 taip pat padeda bendrojo šaltinio scenai padidinti ir išlyginti dažnio padidėjimą. 5 pav. Parodytas M2 poveikis parametrui S5.
2 pav. M5 poveikis parametrui S21
3 pav. Ištirtas M1, kaip įvesties etapo, poveikis. Imituotas NF ir S11 parametras lyginamas su atveju, kai M1 išjungtas. Tarp NF ir S11 yra artimas kompromisas. Įjungus M_1, NF padidėja ir S21 parametras mažinamas tuo pačiu energijos išsisklaidymu ir panašiu pralaidumu, tačiau, priešingai, bus pasiektas priimtinas įvesties suderinimas. Papildomos koncentracijos turėtų būti skiriamos „Common-Gate“ struktūros triukšmo charakteristikoms įvesties etape, nors tranzistorius M_1 suteikia plataus diapazono atitikimą, tačiau jo triukšmo lygis yra iš esmės aukštas.
3 pav. Imituotas triukšmo paveikslas ir įvesties izoliacija įjungus ir išjungiant M1.
Triukšmo našumui ištirti naudojamas MOS tranzistoriaus triukšmo modelis su kanalo šiluminiu triukšmu. Kaip parodyta 4 pav., Neatsižvelgiant į vartų ir mirgėjimo garsus bei darant prielaidą, kad šioje analizėje yra puikus atitikimas, kanalo šiluminio triukšmo (i_ (n, d) ^ 2) ̅ PSD yra pateikiamas kaip
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / α g_m ∆f (1)
Kur yra Boltzmanno konstanta, yra absoliuti temperatūra Kelvine, γ yra MOS tranzistoriaus kanalo šiluminio triukšmo koeficientas, α yra apibrėžiamas kaip laidumo g_ ir santykio su nuliniu šališkumu nutekėjimo laidumo g_ds santykis ir juostos plotis, per kurį skleidžiamas triukšmas matuojamas atitinkamai.
Šios lygtys apibūdina triukšmo skaičių R_1, M_1, M_2 ir M_3, kad jos prisideda prie bendro triukšmo skaičiaus [1]
4 pav. Triukšmo schemos principas
Jei nustatoma sąlyga (2), M_1 triukšmas praleidžiamas [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
Šios lygtys apibūdina triukšmo skaičių R_1, M_2 ir M_3, kad jos prisideda prie bendro triukšmo skaičiaus.
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)
Taigi bendrą triukšmo skaičių galima apytiksliai apskaičiuoti taip (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.SIMULIAVIMO REZULTATAI
Ši grandinė buvo modeliuojama naudojant 0.18 μm TSMC bibliotekos „Hspice“ programinę įrangą. Visi modeliavimai atliekami atsižvelgiant į 50Ω įvesties ir išvesties gnybtus. 5 pav. (A) modeliuojama LNA stiprinimo galia ir atvirkštinė izoliacija. Vidutinė stiprinimo galia yra maždaug 14.5 dB, kai bangos dažnis yra 0.7 dB. Atvirkštinė izoliacija yra mažesnė kaip -35dB. 5 pav. (B) parodytas triukšmo skaičius, įvesties ir išvesties izoliacija. NF yra mažesnis nei 2.9 dB, S11 yra mažesnis nei-14.8 db, o S22 yra maždaug mažesnis nei -10 dB.
(B)
5 pav. (A) Imituota stiprinimo galia ir atvirkštinė izoliacija (b) Imituota triukšmo figūra, įvesties ir išvesties izoliacija
„6 pav.“ Rodo grandinės IIP3, palyginti su dažniu.
7 pav. Išmatuotas IIP3, palyginti su dažniu
Šio darbo rezultatai parodyti „II LENTELĖJE“ ir lyginami su neseniai paskelbtomis CMOS LNA.
2 LENTELĖ VEIKLOS SANTRAUKA
VI. IŠVADA
Šiame darbe pateiktas naujas UWB LNA struktūros, paremtos standartine RFCMOS technologija, projektas. Patenkinamas įvesties suderinimas ir triukšmo efektyvumas gaunami įvertinus kompromisus tarp bendrųjų vartų pakopos įvesties varžos ir jos. triukšmo atlikimas. Išmatuotas triukšmo rodiklis mažesnis nei 2.9 dB per 3.1–10.6-GHz. Plokštumo padidėjimą verta paminėti visuose LNA projektuojant, o imituotas galios padidėjimas yra 14.5 ± 0.7 dB.
NUORODOS
[1] Chih-Fan Liao ir Shen-Iuan Liu, „Plačiajuosčio ryšio triukšmą slopinanti CMOS LNA, skirta 3.1–10.6 GHz UWB imtuvams“, IEEE KIETŲJŲ VALSTYBINIŲ KROTELIŲ ŽURNALAS, t. 42, NE. 2 m. Vasario 2007 d
[2] Kuang-Chi He, Ming-Tsung Li, Chen-Ming Li ir Jenn-Hwan Tarng, „Parallel-RC Feedback Low-Noise Amplifier for UWB Applications“ IEEE sandoriai su grandinėmis ir sistemomis - II: EXPRESS BRIEFS, VOL. 57, NE. 8 m. Rugpjūčio 2010 d
[3] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung ir Chia-Min Chen “Induktoriaus sujungimas
CMOS žemo triukšmo stiprintuvas, skirtas 3.1–10.6 GHz itin plačiajuosčio ryšio sistemai “
[4] Yang Lu, Kiatas Sengas Yeo, Alperis Cabukas, Jianguo Ma, Manhas Anhas Do ir Zhenghao Lu “Naujas CMOS žemo triukšmo stiprintuvo dizainas, skirtas 3.1–10.6 GHz ultraplačiajuostiams belaidžiams imtuvams“. IEEE SANDORIAI KROVAI IR SISTEMOS – I: ĮRENGINIAI Popieriai, t. 53, NE. 8, 2006 AUGUST
[5] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari, Farshid Raissi „Linijinė, pakartotinai naudojama LNA 1-10.6 GHz UWB imtuvams“, IEICE Electronics Express, t. 5, Nr. 21,908 914 XNUMX
[6] S. Stroh, „Itin plačiajuostis ryšys: daugialypė terpė atjungta“, IEEE spektras, t. 40, Nr. 9, p. 23–27, 2003 m. Rugsėjo mėn.
[7] Vladimiras Aparinas ir Lawrence E. Larsonas, bendradarbis, IEEE modifikuotas darinių superpozicijos metodas FET mažo triukšmo stiprintuvų linearizavimui. 53, NE. 2 m. Vasario 2005 d
[8] A. Batra ir kt., „Daugiasluoksnis OFDM fizinio sluoksnio pasiūlymas“, IEEE 802.15-03 / 267r5, 2003 m. Liepos mėn.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lue Wang, Hslang-Chen Kuo ir Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao “Viso dažnio juostos (3.1–10.6 GHz) CMOS UWB mažo triukšmo stiprintuvo su šiluminį triukšmą slopinančiu stiprintuvu procesas“ Azijos ir Ramiojo vandenyno mikrobangų konferencijos 2006 m.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Boyd ir TH Lee, „Pralaidumo išplėtimas CMOS su optimizuotais lusto induktoriais“, IEEE J. „Solid-State Circuits“, t. 35, Nr. 3, p. 346-355, 2000 m. Kovo mėn.
[11] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung ir Chia-Min Chen „Induktoriaus sujungimo rezonuojantis CMOS mažo triukšmo stiprintuvas 3.1–10.6 GHz ultraplačiajuosčiai sistemai“.
[12] Chunyu Xin, Edgaras S'anchez-Sinencio „LINEARIZACIJOS TECHNIKA RADIJONŲ NUORODOS PASTIPRINIMUI“
[13] Jianyun Hu, Yunliang Zhu ir Hui Wu “Itin plačiajuosčio atsparumo grįžtamojo ryšio mažo triukšmo stiprintuvas su triukšmo slopinimu.
per 0.18 μm skaitmeninę CMOS “978-1-4244-1856-5 / 08 / 25.00 USD © 2008 IEEE
[14] J.-H. Lee, C.-C. Chenas ir Y.-S. Lin “0.18 lm 3.1–10.6 GHz CMOS UWB LNA su 11.4_0.4 dB stiprinimu ir 100.7_17.4 ps grupės atidėjimu“ ELEKTRONIKOS LAIŠKAI 22 m. Lapkričio 2007 d. T. 43 Nr. 24
[15] C.-P. Liangas, C.-W. Huang, Y.-K. Linas ir S.-J. Chung “3-10 GHz itin plačiajuostis mažo triukšmo stiprintuvas su nauja derinimo technika“ ELEKTRONIKOS LAIŠKAI 5 m. Rugpjūčio 2010 d. T. 46 Nr. 16
[16] Hongrui Wangas, Li Zhangas ir Zhipingas Yu, „Plataus dažnio induktorinė LNA su vietiniu grįžtamuoju ryšiu ir triukšmo slopinimu mažos galios žemos įtampos programoms“. IEEE SANDORIAI APIE KROTELIUS IR SISTEMAS – I: REGULIARIEJI POPIERIAI, t. 57, NE. 8 m. Rugpjūčio 2010 d
[17] TH Lee, CMOS integruotų radijo dažnių grandinių dizainas, 1-asis leidimas. Niujorkas: Kembridžo universitetas. Spauda, 1998 m.
[18] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio „LINEARIZACIJOS TECHNIKA RADIJONŲ NUORODOS PASTIPRINIMUI“ ISCAS 2004
[19] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari „Triukšmą slopinantis CMOS LNA dizainas viršutinei UWB DS-CDMA imtuvų juostai“ grandinės ir sistemos, 2009. ISCAS 2009. IEEE tarptautinis simpoziumas
[20] S. Galal ir B. Razavi, „40 Gb / s stiprintuvas ir ESD apsaugos grandinė 0.18 _mCMOS technologijoje“, IEEE ISSCC Dig. Tech. Dokumentai, 2004 m. Vasario mėn., 480–481 p.