avy amin'ny sary sary Internet Archive Book
LNA Broadband ho an'ny mpandray an-tserasera UWB mampiasa fomba fanodinana fiovana derivatif
I. FANAMBARANA
Ny fampandrosoana ny rafitry ny serasera haingam-pandeha haingam-pandeha dia mametraka fangatahana mitombo amin'ny fitaovana RF mora vidy miaraka amin'ny fantsom-pifandraisana multi-GHz amin'ny fanjifana herinaratra ambany indrindra sy ny herinaratra famatsiana. Ultra-wideband (IEEE 802.15.3a) dia miseho ho toy ny teknolojia vaovao mahavita taha ambony amin'ny famindrana data (hatramin'ny 1 Gb / s) ao anatin'ny halavirana fohy (10 m) amin'ny herinaratra ambany. Ity teknolojia ity dia mampiasa ho an'ny rindranasa sasany toy ny tamba-jotra faritra tsy misy tariby (WPAN), manome tontolo iainana handefasana raki-peo, horonan-tsary, ary angona bandwidth hafa avo lenta. Ny iray amin'ireo fomba fiasa naroso hampiasa ny halaviran'ny 3.1-10.6-GHz natokana ho an'ny rafitra UWB, dia mampiasa modely Orthogonal Frequency Multiplexin OFDM miaraka amina tarika 14 izay manana ny sakany 528-MHz ny sakany ary ny tetikady haingam-pandeha haingam-pandeha [ 1]. Ao amin'ny OFDM, ny fitakiana sub-carrier f dia mifampitohy. Ity fomba ity dia manafoana ny fifampiresahana eo amin'ny fantsona kely ary tsy ilaina ny fantsom-piarovana mpiambina. Na dia tsy mbola lavorary aza ny fenitra, ny LNA wideband eo aloha dia tena ilaina mihitsy na inona na inona ny rafitry ny mpandray. Ny amplifier dia tsy maintsy mahafeno fepetra maro, ohatra ny fifandraisana amin'ny sivana preselect sy ny antena, ny impedance fampidirana amplifier dia tokony ho 50 noho ny tarika UWB tadiavina. Na izany aza, ny tombony ampy amin'ny sakan'ny tarika malalaka hanarona ny tabataban'ny mixer, ny tabataba ambany mba hanatsarana ny fahatsapana ny mpandray, ny fanjifana herinaratra ambany mba hampiakarana ny fiainana bateria, ny faritra maty kely hampihenana ny vidiny, ny fitoniana tsy misy fepetra ary ny fahamendrehana tsara dia masontsivana lehibe. Misy ny varotra akaiky eo amin'izy ireo. Amin'ny ankapobeny amin'ny fanatsarana ny iray amin'izy ireo dia simba ny hafa.
II. Dingana fampidirana
Ny fanaingoana ny vavahady iraisana sy ny kaody Cascode dia fomba roa ampiasaina amin'ny famolavolana ny dingana fampidirana ny LNA amin'ny fizaran-tany CMOS, raha ny rafitra Common-Gate sy Cascode kosa dia manome fantsom-pandrefesana fantsom-pifandraisana malalaka sy fantsona tery. Na izany aza, ny sehatra Common-gate dia manana endrika tabataba avo lenta mifanohitra amin'ny sehatra Cascode ary ny teknika fanafoanana ny tabataba dia tsy maintsy ampiasaina.
Na izany aza, ny impedance fampidirana dia napetraky ny tahan'ny fitongilanana sy W / L. Raha ny marina, ity rafitra ity dia mihevitra ny fahalalahana amin'ny transconductance of transistor ary koa amin'ny alàlan'ny fisafidianana ny enta-mavesatra sahaza (fitambaran'ny inductor sy capacitors tsara rehefa mandinika ny vokatry ny capacitance sy ny vatana parasite), dia manome fampifangaroana fantsom-pifandraisana malalaka. Ity enta-mavesatra ity dia tsy maintsy mifanaraka amin'ny r_ds1. Hatramin'ny niovan'ny gm, ny impedance fampidirana sy ny bandwidth mifanentana dia mitovy amin'ny f_T an'ny fitaovana.
Ny capacitance transistor parasitika C_gs dia manomboka mitana andraikitra rehefa manomboka miakatra ny fahita matetika. Ao amin'ny rindrambaiko tery tery dia misy inductor shunt ampidirina ao amin'ny dingana fampidirana mba hanako miaraka amin'ny C_gsto hanatsara ny fifandanjana impedance amin'ny matetika tadiavina. Na izany aza amin'ny ankamaroan'ny rindran-tarika CMOS tery dia tsara kokoa ny LNA cascode misy fihenan'ny inductive saingy ny fitokana-monina avy amin'ny fidirana mankany amin'ny vokatra sy ny fanesorana ny làlan'ny C_gd, ny Common-Gate LNA dia mitoka-monina mitokana tsara kokoa sy fitoniana mifanohitra amin'ny LNA iraisana.
III. Drafitra SY ANALYSISY CIRCUIT
Ny LNA tarika malalaka natolotra dia aseho amin'ny sary 1. Ahitana sehatra idirana sy sehatra loharano iraisana. Ny tabilao 1 dia mampiseho ny sanda famolavolana ny soso-kevitra CMOS LNA. Ny fitongilanana-chip bias-T dia manome ny fitongilanana eo am-bavahady M_3 sy ny lalan'i DC M_1 ankehitriny. Ny andiana inductor L_4 dia mbola mihetsika miaraka amin'ny capacitance fidiran'ny vavahady fidirana ao amin'ny M_3, ka nahatonga ny fantsom-pifandraisana lehibe kokoa ary ny tampon'ny tampon'ny valiny matetika [17]. Ny capacitances parasitika an'ny M_2
Fig. 1. Natolotra ny LNA hanafoana ny tabataba
TABELY I
DESIGN VALUES NY CMOS LNA naroso
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_ (mivoaka,) 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
ary M_3 dia manamboatra rafitra tohatra LC misy inductor L_0. Ny DC resistors resistors R_1 sy R_2 dia ampifandraisina amin'ny shunt peaking inductors L_1 sy L_2 tsirairay avy mba hanitarana ny bandwidth bandwidth mahomby [10]. Ny andiam-peaking inductor L_2 koa dia nanakoako niaraka tamin'ny totalin'ny capacitances C_d2 sy C_d3 teo amin'ny fantsakan'ny M_2 sy M_3. Koa satria ny mpanohitra enta-mavesatra, R_3, dia nampiana mba hampihenana ny Q factor an'ny L_3 hahazoana tombony azo. Ny halavan'ny fantsona farafahakeliny 0.18μm dia raisina ho an'ny transistors rehetra ao amin'ny faritra aroso mba hampihenana ny capacitances parasite ary hanatsara ny fahombiazan'ny matetika. Ny dingana loharano iraisana dia manitatra ny bandwidth, manome fitokana-monina tsara kokoa ary mampitombo ny fahazoana matetika. Raha ny marina, ny sehatra fampidirana sy ny sehatra loharanom-pahalalana marobe dia manohana ny fahazoana herinaratra ambany-ambany ary ny fahazoana hery matetika. Ny fitambaran'ny valinteny matetika dia mitarika fahazoana herinaratra amin'ny fantsom-pifandraisana. Transistor M5 koa dia manampy ny sehatra loharano mahazatra hampitomboana sy hahazoana tombony matetika. Ny sary 2 dia mampiseho ny vokatry ny M5 amin'ny masontsivana S21.
Fig. 2 Ny vokatry ny M5 amin'ny parameter S21
Ao amin'ny sary 3, ny vokatry ny M1 ho toy ny dingana fampidirana dia dinihina. Ny parameter NF sy S11 namboarina dia ampitahaina amin'ny tranga miaraka amin'ny M1 dia avadika OFF. Misy ny fifanakalozana akaiky eo amin'ny NF sy S11. Rehefa velomina ny M_1 dia mihabe ny NF ary ny parameter S21 dia mihena miaraka amin'ny fanaparitahana herinaratra mitovy sy ny fantsom-pifandraisana mitovy amin'izany, fa ny mifanohitra amin'izay no hanatanterahana ny fampidirana azo ekena. Ny fifantohana fanampiny dia tokony homena ny toetra mampiavaka ny firafitra Common-Gate eo amin'ny sehatra fidirana, na dia manome fifangaroana fantsom-pifandraisana malalaka aza ny transistor M_1, manana endrika feo avo dia avo izy.
Fig. 3. Sarina tabataba sy fitokana-monina mitokana miaraka amin'ny M1 NIVALAKA sy NAMONO.
Mba hamotopotorana ny fahombiazan'ny tabataba dia ampiasaina ny maodely tabataba transistor MOS miaraka amin'ny tabataba fantsona fantsona. Araka ny asehon'ny sary faha-4, ny fanaovana tsinontsinona ny vavahady sy ny fikotrokotroka ary ny fiheverana lalao tonga lafatra amin'ity fanadihadiana ity, ny PSD ny tabataba amin'ny fantsona (i_ (n, d) ^ 2) ̅ dia omena
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / α g_m ∆f (1)
Aiza ny Boltzmann tsy miova, dia ny maripana tanteraka ao Kelvin, γ no coefficient an'ny transistor MOS an'ny fantsom-peo fantsom-pohy, α dia faritana ho ny tahan'ny transconductance g_mand ny fantsom-panafody g_ds madiodio ary ny fantsom-pifandraisana misy ilay feo dia refesina tsirairay avy.
Ireto fampitahana manaraka ireto dia milazalaza ny tarehimarika tabataban'i R_1, M_1, M_2 ary M_3 izay mandray anjara amin'ny tabataban'ny tabataba [1]
Fig. 4. Fitsipika momba ny skotisma tabataba
Raha apetraka ny fepetra (2) dia esorina ny tabataban'i M_1 [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
Ireto fampitahana manaraka ireto dia mamaritra ny tabataba nataon'i R_1, M_2 ary M_3 izay anjara birikin'izy ireo amin'ny tarehimarika tabataba ankapobeny.
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)
Noho izany, ny tarehimarika tabataba rehetra dia azo lazaina ho (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. VOKAFIM-POANA
Ny fizaran-tany dia namboarina tamin'ny rindrambaiko 0.18μm TSMC famakiam-boky Hspice. Ny fanahafana rehetra dia vita amin'ny fiheverana ireo terminal fampidirana 50Ω sy fivoahana. Ao amin'ny sary faha-5 (a) mahazo hery ary mitoka-monina mitokana ny LNA dia simulate. Ny fahefana antonony dia manodidina ny 14.5 dB miaraka amin'ny riandrano 0.7 dB eo ambonin'ny elanelam-potoana. Ny mitoka-monina mihodina dia latsaky ny -35dB. Ny sary 5 (b) dia mampiseho ny fisehon'ny tabataba, ny fidirana ary ny fitokanana ny fivoahana. Ny NF dia latsaky ny 2.9 dB, ny S11 dia latsaky ny-14.8db ary ny S22 dia ambany noho ny -10dB.
(B)
Sary 5. (a) hery mahazo tombony sy fitokana-monina mitoka-monina (b) tarehimarika momba ny tabataba, fitokana-monina ary fitokanana.
"Fig.6" dia mampiseho ny IIP3 amin'ny boriborintany mifanohitra matetika.
Sary 7. refesina IIP3 mifanohitra matetika
Ny valin'ity asa ity dia aseho amin'ny "TABLE II" ary ampitahaina amin'ny CMOS LNA vao navoaka.
TABELY 2 FAMINTINANA FOMBA FAMPIANARANA
VI. Fehiny
Ity taratasy ity dia manolotra famolavolana vaovao firafitra UWB LNA miorina amin'ny haitao RFCMOS mahazatra. Ny fampifangaroana fampidirana mahafa-po sy ny fahombiazan'ny tabataba dia azo aorian'ny fifanakalozana eo anelanelan'ny fidiran'ny fidirana amin'ny vavahady iraisana sy ny azy. fampisehoana tabataba. Ny tarehimarika tabataba dia ambany noho ny 2.9 dB mihoatra ny 3.1-10.6-GHz. Ny tombony azo dia mendrika homarihina amin'ny endrika LNA rehetra ary ny tombom-pahefana simulate dia 14.5 ± 0.7 dB.
References
[1] Chih-Fan Liao, ary Shen-Iuan Liu, "CMO LNA manafoana ny tabataba ho an'ny mpandray mpandray UWB 3.1-10.6-GHz" IEEE JOURNAL OF CIRCUITS STATE-STATE, VOL. 42, No. 2, FEBROARY 2007
[2] Kuang-Chi He, Ming-Tsung Li, Chen-Ming Li, ary Jenn-Hwan Tarng, Amplifier amin'ny feo heno ambany ho an'ny Parallel-RC ho an'ny fangatahana UWB Fampitana IEEE momba ny CIRCUITS sy SYSTEMS – II: EXPRESS BRIEFS, VOL. 57, No. 8, AOGOSITRA 2010
[3] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung ary Chia-Min Chen ”Fampidirana mpiorina
Resaka CMOS Low Noise Amplifier ho an'ny 3.1-10.6GHz Ultra-Wideband System ”© 2009 IEEE
[4] Yang Lu, Kiat Seng Yeo, Alper Cabuk, Jianguo Ma, Manh Anh Do, ary Zhenghao Lu ”Volavolan-kevitry ny fanamafisam-peo ambany feo CMOS ho an'ny mpandray Wireless Wireless Wireless Bandy 3.1-ka hatramin'ny 10.6-GHz” NY TRANSACTION IEEE ONEE CIRCUITS AND SYSTEMS – I: PAPERS REGULAR, VOL. 53, TSIA. 8, AOGOSITRA 2006
[5] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari, Farshid Raissi ”LNA ampiasaina indray ankehitriny ho an'ny mpandray 1-10.6 GHz UWB” IEICE Electronics Express, Vol.5, No.21,908-914
[6] S. Stroh, “Ultra-wideband: multimedia unplugs,” IEEE Spectrum, vol. 40, tsia. 9, pp. 23-27, Sep 2003.
[7] Vladimir Aparin sy Lawrence E. Larson, Fellow, IEEE ”dia nanova ny fomba fiasa mihodina ho an'ny fanamafisana ny fanamafisam-peo FET ambany” TRANSACTIONS IEEE momba ny teôria sy ny teknika MICROWAVE, VOL. 53, TSIA. 2, FEBROARY 2005
[8] A. Batra et al., "Tolo-kevitra fizika fizika ara-batana OFDM," IEEE 802.15-03 / 267r5, Jul 2003.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lue Wang, Hslang-Chen Kuo ary Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao "Ny volavolan'ny Full-Band (3.1-10.6GHZ) CMOS UWB Amplifier amin'ny tabataba ambany miaraka amin'ny fanafoanana ny tabataba mafana" an'ny Fihaonambe mikraoba Azia-Pasifika 2006.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Boyd, ary TH Lee, "Fanitarana fantsom-pandrefesana ao amin'ny CMOS miaraka amina mpampiditra ao anaty chip," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 35, tsia. 3, pp. 346-355, martsa 2000.
[11] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung ary Chia-Min Chen ”Mpanamboatra fantsom-pifandraisana CMOS ambany feo no nanamafisana ny feo ho an'ny 3.1-10.6GHz System Ultra-Wideband”
[12] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”TEKNIKY LINEARIZATION HO AN'NY MPANAFAKA RF LOWNOISE”
[13] Jianyun Hu, Yunliang Zhu, ary Hui Wu ”Mpanamboatra feo malefaka avo lenta amin'ny vahaolana avo lenta miaraka amin'ny fanafoanana ny tabataba
ao amin'ny 0.18μm Digital CMOS ”978-1-4244-1856-5 / 08 / $ 25.00 © 2008 IEEE
[14] J.-H. Lee, C.-C. Chen sy Y.-S. Lin ”0.18 lm 3.1-10.6 GHz CMOS UWB LNA miaraka amin'ny tombony 11.4_0.4 dB sy 100.7_17.4 ps groupdelay” Taratasy elektronika 22 novambra 2007 Vol. 43 No. 24
[15] C.-P. Liang, C.-W. Huang, Y.-K. Lin sy S.-J. Chung ”3-10 GHz ultra-wideband fanamafisam-peo ambany miaraka amina teknika fampifandraisana vaovao” LETTERS électronics 5 aogositra 2010 Vol. No. 46
[16] Hongrui Wang, Li Zhang, ary Zhiping Yu, mpiara-miasa, "LNA tsy misy inductor Wideband miaraka amin'ny tamberina eo an-toerana sy tabataba hanafoanana ny fangatahana herinaratra ambany herinaratra" TRANSACTIONS IEEE MOMBA NY CIRCUITS SYSTEMS – I: PAPERS REGULAR, VOL. 57, No. 8, AOGOSITRA 2010
[17] TH Lee, The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits, 1 ed. New York: Cambridge Univ. Press, 1998.
[18] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”TEKNIKY LINEARIZATION HO AN'NY MPANAFAKA RF LOWNOISE” ISCAS 2004
[19] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari ”Famolavolana CMOS LNA manafoana ny tabataba ho an'ny tarika ambony amin'ny mpandray UWB DS-CDMA”, 2009. ISCAS 2009. Symposium iraisam-pirenena IEEE momba ny
[20] S. Galal sy B. Razavi, "40 Gb / s amplifier ary fiarovana ESD amin'ny teknolojia 0.18 _mCMOS," ao amin'ny IEEE ISSCC Dig. Teknolojia Papers, feb. 2004, pp. 480-481.