Интернэт Архивын Номын Зураг
UDBB хүлээн авагчдад зориулж Broadbandband LNA-ийг Modified derivative superposition арга ашиглан ашиглана
I. ОРШИЛ
Өндөр хурдны утасгүй холбооны системийг хөгжүүлэх нь хамгийн бага эрчим хүч, хангамжийн хүчдэл дээр ажилладаг олон GHz зурвасын өргөнтэй хямд өртөгтэй RF-ийн төхөөрөмжүүдийн хэрэглээг нэмэгдүүлж байна. Хэт өргөн зурвасын өргөн (IEEE 802.15.3a) нь бага хүчээр (1 м) богино зайнд өгөгдөл дамжуулах өндөр хурд (10 Gb / s хүртэл) хийх боломжтой шинэ технологи хэлбэрээр гарч ирэв. Энэ технологи нь утасгүй хувийн сүлжээний сүлжээ (WPAN) зэрэг зарим програмд ашигладаг бөгөөд энэ нь аудио, видео болон бусад өндөр хурдны өгөгдлийг дамжуулах орчинг өгдөг. UWB системүүдэд хуваарилагдсан 3.1-10.6-GHz-ийн спектрийг ашиглахыг санал болгож буй аргуудын нэг нь 14 дэд зурвас бүхий ортогональ давтамжийн хэлтсийн Multiplexin OFDM модуляцийг 528-MHz зурвасын өргөн, аль давтамжийг хурдан давах схемийг ашигладаг. 1] хувилбартай. OFDM дээр дэд зөөгч f шаардлага бие биенээсээ перпендикуляр байрладаг. Энэ арга нь дэд сувгуудын хоорондын харилцан яриаг арилгаж, үүний дагуу дамжуулагч хоорондын хамгаалалтын хамтлагууд шаардлагагүй болно. Стандарт нь боловсронгуй болоогүй байгаа боловч урд талын өргөн зурвасын LNA нь хүлээн авагчийн архитектураас үл хамааран зайлшгүй шаардлагатай юм. Өсгөгч нь хэд хэдэн шаардлагыг хангасан байх ёстой, жишээлбэл урьдчилсан шүүлтүүр ба антентай холбох шаардлагатай бол өсгөгчийн оролтын импеданс нь UWB-ийн хүссэн зурвасаас дээш 50-тэй ойр байх ёстой. Гэсэн хэдий ч холигчийн дуу чимээг арилгахын тулд өргөн зурвасын өргөнтэй байх, хүлээн авагчийн мэдрэмжийг сайжруулах дуу чимээ багатай, батерейны ашиглалтыг нэмэгдүүлэхэд бага цахилгаан зарцуулалт, өртөгийг бууруулах жижиг талбай, зардал багатай тогтвортой байдал, сайн шугаман байдал нь чухал үзүүлэлт юм. Тэдний хооронд ойр дотно худалдаа байдаг. Ерөнхийдөө нэгийг нь сайжруулснаар бусад нь сүйрч байна.
II. Оролтын үе шат
Common-Gate ба Cascode-ийн тохиргоо нь CMOS хэлхээнд LNA оролтын үе шатыг боловсруулахад ихэвчлэн ашигладаг хоёр хэлбэр бөгөөд түгээмэл хаалга ба каскодын бүтэц нь өргөн ба нарийн зурвасын оролтын тохирлыг хангаж өгдөг. Гэсэн хэдий ч нийтлэг хаалганы үе шат нь Cascode шаттай харьцуулахад дуу чимээ ихтэй байдаг бөгөөд дуу чимээг арилгах аргыг ашиглах ёстой.
Гэсэн хэдий ч оролтын эсэргүүцлийг хэвийсэн ба W / L харьцаагаар тохируулдаг. Үнэн хэрэгтээ энэ бүтэц нь транзисторын дамжуулагчийн эрх чөлөөний түвшинг харгалзан тохирох ачааллыг сонгох замаар (паразит багтаамж ба биеийн нөлөөг харгалзан индуктор ба конденсаторыг сайн хослуулдаг) өргөн зурвасын оролтын тохирлыг хангаж өгдөг. Энэ ачаалал r_ds1-тай пропорциональ байх ёстой. Gm өөрчлөгдөх тул оролтын эсэргүүцэл ба тохирох зурвасын өргөн нь төхөөрөмжийн f_T-тэй ойролцоо байна.
Паразит транзисторын багтаамж C_gs нь үйл ажиллагааны давтамж нэмэгдэж эхэлмэгц үүрэг гүйцэтгэдэг. Нарийхан зурвасын хэрэглээнд хүссэн давтамжтай таарч байгаа C_gsto-той резонанс хийхийн тулд оролтын үе шатанд шунт индукторыг нэмж оруулав. Гэхдээ ихэнх CMOS нарийхан зурвасын хэрэглээнд индуктив доройтолтой каскодын ЛНА-ийг ашиглах нь илүү байдаг боловч оролтоос C_gd-ийн гаралт болон гарах хэсгийг тусгаарлахад нийтлэг гарцын LNA нь Түгээмэл эх үүсвэртэй LNA-тэй харьцуулахад илүү сайн урвуу тусгаарлалт, тогтвортой байдлыг гүйцэтгэдэг.
III. ЦИРКИЙН ДИЗАЙН, ШИНЖИЛГЭЭ
Санал болгож буй өргөн зурвасын LNA-ийг 1 зурагт үзүүлэв. Энэ нь оролтын үе шат ба нийтлэг эх үүсвэрийн үе шатаас бүрдэнэ. Хүснэгт 1 нь CMOS LNA-ийн санал болгож буй дизайны утгыг харуулж байна. Хов живний хэвийсэн-T нь M_3 болон M_1-ийн тогтмол гүйдлийн замыг хангадаг. Цуврал индуктор L_4 нь M_3-ийн оролтын гаралтын багтаамжтай уялддаг бөгөөд энэ нь илүү өргөн зурвасын өргөнтэй бөгөөд давтамжийн хариу үйлдэл дээр зарим үлдэгдэл дээд цэгтээ хүрсэн байдаг. M_17 паразитын багтаамж
Зураг 1. Өргөн зурвасын дуу чимээг арилгах LNA санал болгож байна
ХУРД I
ТЕХНИКИЙН CMOS LNA-ийн ҮНЭЛГЭЭНИЙ ҮНЭ
L_in 4nH (W / L) 3 135 / 0.18
L_0 0.5nH (W / L) 4 37.5 / 0.18 хувилбар
L_1 4.5nH (W / L) 5 45 / 0.18 хувилбар
L_2 2.5nH C_in, C_ (гарах,) C_3 2PF
L_3 0.9nH C_1, C_2 1PF програмууд
L_4 2.2nH R_1 290Ω нь
L_5 0.8nH R_2 135Ω нь
(W / L) 1 18 / 0.18 R_3 40Ω нь
(W / L) 2 30 / 0.18
болон M_3 нь индуктор L_0-тай LC шатыг бүтээдэг. DC ачааллын резистор R_1 ба R_2 нь гүйдлийн дамжуулалтын өргөнийг үр ашигтайгаар өргөжүүлэхийн тулд L_1 ба L_2-ийг тус тусад нь өдөөх индукторуудыг нэгтгэдэг. L_10 цуврал оргил өсгөгч нь M_2 ба M_2-ийн ус зайлуулах үед C_d3 ба C_d2 паразитын нийт багтаамжтай резонансын болно. Хавтгай ашиг олохын тулд L_3-ийн Q коэффициентийг бууруулахын тулд R_3-ийн ачааллын резисторыг нэмж оруулав. Паразит багтаамжийг багасгах, давтамжийн ажиллагааг сайжруулахын тулд санал болгож буй хэлхээний бүх транзисторын хувьд 3µm сувгийн хамгийн бага уртыг тооцдог. Түгээмэл эх үүсвэрийн үе шат нь зурвасын өргөнийг өргөжүүлж, илүү сайн тусгаарлалтыг өгч, давтамжийн ололтыг нэмэгдүүлдэг. Үнэндээ оролтын үе шат ба нийтлэг эх үүсвэрийн үе шат нь тус тусдаа бага давтамжийн хүч, өндөр давтамжийн ашиг тусыг дэмждэг. Давтамжийн хариу урвалын хослол нь өргөн зурвасын хүчийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Транзистор M0.18 нь ердийн эх үүсвэрийн үе шатыг нэмэгдүүлж, давтамжийг нэмэгдүүлэхэд тусалдаг. Зураг 5 нь M2-ийн S5 параметр дээр үзүүлэх үр дүнг харуулав.
Зураг 2 M5-ийн S21 параметр дээр үзүүлэх нөлөө
Зураг 3-т M1-ийн оролтын үе шат болох үр нөлөөг судалж үзнэ. Загварчилсан NF ба S11-ийн параметрийг M1-тэй харьцуулсан тохиолдолд унтраасан байна. NF болон S11-ийн хооронд ойр дотно арилжаа явагдаж байна. M_1 асаалттай үед NF нь нэмэгдэж, S21 параметр ижил хүч болон ижил төстэй дамжуулах чадвараар буурдаг боловч эсрэгээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн оролтыг тохируулна. Оролтын үе шатанд нийтлэг хаалганы бүтцийн чимээ шуугианы шинж чанарт нэмэлт концентрацийг өгөх ёстой, хэдийгээр транзистор M_1 нь өргөн зурвасын тохирох боломжийг олгодог боловч энэ нь маш их дуу чимээтэй байдаг.
Зураг 3. Дуу чимээний дүрс ба оролтын тусгаарлагчийг M1-р асаасан, унтраасан байдаг.
Дуу чимээний ажиллагааг судлахын тулд сувгийн дулааны дуу чимээ бүхий MOS транзисторын дуу чимээний загварыг ашигладаг. Зураг.4-т харуулснаар хаалга, анивчсан чимээг үл тоомсорлож, энэ дүн шинжилгээнд төгс тохирсон гэж үзвэл сувгийн дулааны чимээ (i_ (n, d) ^ 2) ̅) -ийг
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / α g_m ∆f (1)
Больцманы тогтмол хаана байна, Кельвин дэх үнэмлэхүй температур, γ бол MOS транзисторын сувгийн дулааны дуу чимээний коэффициент, α нь дамжуулагчийн харьцаа g_mand тэг хэвийсэн ус дамжуулах g_ds харьцаагаар тодорхойлогдох ба дуу чимээний тоо тус тусад нь хэмждэг.
Дараах тэгшитгэл нь дуу чимээний хэмжээг R_1, M_1, M_2, M_3-ээр дүрсэлж, тэдгээр нь нийт дуу чимээний дүр төрхийг бүрдүүлэхэд хувь нэмэр оруулдаг [1].
Зураг 4. Дуу чимээний схемийн зарчим
Хэрэв (2) нөхцөлийг тогтоовол M_1-ийн дуу чимээг хасав [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
Дараахь томъёогоор дуу чимээний хэмжээг R_1, M_2, M_3 гэж тодорхойлсон бөгөөд тэдгээр нь дуу чимээний ерөнхий төлөвт хувь нэмэр оруулдаг.
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 = X UM / 2 = X (/ α /
F_M3 = (4KTγ / α g_m3) / (KTR_s 〖(g_m3 + g_m1 (Z_ (L_R1)) ‖r_o1) g_m2) (^ 2) ((4〗X 〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖〖 〗 ^ 3) (1)
Тиймээс дуу чимээний нийт хэмжээг ойролцоогоор (6) ойролцоогоор тооцоолж болно
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_mXNUMUMX))〗 ^
IV.ЭЛБЭГДЭЛИЙН үр дүн
Хэлхээг 0.18µm TSMC номын сангийн Hspice програм хангамжаар загварчилсан. Бүх симуляцууд нь 50Ω оролт, гаралтын терминалуудыг харгалзан хийгдсэн болно. Зураг. 5 (а) -д хүчийг олж авах ба LNA-ийн урвуу тусгаарлалтыг загварчилсан болно. Дундаж ашиглалтын хүч нь давтамжийн хязгаараас дээш 14.5 дБ долгионтой 0.7 дБ байна. Урвуу тусгаарлалт нь -35dB-ээс бага байна. Зураг.5 (b) нь дуу чимээний дүрс, оролт, гаралтын тусгаарлалтыг харуулна. NF нь 2.9 дБ-ээс бага, S11-14.8db-ээс бага, S22 нь -10dB-ээс бага байна.
(Б)
Зураг 5. (А) Дуурайх дуу чимээтэй зураг, оролтын тусгаарлалт ба гаралтын тусгаарлалт
"Зураг 6" -д хэлхээний IIP3 ба давтамжийг харуулав.
Зураг 7. IIP3-ийг давтамжтай харьцуулсан
Энэхүү ажлын үр дүнг “ХҮСНЭГТ II” -д харуулсан бөгөөд саяхан хэвлэгдсэн CMOS LNA-тай харьцуулсан болно.
Хүснэгт 2 ГҮЙЦЭТГЭЛИЙН ТУСЛАМЖ
VI. ДҮГНЭЛТ
Энэхүү баримт бичигт стандарт RFCMOS технологид суурилсан UWB LNA бүтцийн шинэ загварыг толилуулж байна. Оролтын хаалганы үе шат ба түүний хоорондох арилжаа хоёрын хооронд хийсэн арилжаалалтын талаархи оролтын тааруулалт, дуу чимээний гүйцэтгэлийг хангаж өгнө. дуу чимээний гүйцэтгэл. Хэмжээтэй дуу чимээний зураг нь 2.9-3.1-GHz-ээс давсан 10.6 дБ-ээс бага байна. Хавтгай ашиг нь LNA-ийн бүх загварт дурдах нь зүйтэй бөгөөд загварчлагдсан цахилгаан ашиг нь 14.5 ± 0.7 дБ болно.
Ашигласан материал
[1] Чих-Фан Ляо, Шен-Иуан Лю, ”3.1-10.6-ГГц-ийн UWB хүлээн авагчдад зориулсан өргөн зурвасын дуу чимээг цуцлах CMOS LNA”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CUCUITS, VOL. 42, ҮГҮЙ. 2, 2007 ОНЫ XNUMX-Р САР
[2] Куанг-Чи Хэ, Мин-Цун Ли, Чен-Мин Ли, Женн-Хван Тарнг, UWB програмуудад зориулсан дуу чимээ багатай өсгөгчтэй зэрэгцүүлэн холбогдсон. IEEE TRANSACCIONS ON CIRCUITTYY and SYSTEMS – II: EXPRESS BRIFS, VOL. 57, ҮГҮЙ. 8, 2010 оны XNUMX-р сар
[3] Жэ-Ян Хуан, Че-Ченг Хуан, Чун-Чиэх Чен, Чун-Чи Хунг ба Чиа-Мин Чен ”Удирдагч-холбоо
3.1-10.6ГГц хэт өргөн зурвасын системд зориулсан цуурайтсан CMOS нам дуу чимээтэй өсгөгч ”© 2009 IEEE
[4] Ян Лу, Киат Сэн Еео, Алпер Кабук, Жиангуо Ма, Мань Ань До, Жэнгао Лу ”3.1-ээс 10.6 ГГц-ийн хэт өргөн судалт утасгүй хүлээн авагчдад зориулсан CMOS нам дуу чимээтэй өсгөгчний загвар” IEEE ГҮЙЛГЭЭ ТӨЛӨВЛӨГӨӨ, СИСТЕМ - I: ДУРГУУЛЫН ЦААС, VOL. 53, Үгүй. 8, 2006 ОНЫ XNUMX-Р САР
[5] Али Мирвакили, Мохаммад Явари, Фаршид Райси ”” 1-10.6 ГГц-ийн UWB хүлээн авагчдад шугаман гүйдэл дахин ашигласан LNA ”IEICE Electronics Express, Vol.5, No21,908-914
[6] С.Строх, “Хэт өргөн өргөн зурвас: мултимедиа салгасан,” IEEE Spectrum, боть. 40, үгүй. 9, хуудас 23-27, 2003 оны XNUMX-р сар.
[7] Владимир Апарин ба Лоуренс Э.Ларсон, нөхөр, IEEE ”FET-ийн дуу чимээ багатай өсгөгчийг шугаман шугаман хэлбэржүүлэх дериватив суперпозицийн арга”, БИЧИГТ МИКРОТОЛГОНЫ ОНОЛ, ТЕХНИКИЙН IEEE ГҮЙЛТГЭЛ. 53, ҮГҮЙ. 2, 2005 ОНЫ XNUMX-Р САР
[8] А.Батра нар, “Олон талт OFDM физик давхаргын санал”, IEEE 802.15-03 / 267r5, 2003 оны XNUMX-р сар.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lue Wang, Hslang-Chen Kuo and Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao ”The Full-Band (3.1-10.6GHZ) CMOS UWB нам дуу чимээний өсгөгч, дулааны дуу чимээг цуцлах”. Ази, Номхон далайн бүсийн бичил долгионы бага хурлын 2006 он.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Boyd, TH Lee, “Чип дээрх оновчтой индуктор бүхий CMOS дахь зурвасын өргөтгөл”, IEEE J. Solid-State Circmissions, боть. 35, үгүй. 3, хуудас 346-355, 2000 оны XNUMX-р сар.
[11] Жэ-Ян Хуанг, Че-Ченг Хуан, Чун-Чиэх Чен, Чун-Чи Хунг, Чиа-Мин Чен ”3.1-10.6 ГГц-ийн хэт өргөн холболтын системийн индуктор-холбогч резонансын дуу чимээ багатай өсгөгч”
[12] Чуню Синь, Эдгар Суенчес-Синенсио ”“ RF LOWNOISE AMPLIFIER-ийн МЭДЭЭЛЛИЙН ТЕХНИК ”
[13] Jianyun Hu, Yunliang Zhu, Hui Wu ”дуу чимээг цуцлах хэт өргөн өргөн эсэргүүцэл ба санал хүсэлтийг багтаадаг өсгөгч.
0.18μm дижитал CMOS дээр ”978-1-4244-1856-5 / 08 / $ 25.00 © 2008 IEEE
[14] J.-H. Ли, C.-C. Чен ба Ү. Лин ”0.18 лм 3.1-10.6 ГГц-ийн CMOS UWB LNA нь 11.4_0.4 дБ-ийн өсөлт ба 100.7_17.4 ps groupdelay” ЦАХИМ МЭДЭЭ 22 оны 2007-р сарын 43-ны өдөр. 24 дугаар XNUMX
[15] C.-P. Лианг, C.-W. Хуанг, Y.-K. Лин ба С.-Ж. Чунг ”Шинэ тохирох техник бүхий 3-10 GHz хэт өргөн зурвасын бага дуу чимээтэй өсгөгч” ЦАХИМ ЗАХИДАЛ 5 оны 2010-р сарын 46-ны боть. 16 дугаар XNUMX.
[16] Hongrui Wang, Li Zhang, Zhiping Yu нар, “Бага чадлын бага хүчдэлийн хэрэглээнд зориулж орон нутгийн санал хүсэлт, дуу чимээг цуцлах өргөн судалтай индукторгүй LNA” IEEE ГҮЙЛЦЭЛТҮҮД - I: ДУРААЛДАГ ЦЭВЭРЛЭЛ, VOL. 57, ҮГҮЙ. 8, 2010 оны XNUMX-р сар
[17] TH Lee, CMOS радио давтамжийн нэгдсэн хэлхээний загвар, 1st ed. Нью Йорк: Кембридж Юнив. Press, 1998.
[18] Чуню Синь, Эдгар Суенчес-Синенсио ”“ RF LOWNOISE AMPLIFIER-ийн МЭДЭЭЛЛИЙН ТЕХНИК ”ISCAS 2004
[19] Али Мирвакили, Мохаммад Явари ”” UWB DS-CDMA хүлээн авагчдын дээд зурвасын дуу чимээг дарах CMOS LNA загвар ”хэлхээ ба систем, 2009. ISCAS 2009. IEEE олон улсын симпозиум
[20] IEEE ISSCC Dig-ийн "40 _mCMOS технологид 0.18 Gb / s өсгөгч ба ESD хамгаалалтын хэлхээг" С.Галал, Б.Разави нар. Техник. Баримт бичиг, 2004 оны 480-р сар, хуудас 481-XNUMX.