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A LNA Banda larga para UWB receptores que utilizam Modificado Derivative Método Superposição
I. INTRODUÇÃO
Desenvolvimento dos sistemas de comunicação sem fio de alta velocidade coloca o aumento pedido em dispositivos de RF de baixo custo integrados com largura de banda multi-GHz operam com o menor consumo de energia e tensão de alimentação. Ultra-wideband (IEEE 802.15.3a) aparece como uma nova tecnologia capaz de altas taxas de transferência de dados (até 1 Gb / s) dentro de distâncias curtas (10 m) em baixa potência. Esta tecnologia utiliza para algumas aplicações, tais como redes de área pessoal sem fios (WPANs), fornecendo um ambiente para a transmissão de áudio, de vídeo e outros dados de alta largura de banda. Um dos abordagem que têm sido propostas para usar o espectro de 3.1-10.6-GHz alocada para sistemas UWB, usa Orthogonal Frequency Division modulação Multiplexin OFDM com 14 subfaixas o que ocupa largura de banda 528-MHz e um esquema de salto de frequência rápido [ 1]. Em OFDM, o F requencies de sub-portadoras são perpendiculares uns aos outros. Este método elimina a conversa cruzada entre os sub-canais e, consequentemente, as bandas de guarda entre operadoras não são necessárias. Embora a norma não tem sido aperfeiçoado, um front-end de banda larga LNA é absolutamente necessária, independentemente da arquitetura do receptor. O amplificador deve atender a vários requisitos, por exemplo para fazer a interface com o filtro de pré-seleção e uma antena, a impedância de entrada do amplificador deve ser perto de 50 sobre a banda UWB desejado. No entanto ganho suficiente com largura de banda larga para overtop o barulho de um misturador, baixa figura de ruído para melhorar a sensibilidade do receptor, baixo consumo de energia para aumentar a vida da bateria, a área die pequeno para reduzir o custo, a estabilidade incondicional e boa linearidade são parâmetros importantes. Há uma estreita trade-off entre eles. Geralmente, melhorando um deles, os outros são arruinado.
II. estágio de entrada
Common-portão e configurações Cascode dois tipos de métodos normalmente usados para projetar o estágio de entrada do LNA em circuitos CMOS, enquanto o porta-comum e Cascode estrutura de fornecer uma ampla bandas e de entrada de banda estreita correspondência respectivamente. No entanto stage-gate Comum tem uma figura intrinsecamente elevado ruído contra estágio Cascode e as técnicas de cancelamento de ruído deve ser utilizado.
No entanto, a impedância de entrada é definida por polarização e relação W / L. Na verdade, essa estrutura considera um grau de liberdade para a transcondutância do transistor e também pela escolha de uma carga apropriada (uma boa combinação de indutor e capacitores enquanto considera o efeito da capacitância parasita e do corpo), fornece uma correspondência de entrada de banda larga disponível. Essa carga deve ser proporcional a r_ds1. Uma vez que gm se altera, a impedância de entrada e a largura de banda correspondente são aproximadamente iguais a f_T do dispositivo.
A capacitância transistor parasitário C_gs começa a tocar funções quando a frequência de operação começa a subir. Na aplicação de banda estreita, um indutor de derivação é adicionado no estágio de entrada para ressoar com C_gsto aprimorar a correspondência de impedância à frequência desejada. No entanto, na maioria das aplicações de banda estreita CMOS, LNA cascode com degeneração indutiva é preferível, mas por isolamento a partir da entrada para a saída e omitindo o caminho de C_gd, o porta-LNA comum executa melhor isolamento reverso e estabilidade em relação de fonte comum LNA.
III. PROJETO CIRCUITO E ANÁLISE
O LNA de banda larga proposto é mostrado na Fig. 1. É constituída por um andar de entrada e uma etapa de fonte comum. Tabela 1 mostra os valores de cálculo da proposta de CMOS LNA. Um off-chip polarização-T fornece a polarização da porta de M_3 eo caminho de corrente contínua de M_1. O indutor série L_4 ressoa ainda mais com a entrada gateway capacitância fonte de M_3, resultando em uma maior largura de banda e alguns pico residual sobre a resposta de frequência [17]. As capacidades parasitárias de M_2
FIG. 1. Proposta LNA com cancelamento de ruído de banda larga
TABELA I
PROJETO VALORES DA LNA CMOS PROPOSTO
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_ (fora), 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
e M_3 fazer uma estrutura da escada LC com indutor L_0. O DC resistências de carga R_1 e R_2 são combinados com shunt pico indutores L_1 e L_2 respectivamente para estender a largura de banda do circuito de forma eficaz [10]. O indutor L_2 série de pico também ressoam com o total das capacidades parasitárias C_d2 e C_d3 no dreno de M_2 e M_3. Uma vez que a resistência de carga, R_3, é adicionado para reduzir o factor Q dos L_3 para ganho plana. O comprimento mínimo de canal de 0.18μm é considerado para todos os transistores no circuito proposto para minimizar capacidades parasitárias e melhorar o desempenho de frequência. O estágio fonte comum estende a largura de banda, proporciona um melhor isolamento e aumenta o ganho de frequência. Na verdade, o estágio de entrada eo ganho suporte estágio fonte comum ganho de potência de baixa freqüência e potência de alta frequência, respectivamente. A combinação de ambas as respostas de freqüência levar a um ganho de potência de banda larga. Transistor M5 também ajuda estágio fonte comum de aumentar e ganho de freqüência suave. FIG. 2 mostra o efeito de M5 no parâmetro S21.
FIG. 2 O efeito de M5 no parâmetro S21
Na Fig. 3 os efeitos da M1 como estágio de entrada são investigados. O parâmetro simulado NF e S11 é comparado com o caso com M1 é desligado. Há uma troca estreita entre NF e S11. Quando M_1 é ligado, o NF é aumentada e S21 parâmetro é diminuída com o mesmo dissipação de energia e uma largura de banda semelhante, mas, pelo contrário, irá ser alcançada uma correspondente entrada aceitável. concentração extra deve ser dada às características do ruído da estrutura comum-Gate na fase de entrada, embora transistor M_1 fornece uma correspondência de banda larga, tem uma figura intrinsecamente ruído elevado.
FIG. 3. Simulado figura de ruído e isolamento de entrada com M1 ligada ou desligada.
A fim de investigar o desempenho de ruído, é utilizado o modelo de ruído transistor MOS com o ruído térmico canal. Como mostrado na Fig.4, negligenciando os ruídos portão e flicker e assumindo uma combinação perfeita nesta análise, o PSD do ruído térmico canal (i_ (n, d) ^ 2) ̅ é dado como
(I_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do Af = 4KT γ / α G_M Af (1)
Onde está a constante de Boltzmann, é a temperatura absoluta em Kelvin, γ é o coeficiente de ruído térmico do canal do transistor MOS, α é definido como a razão da transcondutância g_mand a condutância do dreno de polarização zero g_ds e é a largura de banda sobre a qual o ruído figura é medido respectivamente.
As seguintes equações descrever a figura de ruído por R_1, M_1, M_2 e M_3 que contribuam para a figura de ruído geral [1]
FIG. 4. Princípio do esquema de ruído
Se a condição (2) é estabelecido o ruído de M_1 é omitido [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
As seguintes equações descrever a figura de ruído por R_1, M_2 e M_3 que eles contribuem para o valor global de ruído.
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)
Assim, o número total de ruído pode ser aproximada como (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.SIMULATION RESULTADO
O circuito foi simulado com software Hspice biblioteca 0.18μm TSMC. Todas as simulações são feitas considerando terminais de entrada e saída 50Ω. Em Fig.5 (a) ganhar poder e reverter o isolamento do LNA são simuladas. A potência média de ganho é de aproximadamente 14.5 dB com 0.7 dB ondulação em toda a gama de frequências. O isolamento reverso é inferior a -35dB. Fig.5 (b) mostra o isolamento figura de ruído, entrada e saída. A NF é inferior a 2.9 dB, S11 é inferior a-14.8db e S22 é de aproximadamente menos de -10dB.
(B)
FIG. 5. (A) o poder de ganho simulado e isolamento reverso (b) o isolamento Figura de ruído simulado, isolamento entrada e saída
A “Fig.6” mostra o IIP3 do circuito versus frequência.
FIG. 7. Medido IIP3 versus frequência
Os resultados deste trabalho são apresentados na “TABELA II” e são comparados com CMOS LNAs recentemente publicados.
TABELA 2 RESUMO DESEMPENHO
VI. CONCLUSÃO
Este trabalho apresenta um novo design de uma estrutura UWB LNA com base em uma tecnologia padrão RFCMOS. Satisfatória correspondência entrada e desempenho de ruído são obtidas após a respeito das trocas entre a impedância de entrada do stage-gate comum e sua. desempenho de ruído. A figura de ruído medido é inferior a 2.9 dB mais de 3.1-10.6-GHz. Um ganho plana vale a pena mencionar em todo o projeto LNA e o ganho de potência simulado é 14.5 0.7 ± dB.
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