blogu

Broadband LNA kwa UWB Kupokea kutumia iliyopita miliki superimposed Method

I. UTANGULIZI
Maendeleo ya mifumo ya mawasiliano ya wireless yenye kasi kubwa huweka ombi kuongezeka juu ya vifaa vya gharama nafuu vya RF na bandwidth ya GHz nyingi inayoendesha kwa matumizi ya chini ya nguvu na voltage ya usambazaji. Ultra-wideband (IEEE 802.15.3a) inaonekana kama teknolojia mpya yenye uwezo wa viwango vya juu vya uhamishaji wa data (hadi 1 Gb / s) ndani ya umbali mfupi (10 m) kwa nguvu ya chini. Teknolojia hii hutumia kwa programu tumizi kama vile mitandao ya eneo la kibinafsi isiyo na waya (WPANs), kutoa mazingira ya usambazaji wa sauti, video, na data nyingine ya upeo wa data. Njia moja ambayo imependekezwa kutumia wigo wa 3.1-10.6-GHz zilizotengwa kwa mifumo ya UWB, hutumia moduli ya mzunguko wa Orthogonal frequency Multiplexin OFDM na bendi ndogo za 14 kila upanaji wa bendi ya 528-MHz na mpango wa kasi wa kushuka kwa kasi [ 1]. Katika OFDM, mahitaji ya ndogo ya kubeba f ni ya kushughulikia kila mmoja. Njia hii huondoa mazungumzo ya msalaba kati ya njia ndogo na ipasavyo bendi za walinzi wa baina ya gari sio lazima. Ingawa kiwango hakijakamilika, LNA ya mwisho-mwisho pana muhimu sana bila kujali usanifu wa mpokeaji. Kiambatisho lazima kitimize mahitaji kadhaa, kwa mfano kuoana na kichujio cha preselect na antenna, kuingiza uingizaji wa amplifier inapaswa kuwa karibu na 50 juu ya bendi inayotaka ya UWB. Walakini faida ya kutosha na upana wa bendi pana kupindua kelele ya mchanganyiko, idadi ya chini ya kelele ili kuboresha unyeti wa mpokeaji, matumizi ya nguvu kidogo kuongeza maisha ya betri, eneo ndogo la kufa ili kupunguza gharama, utulivu usio na masharti na ustawi mzuri ni vigezo muhimu. Kuna biashara ya karibu kati yao. Kwa jumla kwa kuboresha mmoja wao, wengine wameharibiwa.

II. Hatua ya kuingiza
Usanidi wa lango la kawaida na Cascode ni aina mbili za njia kawaida hutumiwa kubuni hatua ya uingiliaji ya LNA kwenye mizunguko ya CMOS, wakati muundo wa Jango la Kawaida na Cascode hutoa upanaji wa bendi pana na nyembamba-pembejeo inayolingana. Walakini hatua ya lango la kawaida ina idadi kubwa ya kelele dhidi ya hatua ya Cascode na mbinu za kufuta kelele lazima zitumike.
Walakini impedance ya pembejeo imewekwa na uwiano wa upendeleo & W / L. Kwa kweli muundo huu unazingatia kiwango cha uhuru wa kupitisha mwenendo wa transistor na pia kwa kuchagua mzigo unaofaa (mchanganyiko mzuri wa inductor na capacitors wakati wa kuzingatia athari za uwezo wa vimelea na mwili), hutoa uinganisho wa pembejeo wa njia pana. Mzigo huu lazima uwe sawa na r_ds1. Kwa kuwa gm inabadilika, impedance ya kuingiza na upendeleo unaofanana ni takriban sawa na f_T ya kifaa.
C_gs ya transistor capacitance C_gs huanza kucheza majukumu wakati mzunguko wa operesheni unapoanza kuongezeka. Katika maombi nyembamba ya bendi, kiunga cha shunt kimeongezwa katika hatua ya kuingiza ili kusisitiza na C_gsto kuongeza uinganisho wa kuingiliana kwa mzunguko wa taka. Walakini katika matumizi mengi ya bendi nyembamba ya CMOS, mfumo wa kasino LNA iliyo na kuzorota kwa kupendeza inafaa lakini kwa kujitenga kutoka kwa pembejeo kwa kutoa na kuachana na njia ya C_gd, LNA ya kawaida-lango hufanya bora kutengwa na utulivu dhidi ya Chanzo cha kawaida cha LNA.

III. HABARI ZA UADILIFU NA ANALYSIS
LNA ya bendi pana inayopendekezwa imeonyeshwa kwenye Mtini. 1. Inayo hatua ya kuingiza na hatua ya kawaida ya chanzo. Jedwali 1 linaonyesha maadili ya muundo wa CMOS LNA iliyopendekezwa. Upendeleo wa up-chip hutoa upendeleo wa lango la M_3 na njia ya sasa ya DC ya M_1. Mfululizo wa inductor L_4 unazidi kusonga tena na uwezo wa kuingiza - chanzo cha M_3, na kusababisha upelekaji wa bandwidth kubwa na mabaki ya kuongezeka kwa majibu ya frequency [17]. Uwezo wa vimelea wa M_2

Mtini. 1. Ilipendekezwa na kufuta LNA kwa njia pana

TABIA I
HABARI ZA UONEKANO WA CMOS LNA
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_ (nje,) 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
na M_3 tengeneza muundo wa ngazi ya LC na inductor L_0. Vizuizi vya kubeba mzigo wa DC R_1 na R_2 vimejumuishwa pamoja na viboreshaji wa kiwango cha chini cha L_1 na L_2 mtawaliwa kupanua bandwidth ya mzunguko [10]. Mfululizo wa kuzidisha inductor L_2 pia hufanana na uwezo wa jumla wa vimelea C_d2 na C_d3 kwenye eneo la kukimbia la M_2 na M_3. Kwa kuwa kipikiaji cha mzigo, R_3, inaongezwa ili kupunguza sababu ya Q ya L_3 kwa faida ya gorofa. Urefu mdogo wa kituo cha 0.18μm unazingatiwa kwa transistors zote kwenye mzunguko uliopendekezwa ili kupunguza uwezo wa vimelea na kuboresha utendaji wa mzunguko. Hatua ya chanzo cha kawaida hupanua upandaji wa bandwidth, hutoa kutengwa bora na huongeza faida ya frequency. Kwa kweli hatua ya pembejeo na hatua ya chanzo cha kawaida huunga mkono upatikanaji wa nguvu za chini-frequency na upatikanaji wa nguvu za frequency, mtawaliwa. Mchanganyiko wa majibu yote ya frequency husababisha faida kubwa ya nguvu. Transistor M5 pia husaidia hatua ya kawaida ya chanzo kuongezeka na faida laini ya frequency. Mtini. 2 inaonyesha athari ya M5 kwenye paramu ya S21.

Mtini. 2 Athari ya M5 kwenye paramu ya S21

Katika Mtini. 3 athari za M1 kama hatua ya pembejeo inachunguzwa. Paramu iliyoandaliwa ya NF na S11 inalinganishwa na kesi na M1 imezimwa. Kuna biashara ya karibu kati ya NF na S11. Wakati M_1 imewashwa, NF imeongezeka na paramu ya S21 imepunguzwa kwa utaftaji sawa wa nguvu na upelekaji wa alama unaofanana, lakini kwa upande huo unganisho linalokubalika la pembejeo litapatikana. Mkusanyiko wa ziada unapaswa kutolewa kwa sifa za kelele za muundo wa lango la kawaida katika hatua ya pembejeo, ingawa transistor M_1 hutoa kulinganisha kwa bendi pana, ina takwimu ya kelele ya juu.

Mtini. 3. Takwimu za kelele zinazoelekezwa na kutengwa kwa pembejeo na M1 imewashwa na HUYO BURE.

Ili kuchunguza utendaji wa kelele, mfano wa kelele ya MOS transistor na kelele ya mafuta ya kituo hutumiwa. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini.4, kupuuza lango na sauti za kuzunguka na kuchukua mechi kamili katika uchambuzi huu, PSD ya kelele ya mafuta ya kituo (i_ (n, d) ^ 2) ̅ imepewa kama
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / α g_m ∆f (1)
Je! Boltzmann iko wapi mara kwa mara, ni joto kabisa katika Kelvin, γ ni mgawo wa transistor wa MOS wa kelele ya mafuta ya kituo, α inafafanuliwa kama uwiano wa transconductance g_mand zero-bias drain conductance g_ds na ni upeo wa juu ambao takwimu ya kelele hupimwa kwa mtiririko huo.
Takwimu zifuatazo zinaelezea takwimu ya kelele na R_1, M_1, M_2 na M_3 kwamba wanachangia takwimu ya jumla ya kelele [1]

Mtini. 4. Kanuni ya schematic kelele

Ikiwa hali (2) imeanzishwa kelele ya M_1 imeondolewa [1].

g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)

Takwimu zifuatazo zinaelezea takwimu ya kelele na R_1, M_2 na M_3 kwamba wanachangia takwimu ya jumla ya kelele.

F_R1 = (4KT 〖R_1 g_m2〗 ^ 2) / (KTR_s (g_m3 + 〖g_m2 R〗 _1 / R_s) ^ 2) = R_s / R_1 (XNs / RNXX)

F_M2 = (4KTγ / αg_m2) / (KTR_s 〖(g_m3 + g_1m1 (Z_ (L_R1) ‖r_o1) g_m2)〗 ^ XNUM / LNXNUM / XNX / XNX / GNXX / GNX / GNXX / GGXXLDXXLXXLXXXXLXXLXXX- GXXX- GXXXX- GXXX- GXL GXXL GXX L GXXX LXX LXXL GXXX- GXXX- GXXX- GGXX- GXX- GXX- GXX- GXXX- GXXX- GX L GXX L GXXX L GXX GXXX L GXX L GXX L GXX LXXXXXXzX

F_M3 = (4KTγ / α g_m3) / (KTR_s 〖(g_m3 + g_m1 (Z_ (L_R1) ‖r_o1) g_m2)〗 ^ 2) = (4) = 〗 ^ 3) (1)

Kwa hivyo, jumla ya kelele inaweza kukadiriwa kama (6)

F_total = R_s / R_1 (1 + γ / α 1 / (g_m2 R_1)) + (4 γ / α) / (〖g_m3 R〗 _s 〖(1 + R_NUMX)〗

UTANGULIZI WA KIUME
Mzunguko huo ulianzishwa na programu ya maktaba ya 0.18μm TSMC Hspice. Simu zote zinafanywa kwa kuzingatia pembejeo za 50Ω na vituo vya pato. Katika Mtini.5 (a) kupata nguvu na kutenganisha kutengwa kwa LNA ni simated. Nguvu ya wastani ya kupata ni takriban 14.5 dB na ripple ya 0.7 dB juu ya masafa ya frequency. Kutengwa kwa nyuma ni chini ya -35dB. Mtini.5 (b) inaonyesha takwimu ya kelele, pembejeo na kutengwa kwa pato. NF ni chini ya 2.9 dB, S11 ni chini ya-14.8db na S22 ni chini ya -10dB.

(B)
Kielelezo. 5.

"Mtini. 6" inaonyesha IIP3 ya mzunguko dhidi ya masafa.

Mtini. 7. Vipimo vya IIP3 dhidi ya frequency

Matokeo ya kazi hii yanaonyeshwa katika "JEDWALI II" na inalinganishwa na LNA za CMOS zilizochapishwa hivi karibuni.

KIWANGO CHA PESA YA 2
VI. MAHUSIANO
Karatasi hii inawasilisha muundo mpya wa muundo wa UWB LNA kulingana na teknolojia ya kawaida ya RFCMOS. Ulinganisho wa kuridhisha wa kuingiliana na utendaji wa kelele hupatikana baada ya kuhusu biashara kati ya uingizaji wa pembejeo ya hatua ya lango la kawaida na yake. utendaji wa kelele. Idadi ya kelele iliyopimwa ni chini ya 2.9 dB juu ya 3.1-10.6-GHz. Faida gorofa inastahili kutaja katika muundo wote wa LNA na faida ya nguvu iliyoingizwa ni 14.5 ± 0.7 dB.

MAREJELEO
[1] Chih-Fan Liao, na Shen-Iuan Liu, ”Kelele ya Broadband-Inayofuta CMOS LNA kwa Wapokeaji wa UWB wa 3.1-10.6-GHz” IEEE JOURNAL YA MIWANGO MABAYA-JIMBO, VOL. 42, HAPANA. 2, FEBRUARI 2007
[2] Kuang-Chi He, Ming-Tsung Li, Chen-Ming Li, na Jenn-Hwan Tarng, Sambamba-RC Maoni Amplifaya ya Sauti ya Chini kwa Maombi ya UWB UWEKEZAJI WA IEEE KUHUSU MIZUNGUKO NA MIFUMO-II: Fafanua VIFUPI, VOL. 57, HAPANA. 8, AGOSTI 2010
[3] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung na Chia-Min Chen ”An Inductor-Coupling
Amplifier ya Kelele ya Chini ya CMOS iliyopangwa kwa 3.1-10.6GHz Mfumo wa Wide-Wideband ”© 2009 IEEE
[4] Yang Lu, Kiat Seng Yeo, Alper Cabuk, Jianguo Ma, Manh Anh Do, na Zhenghao Lu ”Riwaya ya Utengenezaji wa Kelele ya chini ya Riwaya ya CMOS kwa 3.1-to 10.6-GHz Ultra-Wide-Band Wireless Receivers” IEEE TRANSACTIONS ON MIZUNGUKO NA MIFUMO - I: KARATASI ZA KAWAIDA, JUZUU. 53, HAPANA. 8, AGOSTI 2006
[5] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari, Farshid Raissi ”LNA inayotumiwa tena kwa sasa kwa wapokeaji wa UWB wa 1-10.6 GHz” IEICE Electronics Express, Vol. 5, Na. 21,908-914
[6] S. Stroh, "Ultra-wideband: multimedia haijachomwa," IEEE Spectrum, vol. 40, hapana. 9, kurasa 23-27, Septemba 2003.
[7] Vladimir Aparin na Lawrence E. Larson, Wenzake, IEEE ”Njia Iliyosimamishwa ya Kusimamia Ili Kusawazisha Vikuza-Sauti Vya Chini vya FET” MAWASILIANO YA IEEE JUU YA NADHARIA YA MBEGU NA MBINU, JUU. 53, HAPANA. 2, FEBRUARI 2005
[8] A. Batra et al., "Pendekezo la safu anuwai ya safu ya OFDM," IEEE 802.15-03 / 267r5, Julai 2003.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lue Wang, Hslang-Chen Kuo na Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao ”Ubunifu wa Bendi Kamili (3.1-10.6GHZ) CMOS UWB Amplifier ya Kelele ya Chini na Kelele ya Mafuta Inaghairi" Mchakato. Mkutano wa Asia-Pacific Microwave 2006.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Boyd, na TH Lee, "Ugani wa kipimo data katika CMOS na waundaji bora wa chip," IEEE J. Circid-State Circuits, vol. 35, hapana. 3, ukurasa wa 346-355, Machi 2000.
[11] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung na Chia-Min Chen ”Inductor-Coupling Resonated CMOS Low Noplifier Amplifier for 3.1-10.6GHz Ultra-Wideband System"
[12] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”MBINU YA UFAFANUZI KWA KIAMPISHAJI CHA RF LOWNOISE”
[13] Jianyun Hu, Yunliang Zhu, na Hui Wu ”Amplifier ya Kelele ya Chini-Wideband-Maoni ya Kelele ya Chini na Kufuta Kelele
katika CM0.18 ya dijiti 978μm ”1-4244-1856-5-08 / 25.00 / $ 2008 © XNUMX IEEE
[14] J.-H. Lee, C.-C. Chen na Y.-S. Lin "0.18 lm 3.1-10.6 GHz CMOS UWB LNA iliyo na faida ya 11.4_0.4 dB na 100.7_17.4 ps groupdelay" BARUA ZA KIUMEANI Novemba 22, 2007 Vol. 43 Na. 24
[15] C.-P. Liang, C.-W. Huang, Y.-K. Lin na S.-J. Chung ”3-10 GHz amplifier ya kelele ya chini-pana na mbinu mpya inayofanana” BARUA ZA ELEKTRONIKI 5 Agosti 2010 Vol. 46 Na. 16
[16] Hongrui Wang, Li Zhang, na Zhiping Yu, Mtu mwenzake, "LNA isiyo na waya isiyo na waya na Maoni ya Karibu na Kelele Kughairi Maombi ya Nguvu ya Chini-Nguvu" MAWASILIANO YA IEEE KWENYE MIZUNGUKO NA MIFUMO-I: KARATASI ZA KAWAIDA, JUZUU. 57, HAPANA. 8, AGOSTI 2010
[17] TH Lee, Ubunifu wa Duru Zilizojumuishwa za Redio za CMOS, 1st ed. New York: Cambridge Univ. Bonyeza, 1998.
[18] Chunyu Xin, Edgar S´anchez-Sinencio ”UFUNDI WA UFAFANUZI KWA AMPLIFIER YA RF LOWNOISE” ISCAS 2004
[19] Ali Mirvakili, Mohammad Yavari ”Ubunifu wa Kelele-Kughairi Ubunifu wa CMOS LNA kwa Bendi ya Juu ya Mizinga na Mifumo ya UWB DS-CDMA” Circuits and Systems, 2009. ISCAS 2009. Kongamano la Kimataifa la IEEE
[20] S. Galal na B. Razavi, "40 Gb / s amplifier na mzunguko wa ulinzi wa ESD katika teknolojia ya 0.18 _mCMOS," katika IEEE ISSCC Dig. Ufundi. Karatasi, Februari 2004, ukurasa wa 480-481.

Januari 19, 2017