ఇంటర్నెట్ ఆర్కైవ్ బుక్ ఇమేజెస్ ద్వారా
సవరించిన డెరివేటివ్ సూపర్‌పొజిషన్ పద్ధతిని ఉపయోగించి యుడబ్ల్యుబి రిసీవర్ల కోసం బ్రాడ్‌బ్యాండ్ ఎల్‌ఎన్‌ఎ
I. పరిచయము
హై-స్పీడ్ వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్స్ అభివృద్ధి తక్కువ-విద్యుత్ వినియోగం మరియు సరఫరా వోల్టేజ్ వద్ద పనిచేసే బహుళ-GHz బ్యాండ్‌విడ్త్‌తో ఇంటిగ్రేటెడ్ తక్కువ-ధర RF పరికరాలపై పెరుగుతున్న అభ్యర్థనను ఇస్తుంది. అల్ట్రా-వైడ్‌బ్యాండ్ (IEEE 802.15.3a) తక్కువ శక్తితో తక్కువ దూరాలలో (1 m) అధిక డేటా బదిలీ రేట్లు (10 Gb / s వరకు) సామర్థ్యం ఉన్న కొత్త టెక్నాలజీగా కనిపిస్తుంది. ఈ సాంకేతికత వైర్‌లెస్ పర్సనల్ ఏరియా నెట్‌వర్క్‌లు (WPAN లు) వంటి కొన్ని అనువర్తనాల కోసం ఉపయోగిస్తుంది, ఇది ఆడియో, వీడియో మరియు ఇతర హై-బ్యాండ్విడ్త్ డేటాను ప్రసారం చేయడానికి వాతావరణాన్ని అందిస్తుంది. UWB వ్యవస్థల కోసం కేటాయించిన 3.1-10.6-GHz యొక్క స్పెక్ట్రంను ఉపయోగించాలని ప్రతిపాదించబడిన విధానాలలో ఒకటి, ఆర్తోగోనల్ ఫ్రీక్వెన్సీ డివిజన్ మల్టీప్లెక్సిన్ OFDM మాడ్యులేషన్‌ను 14 సబ్-బ్యాండ్‌లతో ఉపయోగిస్తుంది, వీటిలో ఏది 528-MHz బ్యాండ్ వెడల్పు మరియు వేగవంతమైన ఫ్రీక్వెన్సీ-హోపింగ్ స్కీమ్ [ 1]. OFDM లో, ఉప-క్యారియర్ f అవసరాలు ఒకదానికొకటి లంబంగా ఉంటాయి. ఈ పద్ధతి ఉప-ఛానెళ్ల మధ్య క్రాస్-టాక్‌ను తొలగిస్తుంది మరియు తదనుగుణంగా ఇంటర్-క్యారియర్ గార్డ్ బ్యాండ్‌లు అవసరం లేదు. ప్రమాణం పరిపూర్ణంగా లేనప్పటికీ, రిసీవర్ నిర్మాణంతో సంబంధం లేకుండా ఫ్రంట్ ఎండ్ వైడ్‌బ్యాండ్ LNA ఖచ్చితంగా అవసరం. యాంప్లిఫైయర్ తప్పనిసరిగా అనేక అవసరాలను తీర్చాలి, ఉదాహరణకు ప్రీసెలెక్ట్ ఫిల్టర్ మరియు యాంటెన్నాతో ఇంటర్ఫేస్ చేయడానికి, యాంప్లిఫైయర్ ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ కావలసిన UWB బ్యాండ్ కంటే 50 కి దగ్గరగా ఉండాలి. అయితే మిక్సర్ యొక్క శబ్దాన్ని ఓవర్‌టాప్ చేయడానికి విస్తృత బ్యాండ్ వెడల్పుతో తగినంత లాభం, రిసీవర్ సున్నితత్వాన్ని మెరుగుపరచడానికి తక్కువ శబ్దం, బ్యాటరీ జీవితాన్ని పెంచడానికి తక్కువ విద్యుత్ వినియోగం, ఖర్చు తగ్గించడానికి చిన్న డై ప్రాంతం, బేషరతు స్థిరత్వం మరియు మంచి సరళత ముఖ్యమైన పారామితులు. వారి మధ్య దగ్గరి వాణిజ్యం ఉంది. సాధారణంగా వాటిలో ఒకదాన్ని మెరుగుపరచడం ద్వారా, మిగిలినవి పాడైపోతాయి.
II. ఇన్పుట్ దశ
కామన్-గేట్ మరియు క్యాస్కోడ్ కాన్ఫిగరేషన్‌లు సాధారణంగా CMOS సర్క్యూట్లలో LNA యొక్క ఇన్పుట్ దశను రూపొందించడానికి ఉపయోగించే రెండు రకాల పద్ధతులు, కామన్-గేట్ మరియు క్యాస్కోడ్ నిర్మాణం వరుసగా విస్తృత-బ్యాండ్ మరియు ఇరుకైన-బ్యాండ్ ఇన్పుట్ సరిపోలికను అందిస్తాయి. అయితే కామన్-గేట్ దశలో అంతర్గతంగా అధిక శబ్దం ఉన్న వ్యక్తికి వ్యతిరేకంగా కాస్కోడ్ దశ ఉంది మరియు శబ్దం-రద్దు చేసే పద్ధతులు తప్పనిసరిగా ఉపయోగించాలి.
అయితే ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ బయాస్ & డబ్ల్యూ / ఎల్ నిష్పత్తి ద్వారా సెట్ చేయబడింది. వాస్తవానికి ఈ నిర్మాణం ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క ట్రాన్స్‌కండక్టన్స్‌కు కొంత స్వేచ్ఛను పరిగణిస్తుంది మరియు తగిన లోడ్‌ను ఎంచుకోవడం ద్వారా (పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ మరియు బాడీ యొక్క ప్రభావాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకునేటప్పుడు ఇండక్టర్ మరియు కెపాసిటర్ల మంచి కలయిక), అందుబాటులో ఉన్న బ్రాడ్‌బ్యాండ్ ఇన్పుట్ మ్యాచింగ్‌ను అందిస్తుంది. ఈ లోడ్ తప్పనిసరిగా r_ds1 కు అనులోమానుపాతంలో ఉండాలి. Gm మారుతున్నందున, ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ మరియు మ్యాచింగ్ బ్యాండ్విడ్త్ పరికరం యొక్క f_T కి సమానంగా ఉంటాయి.
ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ పెరగడం ప్రారంభించినప్పుడు పరాన్నజీవి ట్రాన్సిస్టర్ కెపాసిటెన్స్ C_gs పాత్రలు పోషించడం ప్రారంభిస్తుంది. ఇరుకైన బ్యాండ్ అనువర్తనంలో, C_gsto తో ప్రతిధ్వనించడానికి ఇన్పుట్ దశలో షంట్ ఇండక్టర్ జోడించబడుతుంది, కావలసిన ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్‌ను మెరుగుపరుస్తుంది. అయినప్పటికీ, చాలా CMOS ఇరుకైన బ్యాండ్ అనువర్తనాలలో, ప్రేరక క్షీణతతో కాస్కోడ్ LNA ఉత్తమం, కాని ఇన్పుట్ నుండి అవుట్పుట్కు వేరుచేయడం మరియు C_gd మార్గాన్ని వదిలివేయడం కోసం, కామన్-గేట్ LNA కామన్-సోర్స్ LNA కి వ్యతిరేకంగా మెరుగైన రివర్స్ ఐసోలేషన్ మరియు స్థిరత్వాన్ని చేస్తుంది.
III. సర్క్యూట్ డిజైన్ మరియు విశ్లేషణ
ప్రతిపాదిత వైడ్-బ్యాండ్ LNA అంజీర్ 1 లో చూపబడింది. ఇది ఇన్పుట్ దశ మరియు సాధారణ మూలం దశను కలిగి ఉంటుంది. టేబుల్ 1 ప్రతిపాదిత CMOS LNA యొక్క డిజైన్ విలువలను చూపుతుంది. ఆఫ్-చిప్ బయాస్- T M_3 యొక్క గేట్ బయాస్ మరియు M_1 యొక్క DC ప్రస్తుత మార్గాన్ని అందిస్తుంది. సిరీస్ ఇండక్టర్ L_4 M_3 యొక్క ఇన్పుట్ గేట్-సోర్స్ కెపాసిటెన్స్‌తో మరింత ప్రతిధ్వనిస్తుంది, దీని ఫలితంగా పెద్ద బ్యాండ్విడ్త్ మరియు ఫ్రీక్వెన్సీ స్పందన [17] పై కొంత అవశేషాలు ఉన్నాయి. M_2 యొక్క పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్సులు
1. ప్రతిపాదిత బ్రాడ్‌బ్యాండ్ శబ్దం-రద్దు చేసే LNA
పట్టిక I.
ప్రతిపాదిత CMOS LNA యొక్క డిజైన్ విలువలు
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_ (అవుట్,) 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
మరియు M_3 ఇండక్టర్ L_0 తో LC నిచ్చెన నిర్మాణాన్ని చేస్తుంది. DC లోడ్ రెసిస్టర్లు R_1 మరియు R_2 లు వరుసగా షంట్ పీకింగ్ ఇండక్టర్స్ L_1 మరియు L_2 లతో కలిపి సర్క్యూట్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను సమర్థవంతంగా విస్తరించడానికి [10]. సిరీస్ పీకింగ్ ఇండక్టర్ L_2 కూడా M_2 మరియు M_3 యొక్క కాలువ వద్ద మొత్తం పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్‌లైన C_d2 మరియు C_d3 తో ప్రతిధ్వనిస్తుంది. ఫ్లాట్ లాభం కోసం L_3 యొక్క Q కారకాన్ని తగ్గించడానికి లోడ్ రెసిస్టర్, R_3 జోడించబడింది. పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్‌లను తగ్గించడానికి మరియు ఫ్రీక్వెన్సీ పనితీరును మెరుగుపరచడానికి ప్రతిపాదిత సర్క్యూట్‌లోని అన్ని ట్రాన్సిస్టర్‌ల కోసం 0.18μm యొక్క కనీస ఛానెల్ పొడవు పరిగణించబడుతుంది. సాధారణ మూలం దశ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను విస్తరిస్తుంది, మంచి ఒంటరిగా అందిస్తుంది మరియు ఫ్రీక్వెన్సీ లాభం పెంచుతుంది. వాస్తవానికి ఇన్పుట్ దశ మరియు సాధారణ మూలం దశ వరుసగా తక్కువ-పౌన frequency పున్య శక్తి లాభం మరియు అధిక-పౌన frequency పున్య శక్తి లాభాలకు మద్దతు ఇస్తాయి. రెండు ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రతిస్పందనల కలయిక బ్రాడ్‌బ్యాండ్ శక్తి లాభానికి దారితీస్తుంది. ట్రాన్సిస్టర్ M5 సాధారణ మూల దశను పెంచడానికి మరియు ఫ్రీక్వెన్సీ లాభాలను సున్నితంగా చేయడానికి సహాయపడుతుంది. 2 S5 పారామితిపై M21 యొక్క ప్రభావాన్ని చూపుతుంది.
2 S5 పరామితిపై M21 ప్రభావం
అంజీర్ 3 లో M1 యొక్క ఇన్పుట్ దశ యొక్క ప్రభావాలు పరిశోధించబడతాయి. అనుకరణ NF మరియు S11 పరామితిని M1 తో ఆపివేస్తే ఆపివేయబడుతుంది. NF మరియు S11 మధ్య దగ్గరి మార్పిడి ఉంది. M_1 ఆన్ చేసినప్పుడు, NF పెరుగుతుంది మరియు అదే శక్తి వెదజల్లడం మరియు ఇలాంటి బ్యాండ్‌విడ్త్‌తో S21 పారామితి తగ్గుతుంది, కానీ దీనికి విరుద్ధంగా ఆమోదయోగ్యమైన ఇన్పుట్ మ్యాచింగ్ సాధించబడుతుంది. ఇన్పుట్ దశలో కామన్-గేట్ నిర్మాణం యొక్క శబ్దం లక్షణాలకు అదనపు ఏకాగ్రత ఇవ్వాలి, ట్రాన్సిస్టర్ M_1 విస్తృత-బ్యాండ్ మ్యాచింగ్‌ను అందిస్తున్నప్పటికీ, ఇది అంతర్గతంగా అధిక శబ్ద సంఖ్యను కలిగి ఉంటుంది.
3. M1 తో అనుకరణ శబ్దం సంఖ్య మరియు ఇన్పుట్ ఐసోలేషన్ ఆన్ మరియు ఆఫ్ చేయబడింది.
శబ్దం పనితీరును పరిశోధించడానికి, ఛానల్ థర్మల్ శబ్దంతో MOS ట్రాన్సిస్టర్ శబ్దం మోడల్ ఉపయోగించబడుతుంది. Fig.4 లో చూపినట్లుగా, గేట్ మరియు ఫ్లికర్ శబ్దాలను నిర్లక్ష్యం చేయడం మరియు ఈ విశ్లేషణలో ఖచ్చితమైన సరిపోలికను uming హిస్తే, ఛానల్ థర్మల్ శబ్దం (i_ (n, d) ^ 2) of యొక్క PSD ఇవ్వబడింది
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do = f = 4KT γ / α g_m (f (1)
బోల్ట్జ్మాన్ స్థిరాంకం ఎక్కడ ఉంది, కెల్విన్‌లో సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రత, channel ఛానల్ థర్మల్ శబ్దం యొక్క MOS ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క గుణకం, trans ట్రాన్స్‌కండక్టెన్స్ యొక్క నిష్పత్తిగా నిర్వచించబడింది g_mand జీరో-బయాస్ డ్రెయిన్ కండక్టెన్స్ g_ds మరియు శబ్దం సంఖ్య యొక్క బ్యాండ్విడ్త్ వరుసగా కొలుస్తారు.
కింది సమీకరణాలు మొత్తం శబ్దం సంఖ్య [1] కు దోహదం చేసే R_1, M_2, M_3 మరియు M_1 ద్వారా శబ్దం సంఖ్యను వివరిస్తాయి.
4. శబ్దం స్కీమాటిక్ సూత్రం
షరతు (2) స్థాపించబడితే M_1 యొక్క శబ్దం తొలగించబడుతుంది [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
కింది సమీకరణాలు మొత్తం శబ్దం సంఖ్యకు దోహదం చేసే R_1, M_2 మరియు M_3 ద్వారా శబ్దం సంఖ్యను వివరిస్తాయి.
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_MXX
F_M3 = (4KTγ / α g_m3) / (KTR_s 〖(g_m3 + g_m1 (Z_ (L_R1) ‖r_o1) g_m2)〗 ^ 2 = (4 γ ^ ^ 3) (1)
అందువల్ల, మొత్తం శబ్దం సంఖ్యను (6) గా అంచనా వేయవచ్చు
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)
IV.SIMULATION ఫలితం
సర్క్యూట్ 0.18μm TSMC లైబ్రరీ Hspice సాఫ్ట్‌వేర్‌తో అనుకరించబడింది. అన్ని అనుకరణలు 50Ω ఇన్పుట్ మరియు అవుట్పుట్ టెర్మినల్స్ను పరిగణనలోకి తీసుకుంటాయి. Fig.5 (a) లో లాభం మరియు LNA యొక్క రివర్స్ ఐసోలేషన్ అనుకరించబడతాయి. ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిలో 14.5 dB అలలతో సగటు లాభ శక్తి సుమారు 0.7 dB. రివర్స్ ఐసోలేషన్ -35dB కన్నా తక్కువ. Fig.5 (బి) శబ్దం సంఖ్య, ఇన్పుట్ మరియు అవుట్పుట్ ఐసోలేషన్ను చూపుతుంది. NF 2.9 dB కన్నా తక్కువ, S11-14.8db కన్నా తక్కువ మరియు S22 -10dB కన్నా తక్కువ.
(బి)
5. (ఎ) అనుకరణ లాభ శక్తి మరియు రివర్స్ ఐసోలేషన్ (బి) అనుకరణ శబ్దం సంఖ్య, ఇన్పుట్ ఐసోలేషన్ మరియు అవుట్పుట్ ఐసోలేషన్
“Fig.6” సర్క్యూట్ వర్సెస్ ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క IIP3 ని చూపిస్తుంది.
7. కొలిచిన IIP3 వర్సెస్ ఫ్రీక్వెన్సీ
ఈ కృతి యొక్క ఫలితాలు “టేబుల్ II” లో చూపించబడ్డాయి మరియు ఇటీవల ప్రచురించబడిన CMOS LNA లతో పోల్చబడ్డాయి.
టేబుల్ 2 పనితీరు సారాంశం
VI. ముగింపు
ఈ కాగితం ప్రామాణిక RFCMOS టెక్నాలజీ ఆధారంగా UWB LNA నిర్మాణం యొక్క కొత్త డిజైన్‌ను అందిస్తుంది. సాధారణ-గేట్ దశ యొక్క ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ మరియు దాని మధ్య జరిగే లావాదేవీలకు సంబంధించి సంతృప్తికరమైన ఇన్పుట్ మ్యాచింగ్ మరియు శబ్దం పనితీరును పొందవచ్చు. శబ్దం పనితీరు. కొలిచిన శబ్దం సంఖ్య 2.9-3.1-GHz కన్నా 10.6 dB కన్నా తక్కువ. అన్ని LNA రూపకల్పనలో ఫ్లాట్ లాభం ప్రస్తావించదగినది మరియు అనుకరణ శక్తి లాభం 14.5 ± 0.7 dB.
ప్రస్తావనలు
. 1, లేదు. 3.1, ఫిబ్రవరి 10.6
. 2, లేదు. 57, ఆగస్టు 8
[3] he ీ-యాంగ్ హువాంగ్, చే-చెంగ్ హువాంగ్, చున్-చిహ్ చెన్, చుంగ్-చిహ్ హంగ్ మరియు చియా-మిన్ చెన్ ”ఒక ఇండక్టర్-కలపడం
3.1-10.6GHz అల్ట్రా-వైడ్‌బ్యాండ్ సిస్టమ్ కోసం ప్రతిధ్వనించిన CMOS తక్కువ శబ్దం యాంప్లిఫైయర్ ”© 2009 IEEE
. సర్క్యూట్లు మరియు వ్యవస్థలు - I: రెగ్యులర్ పేపర్స్, VOL. 4, లేదు. 3.1, ఆగస్టు 10.6
.
[6] ఎస్. స్ట్రోహ్, “అల్ట్రా-వైడ్‌బ్యాండ్: మల్టీమీడియా అన్‌ప్లగ్డ్,” IEEE స్పెక్ట్రమ్, వాల్యూమ్. 40, నం. 9, పేజీలు 23-27, సెప్టెంబర్ 2003.
. 7, లేదు. 53, ఫిబ్రవరి 2
[8] ఎ. బాత్రా మరియు ఇతరులు, “మల్టీ-బ్యాండ్ OFDM భౌతిక పొర ప్రతిపాదన,” IEEE 802.15-03 / 267r5, జూలై 2003.
. ఆసియా-పసిఫిక్ మైక్రోవేవ్ కాన్ఫరెన్స్ 9.
[10] ఎస్.ఎస్. 35, నం. 3, పేజీలు 346-355, మార్చి 2000.
.
[12] చున్యు జిన్, ఎడ్గార్ సాంచెజ్-సినెన్సియో ”RF లౌనాయిస్ యాంప్లిఫైయర్ కోసం ఒక లీనియరైజేషన్ టెక్నాలజీ”
[13] జియాన్యున్ హు, యున్లియాంగ్, ు, మరియు హుయ్ వు ”శబ్దం రద్దుతో అల్ట్రా-వైడ్‌బ్యాండ్ రెసిస్టివ్-ఫీడ్‌బ్యాక్ తక్కువ-శబ్దం యాంప్లిఫైయర్
0.18μm డిజిటల్ CMOS లో ”978-1-4244-1856-5 / 08 / $ 25.00 © 2008 IEEE
[14] J.- హెచ్. లీ, సి.సి. చెన్ మరియు వై.ఎస్. లిన్ ”0.18 ఎల్ఎమ్ 3.1-10.6 జిహెచ్‌జడ్ సిఎమ్‌ఒఎస్ యుడబ్ల్యుబి ఎల్‌ఎన్‌ఎ 11.4_0.4 డిబి లాభం మరియు 100.7_17.4 పిఎస్ గ్రూప్‌డే” ఎలెక్ట్రానిక్స్ లెటర్స్ 22 నవంబర్ 2007 సం. 43 నం 24
[15] సి.పి. లియాంగ్, సి.డబ్ల్యు. హువాంగ్, వై.కె. లిన్ మరియు ఎస్.జె. చుంగ్ ”3-10 GHz అల్ట్రా-వైడ్‌బ్యాండ్ తక్కువ-శబ్దం యాంప్లిఫైయర్ కొత్త మ్యాచింగ్ టెక్నిక్‌తో” ఎలెక్ట్రానిక్స్ లెటర్స్ 5 ఆగస్టు 2010 వాల్యూమ్. 46 నం 16
. 16, లేదు. 57, ఆగస్టు 8
[17] TH లీ, ది డిజైన్ ఆఫ్ CMOS రేడియో-ఫ్రీక్వెన్సీ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్స్, 1st ed. న్యూయార్క్: కేంబ్రిడ్జ్ యూనివ్. ప్రెస్, 1998.
[18] చున్యు జిన్, ఎడ్గార్ సాంచెజ్-సినెన్సియో ”RF లౌనాయిస్ యాంప్లిఫైయర్ కోసం ఒక లీనియరైజేషన్ టెక్నాలజీ” ఇస్కాస్ 2004
. 19
[20] ఐఇఇఇ ISSCC డిగ్‌లో ఎస్. గాలాల్ మరియు బి. రజావి, “40 Gb / s యాంప్లిఫైయర్ మరియు 0.18 _mCMOS టెక్నాలజీలో ESD రక్షణ సర్క్యూట్”. టెక్. పేపర్స్, ఫిబ్రవరి 2004, పేజీలు 480-481.