аз тарафи Китобҳои Китобхонаи Китобӣ
A LNA Broadband барои қабулкунандагони UWB Истифодаи усули такмилдиҳандаи таҳияшаванда
I. Муқаддима
Рушди системаҳои баландсуръати алоқаи бесим дархостҳои афзояндаро ба дастгоҳҳои ҳамҷояшудаи РФ бо паҳнои банди бисёргГц бо камтарин истеъмоли қувваи барқ ва шиддати таъминот пешкаш мекунад. Ultra-Broadband (IEEE 802.15.3a) ҳамчун як технологияи нав пайдо мешавад, ки қобилияти интиқоли баланди маълумотро (то 1 Гб / с) дар масофаҳои кӯтоҳ (10 м) бо нерӯи кам дорад. Ин технология барои баъзе замимаҳо, ба монанди шабакаҳои бесими минтақаи шахсӣ (WPAN), ки барои интиқоли садо, видео ва дигар маълумотҳои баландсуръат шароит фароҳам меорад, истифода мекунад. Яке аз равишҳое, ки истифодаи спектри 3.1-10.6-ГГц-ро, ки барои системаҳои UWB ҷудо шудааст, пешниҳод мекунад, модулатсияи Ortogonal Frequency Division Multiplexin OFDM-ро бо 14 зербанд, ки паҳнои банд 528-MHz ва нақшаи зудбоварро истифода мекунад, истифода мебарад [ 1]. Дар OFDM, суб-интиқолдиҳанда f дархостҳо ба ҳамдигар перпендикуляр мебошанд. Ин усул гуфтугӯи байни каналҳоро аз байн мебарад ва мувофиқан бандҳои муҳофизатии байни интиқолдиҳанда зарур нестанд. Гарчанде ки стандарт такмил наёфтааст, новобаста аз меъмории қабулкунанда, LNA-и фарохмаҷро комилан зарур аст. Неруафзор бояд ба якчанд талабот ҷавобгӯ бошад, масалан, барои бо интерфейси пешакӣ интихобшуда ва антенна, импеданси вуруди щуввазиёдкунӣ бояд аз болои банди дилхоҳи UWB ба 50 наздик бошад. Бо вуҷуди ин, фоидаи кофӣ бо паҳнои васеъ барои болопӯш кардани садои миксер, рақами садои паст барои баланд бардоштани ҳассосияти қабулкунанда, истеъмоли қувваи барқ барои зиёд кардани мӯҳлати батарея, масоҳати хурд барои кам кардани хароҷот, устувории бечунучаро ва хатти хуб параметрҳои муҳим мебошанд. Байни онҳо мубодилаи наздик вуҷуд дорад. Умуман бо такмил додани яке аз онҳо, дигарон вайрон мешаванд.
II. Марҳилаи вуруд
Танзимоти Common-gate ва Cascode ду намуди усулҳо мебошанд, ки одатан тарҳрезии марҳилаи вуруди LNA дар схемаҳои CMOS истифода мешаванд, дар ҳоле ки сохтори Common-Gate ва Cascode мувофиқати вуруди васеъ ва тангро таъмин мекунанд. Бо вуҷуди ин, марҳилаи Common-gate дар муқоиса бо марҳилаи Cascode як рақами бавуқӯъомада дорад ва бояд усулҳои бекоркунии садо истифода шаванд.
Аммо, импеданси вуруд бо таносуби & таносуби W / L муқаррар карда мешавад. Дар асл, ин сохтор дараҷаи озодиро барои интиқолдиҳандаи транзистор ва инчунин бо интихоби бори мувофиқро баррасӣ мекунад (омезиши хуби индуктор ва конденсаторҳо ҳангоми баррасии таъсири иқтидори паразитӣ ва бадан), мувофиқати вуруди фарохмаҷро фароҳам меорад. Ин сарборӣ бояд ба r_ds1 мутаносиб бошад. Азбаски gm тағир меёбад, импеданси вуруд ва паҳнои мувофиқ тақрибан ба f_T-и дастгоҳ баробар аст.
Иқтидори паразитии транзистори C_gs ҳангоми баланд шудани басомади корӣ нақшҳоро иҷро мекунад. Дар татбиқи бандии танг, дар марҳилаи вуруд индуктиви шунтӣ илова карда мешавад, то бо C_gsto ҳамоҳанг карда шавад, то импеданси мувофиқро дар басомади дилхоҳ баланд бардорад. Аммо дар аксари барномаҳои танги CMOS танг, каскоди LNA бо таназзули индуктивӣ афзалтар аст, аммо барои ҷудо кардани вуруд ба баромад ва тарки роҳи C_gd, Common-Gate LNA ҷудокунии баръакс ва устувории муқобили ЛНА-и маъмулиро беҳтар мекунад.
III. Тарроҳӣ ва таҳлили ноҳиявӣ
ЛНА-васеи пешниҳодшуда дар расми 1. нишон дода шудааст. Он аз марҳилаи воридшавӣ ва марҳилаи сарчашмаи умумӣ иборат аст. Ҷадвали 1 арзишҳои тарроҳии CMOS LNA-и пешниҳодшударо нишон медиҳад. Хатои ғайримуқаррарӣ-T хатогии дарбии M_3 ва роҳи ҷараёни доимии M_1 -ро таъмин мекунад. Индуктори силсилаи L_4 минбаъд бо иқтидори манбаи дарвозаи M_3 ҳамоҳанг мешавад, ки дар натиҷа паҳнои банд калонтар ва дараҷаи боқимонда дар вокуниши басомадҳо ба амал меояд [17]. Иқтидори паразитии M_2
Тасвири 1. ЛНА-и бекоркунии садоро, ки пешниҳод карда мешавад
ҶАДВАЛИ I
Арзишҳои тарроҳии пешниҳодшуда CMOS LNA
L_да 4nH (Вт / L) 3 135 / 0.18
L_0 0.5nH (Вт / L) 4 37.5 / 0.18
L_1 4.5nH (Вт / L) 5 45 / 0.18
L_2 2.5nH C_in, C_ (берун,) 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
ва M_3 сохтори нардбони LC-ро бо inductor L_0 месозанд. Резисторҳои сарбории доимии R_1 ва R_2 бо мутаносибан бо индукторҳои қуллаи шиддатноки L_1 ва L_2 якҷоя карда мешаванд, то ки паҳнои васеъро самаранок дароз кунанд [10]. Силсилаи индуктории қуллаи L_2 инчунин бо иқтидори умумии паразитии C_d2 ва C_d3 ҳангоми резиши M_2 ва M_3 ҳамоҳанг мешавад. Азбаски муқовимати сарборӣ, R_3 илова карда мешавад, то коэффитсиенти Q_ L_3 -ро барои фоидаи ҳамвор коҳиш диҳад. Дарозии ҳадди ақали канал 0.18мкм барои ҳамаи транзисторҳои схемаи пешниҳодшуда ба ҳисоб гирифта мешавад, то ки имкониятҳои паразитиро то ҳадди имкон кам карда, иҷрои басомади онҳоро беҳтар созанд. Марҳилаи сарчашмаи маъмул паҳнои бандро васеъ мекунад, ҷудокунии беҳтарро таъмин мекунад ва афзоиши басомади онҳоро зиёд мекунад. Дар асл, марҳилаи вуруд ва марҳилаи сарчашмаи умумӣ мутаносибан афзоиши қувваи басомади паст ва афзоиши қувваи басомади баландро дастгирӣ мекунад. Омезиши ҳарду посухҳои басомад ба афзоиши қудрати фарохмаҷро мерасонад. Transistor M5 инчунин ба марҳилаи сарчашмаи умумӣ барои афзоиш ва афзоиши басомади мусоидат мекунад. Дар расми 2 таъсири M5 ба параметрҳои S21 нишон дода шудааст.
Расми 2 Таъсири M5 ба параметрҳои S21
Дар расми 3 таъсири М1 ҳамчун марҳилаи воридшавӣ таҳқиқ карда мешавад. Параметри моделиронидашудаи NF ва S11 дар муқоиса бо ҳолати бо M1 муқаррар кардашуда ХОМӮШ карда мешавад. Байни NF ва S11 мубодилаи наздик вуҷуд дорад. Ҳангоми фурӯзон кардани M_1, NF афзоиш меёбад ва параметри S21 бо ҳамон паҳншавии қудрат ва паҳнои монанд коҳиш дода мешавад, аммо баръакс, мувофиқати вуруди қобили қабул ба даст оварда мешавад. Консентратсияи изофӣ бояд ба хусусиятҳои садои сохтори Common-Gate дар марҳилаи вуруд дода шавад, гарчанде ки транзистори M_1 мутобиқати васеъро фароҳам меорад, аммо он рақами ғайримоддии баланд дорад.
Расми 3. Ҷадвали садои симулятсия ва ҷудокунии вуруд бо M1 даргирифта ва ХОМӮШ
Барои таҳқиқи иҷрои садо, модели садои транзистори MOS бо садои ҳароратии канал истифода мешавад. Тавре ки дар расми 4 нишон дода шудааст, беэътиноӣ ба дарвоза ва садоҳои ларзиш ва фарқияти мутобиқати комил дар ин таҳлил, PSD-и садои ҳароратии канал (i_ (n, d) ^ 2) ̅ ҳамчун дода мешавад
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / α g_m ∆f (1)
Доимии Болтсман дар куҷост, ҳарорати мутлақ дар Келвин, γ коэффитсиенти транзистори MOS-и садои ҳароратии канал аст, α ҳамчун таносуби интиқолдиҳандаи g_mand гузаронандаи холиси сифрии g_ds муайян карда шудааст ва паҳнои бандест, ки рақами садо бар болои он мутаносибан чен карда мешавад.
Муодилаҳои зерин тасвири садоро аз рӯи R_1, M_1, M_2 ва M_3 тавсиф мекунанд, ки онҳо ба рақами умумии садо мусоидат мекунанд [1]
Расми 4. Принсипи схемаи садо
Агар шарти (2) муқаррар карда шавад, садои M_1 бароварда намешавад [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
Муодилаҳои зерин тасвири садоро аз рӯи R_1, M_2 ва M_3 тавсиф мекунанд, ки онҳо ба рақами умумии садо мусоидат мекунанд.
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)
Ҳамин тавр, рақами умумии садоро ба андозаи тақрибан тақрибан (6) тақсим кардан мумкин аст
F_тотал = 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)
Натиҷаи IV
Схема бо нармафзори Hspice китобхонаи 0.18μm TSMC симулятсия карда шуд. Ҳама симулятсияҳо бо назардошти 50Ω терминалҳои вуруд ва баромад анҷом дода мешаванд. Дар расми 5 (а) ба даст овардани қудрат ва ҷудошавии баръакси LNA тақлид карда мешавад. Қувваи миёнаи афзоиш тақрибан 14.5 дБ ва 0.7 дБ гирду атрофи диапазон мебошад. Ҷудоии баръакс аз -35dB камтар аст. Расми 5 (б) ҷадвали садо, ҷудокунии вуруд ва баромадро нишон медиҳад. NF камтар аз 2.9 дБ, S11 аз-14.8 дб ва S22 тақрибан аз -10 дБ камтар аст.
(Б)
Расми 5. (а) Қудрати ба даст овардани симулятсия ва ҷудоии баръакс (б) Ҷадвали садои симулятсия, ҷудокунии вуруд ва ҷудокунии баромад
"Расми 6" IIP3-и занҷирро нисбат ба басомад нишон медиҳад.
Расми 7. IIP3 нисбат ба басомад чен карда шудааст
Натиҷаҳои ин кор дар "ҶАДВАЛИ II" нишон дода шудаанд ва бо CMOS LNAs, ки ба наздикӣ нашр шудаанд, муқоиса карда мешаванд.
ҶАДВАЛИ 2 ХУЛОСАИ ИҶРО
VI. ХУЛОСА
Ин коғаз тарҳи нави сохтори UWB LNA-ро дар асоси технологияи стандартии RFCMOS пешниҳод мекунад. Мутобиқати қаноатбахши вуруд ва иҷрои садо пас аз муомилоти байни импеданси вуруди марҳилаи дарвозаи умумӣ ва он ба даст оварда мешавад. иҷрои садо. Рақами садои андозагирифташуда нисбат ба 2.9-3.1-ГГц аз 10.6 дБ камтар аст. Афзоиши ҳамвор дар ҳама тарроҳии LNA бояд қайд карда шавад ва афзоиши қувваи барқ 14.5 ± 0.7 дБ мебошад.
АДАБИЁТ
[1] Чих-Фан Ляо ва Шен-Иуан Лю, "Симои фарохмаҷрои бекоркунандаи CMOS LNA барои қабулкунандагони UWB 3.1-10.6-ГГц" IEEE ЖУРНАЛИ СХРУТҲОИ ДАВЛАТ,, VOL. 42, НЕ. 2, ФЕВРАЛИ 2007
[2] Куанг-Чи Хе, Минг-Цунг Ли, Чен-Мин Ли ва Ҷенн-Хван Тарнг, Параллелӣ-RC Пурзӯркунандаи камгӯша барои барномаҳои UWB Амалиётҳои IEEE ДАР СИМАҲО ВА СИСТЕМАҲО-II: ИЗҲОРОТИ ИФОДА, ВОЛ. 57, НЕ. 8, АВГУСТИ 2010
[3] Чжэ-Янг Хуанг, Че-Ченг Хуанг, Чун-Чие Чен, Чунг-Чи Хунг ва Чиа-Мин Чен ”Индуктор-Пайвастшавӣ
Нерӯгари баландгӯяки CMOS садои пасти 3.1-10.6 ГГц Системаи Ultra Wideband ”© 2009 IEEE
[4] Янг Лу, Киат Сенг Йео, Алпер Кабук, Ҷиангу Ма, Манҳ Анҳ До ва Чженгао Лу ”Тарҳрезии як навовари CMOS-и баландгӯяки паст барои садои 3.1 то 10.6-ГГц Қабулкунаки бесими ултра-васеъ-банд” IEEE TRACACACIONS ON Схемаҳо ва системаҳо – I: ҳуҷҷатҳои муқаррарӣ, VOL. 53, НЕ. 8, АВГУСТИ 2006
[5] Алӣ Мирвакилӣ, Муҳаммад Яварӣ, Фаршид Раисӣ ”Хатти LNA-и аз нав истифодашаванда барои қабулкунандагони 1-10.6 ГГц UWB” IEICE Electronics Express, Ҷилди 5, No21,908-914
[6] С.Строҳ, "Бандбандии ултра-васеъ: мултимедияи ҷудошуда", IEEE Spectrum, ҷ. 40, не. 9, саҳ. 23-27, сентябри 2003.
[7] Владимир Апарин ва Лоуренс Э. Ларсон, ҳамкор, IEEE ”Усули тағирдодашудаи суперпозицияи ҳатмӣ барои linearizing FET щуввазиёдкунакҳои паст-садо” Амалиёти IEEE оид ба назария ва усулҳои микроэлектрон, VOL. 53, НЕ. 2, ФЕВРАЛИ 2005
[8] А.Батра ва диг., "Пешниҳодоти қабати физикии бисёрҷабҳаи OFDM", IEEE 802.15-03 / 267r5, июл 2003.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lue Wang, Hslang-Chen Kuo ва Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao "Тарҳрезии пур-банд (3.1-10.6GHZ) CMOS UWB Қувваи барқовари камшумор бо бекор кардани садои термикӣ" Конфронси Микроволнови Осиё ва Уқёнуси Ором 2006.
[10] SS Mohan, MDM Hershenson, SP Boyd ва TH Lee, "Тавсеаи банд дар CMOS бо индукторҳои оптималии чипӣ", IEEE J. Схемаҳои сахти ҳол, ҷ. 35, не. 3, саҳ.346-355, марти 2000.
[11] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Hung and Chia-Min Chen "Индуктор-куплинг баландгӯяки садои пасти CMOS-ро барои 3.1-10.6 ГГц Системаи Ultra Wideband резонанс кард"
[12] Чуню Син, Эдгар Санчес-Синенсио ”УСУЛИ ЛИНИЗАЦИЯ БАРОИ АФЛИФЛАТОРИ ЛОУНОЗАИ ФР”
[13] Цзянюн Ху, Юнлианг Чжу ва Хуи Ву ”Як щуввазиёдкунаки пастзабони муқовимат-баргаштаи ултра-васеъ бо бекор кардани садо
дар 0.18μm Digital CMOS ”978-1-4244-1856-5 / 08 / $ 25.00 © 2008 IEEE
[14] J.-H. Ли, C. -C. Чен ва Ю.- С. Лин ”0.18 лм 3.1-10.6 ГГц CMOS UWB LNA бо афзоиши 11.4_0.4 дБ ва 100.7_17.4 ps groupdelay” МАКТУБҲОИ ЭЛЕКТРОН 22 2007 ноябри соли 43 ҷ. 24 № XNUMX
[15] C.-P. Лианг, C.-W. Huang, Y.-K. Лин ва S.-J. Чунг ”3-10 ГГц баландсуръати камзабони камшумор бо техникаи нави мувофиқ” НОМАҲОИ ЭЛЕКТРОНИКА 5 августи соли 2010 ҷ. 46 № 16
[16] Hongrui Wang, Li Zhang ва Zhiping Yu, ҳамкор, "LNA-и беинткунандаи фарох бо алоқаи маҳаллӣ ва бекор кардани садо барои барномаҳои камшиддати барқ" АМАЛИЁТҲОИ IEEE ДАР СИМТЕҲО ВА СИСТЕМАҲО – I: КОГАЗҲОИ МУҚАРРАРИ, ВОЛ. 57, НЕ. 8, АВГУСТИ 2010
[17] TH Lee, Тарроҳии Нокилҳои интегралии радио-басомади CMOS, нашри 1. Ню-Йорк: Университети Кембриҷ. Матбуот, 1998.
[18] Чуню Син, Эдгар Санчес-Синенсио ”УСУЛИ ЛИНИЗАЦИЯ БАРОИ АФЛИФИЗАТСОНИ РОФИЯ” ISCAS 2004
[19] Алӣ Мирвакилӣ, Муҳаммад Яварӣ ”Тарҳрезии бекоркунии CMOS LNA барои банди болоии UWB DS-CDMA қабулкунакҳо” Схемаҳо ва системаҳо, 2009. ISCAS 2009. Симпозиуми байналмилалии IEEE дар
[20] S. Galal ва B. Razazi, "40 Gb / s amplifier and circuit ҳифзи ESD дар технологияи 0.18 _mCMOS," дар IEEE ISSCC Dig. Техникӣ. Ҳуҷҷатҳо, феврали 2004, саҳ.480-481.