Internet Archive Book Images tomonidan
Modifikatsiyalangan lotin vositalarini qo'llash orqali UWB qabul qiluvchilar uchun keng tarmoqli LNA
I. KIRISh
Yuqori tezlikdagi simsiz aloqa tizimlarining rivojlanishi eng kam quvvat iste'moli va ta'minot kuchlanishida ishlaydigan ko'p gigagertsli o'tkazish qobiliyatiga ega integratsiyalashgan arzon narxlardagi RF chastotali qurilmalariga talabni oshirmoqda. Ultra keng polosali (IEEE 802.15.3a) kam quvvat bilan qisqa masofalarga (1 m) yuqori tezlikda ma'lumotlarni uzatish (10 Gb / s gacha) uchun yangi texnologiya sifatida paydo bo'ldi. Ushbu texnologiya ba'zi bir dasturlar uchun foydalanadi, masalan, simsiz shaxsiy tarmoq tarmoqlari (WPAN), audio, video va boshqa keng tarmoqli ma'lumotlarni uzatish uchun muhitni ta'minlaydi. UWB tizimlari uchun ajratilgan 3.1-10.6-GHz spektridan foydalanish taklif qilingan yondashuvlardan biri 14 pastki tarmoqli bo'lgan Orthogonal Frequency Division Multiplexin OFDM modulyatsiyasidan foydalanadi, qaysi biri 528-MHz diapazoni kengligi va tez chastotali sakrash sxemasini [ 1]. OFDMda f sub-tashuvchisi f talablari bir-biriga perpendikulyar. Ushbu usul quyi kanallar o'rtasidagi o'zaro aloqani yo'q qiladi va shunga mos ravishda tashuvchilararo qo'riqchi bantlari kerak emas. Standart takomillashmagan bo'lsa-da, qabul qiluvchining arxitekturasidan qat'i nazar, keng polosali keng tarmoqli LNA juda zarur. Kuchaytirgich bir nechta talablarga javob berishi kerak, masalan, oldindan o'rnatilgan filtr va antenna bilan interfeys uchun, kuchaytirgichning kirish empedansi kerakli UWB diapazonida 50 ga yaqin bo'lishi kerak. Shu bilan birga, mikser shovqinini bartaraf etish uchun keng tarmoqli kengligi, qabul qiluvchining sezgirligini oshirish uchun past shovqin ko'rsatkichi, batareya zaryadini oshirish uchun kam quvvat sarfi, narxni pasaytirish uchun kichik maydon, shartli barqarorlik va yaxshi chiziqlilik muhim parametrlardir. Ular orasida yaqin savdo bor. Umuman olganda ulardan birini takomillashtirish orqali, boshqalari halokatga uchraydi.
II. Kirish bosqichi
Common-Gate va Cascode konfiguratsiyasi odatda CMOS davrlarida LNK kirish bosqichini loyihalashda ishlatiladigan ikki xil usul bo'lib, Common-Gate va Cascode tuzilishi mos ravishda keng va tor tarmoqli kirish mosligini ta'minlaydi. Shunga qaramay, Common-darvoza bosqichi Cascode bosqichiga nisbatan juda yuqori shovqin ko'rsatkichiga ega va shovqinni bekor qilish texnikasidan foydalanish kerak.
Shu bilan birga, kirish empedansi yonma va W / L nisbati bilan o'rnatiladi. Aslida ushbu tuzilma tranzistorning o'tkazuvchanligi uchun erkinlik darajasini va shuningdek tegishli yukni tanlash bilan (parazitik sig'im va korpusning ta'sirini hisobga olgan holda induktor va kondensatorlarning yaxshi kombinatsiyasi) mavjud bo'lgan keng polosali kirish mosligini ta'minlaydi. Ushbu yuk r_ds1 bilan mutanosib bo'lishi kerak. Gm o'zgarganligi sababli, kirish empedansi va mos keladigan o'tkazuvchanlik kengligi qurilmaning f_T ga teng.
Parazitar tranzistorning sig'imi C_gs ish chastotasi ko'tarila boshlaganda rol o'ynay boshlaydi. Tor tarmoqli dasturda kirish chastotasida C_gsto bilan rezonanslash uchun istalgan chastotada impedansning kuchayishini kuchaytiradigan manyovr induktori qo'shiladi. Biroq, CMOS tor tarmoqli dasturlarida induktiv nasli bo'lgan kaskodli LNK afzalroqdir, ammo kirishdan C_gd yo'lining chiqishi va o'tkazib yuborilishini ajratish uchun Common-Gate LNK umumiy manbali LNAga nisbatan teskari izolyatsiyani va barqarorlikni ta'minlaydi.
III. DAVLAT DIZAYNI VA TAHLILI
Taklif etilayotgan keng tarmoqli LNK 1-rasmda keltirilgan. U kirish bosqichi va umumiy manba bosqichidan iborat. 1 jadvalida taklif qilingan CMOS LNA dizayn qiymatlari ko'rsatilgan. O'zgarmas te-T-M_3 va M_1-ning shahar oqim yo'lini ta'minlaydi. L_4 seriyali indüktör, M_3 ning kirish-kirish manbai sig'imi bilan rezonanslashadi, natijada chastota javobi bo'yicha [17] kattaroq tarmoqli kengligi va ba'zi qoldiq tepaliklar paydo bo'ladi. M_2 ning parazitar imkoniyatlari
1-rasm. Taklif etilayotgan keng tarmoqli shovqinni bekor qiluvchi LNA
I-jadval
Taqdim etilgan CMOS LNA-ning dizayn qiymatlari
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_ (tashqarida,) 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
va M_3, L_0 induktorli LC narvon tuzilishini hosil qiladi. R_1 va R_2 DC rezistorlari LN1 va L_2 tebranish indüktörleri bilan birlashtirilib, kontaktlarning zanglashiga olib chiqish qobiliyatini samarali ravishda kengaytiradilar [10]. L_2 seriyali tepalik indüktör, M_2 va M_3 drenajida C_d2 va C_d3 umumiy parazitar kapasitanslar bilan rezonanslashadi. R_3 yuk rezistorini tekis daromad olish uchun L_3 ning Q omilini kamaytirish uchun qo'shilganligi sababli. Parazitar kapasitansni minimallashtirish va chastotali ish faoliyatini yaxshilash uchun taklif qilinadigan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan barcha tranzistorlar uchun 0.18km kanalning minimal uzunligi hisobga olinadi. Umumiy manba bosqichi tarmoqli kengligini kengaytiradi, yaxshi izolyatsiyani ta'minlaydi va chastotani ko'paytiradi. Aslida kirish bosqichi va umumiy manba bosqichi mos ravishda past chastotali quvvat olish va yuqori chastotali quvvat olishni qo'llab-quvvatlaydi. Ikkala chastota javoblarining kombinatsiyasi keng tarmoqli quvvatni oshirishga olib keladi. Transistor M5, shuningdek, umumiy manba pog'onasini chastotani ko'paytirish va tekislashga yordam beradi. 2-rasm M5-ning S21 parametriga ta'sirini ko'rsatadi.
Rasm 2 M5 ning S21 parametriga ta'siri
3-rasmda M1 ning kirish bosqichi ta'siri o'rganildi. Simulyatsiya qilingan NF va S11 parametr M1-ga nisbatan taqqoslanadi, u o'chirilgan. NF va S11 o'rtasida yaqin savdo bor. M_1 yoqilganda, NF kuchayadi va S21 parametr bir xil quvvat tarqalishi va shunga o'xshash tarmoqli kengligi bilan kamayadi, aksincha kirishning mos kelishiga erishiladi. Kirish bosqichida Common-Gate strukturasining shovqin xususiyatlariga qo'shimcha konsentratsiya berilishi kerak, garchi M_1 tranzistorlari keng tarmoqli moslikni ta'minlasa ham, u juda baland shovqin ko'rsatkichiga ega.
3-rasm. M1 yordamida simulyatsiya qilingan shovqin va kirish izolyatsiyasi yoqilgan va o'chirilgan.
Shovqinning ishlashini tekshirish uchun kanal termal shovqinli MOS tranzistorli shovqin modeli qo'llaniladi. Fig.4-da ko'rsatilgandek, eshik va miltillovchi shovqinlarni e'tiborsiz qoldirib va ushbu tahlilda mukammal mos kelishini taxmin qilsak, kanalning issiqlik shovqinining PSD (i_ (n, d) ^ 2) as sifatida berilgan)
(i_ (n, d) ^ 2) ̅ = 4KTγg_do ∆f = 4KT γ / a g_m ∆f (1)
Boltzman konstantasi qaerda, Kelvindagi mutlaq harorat, trans MOS tranzistorining kanalli issiqlik shovqin koeffitsienti, a transkondensial g_m nisbati va nol-yonma drenaj o'tkazuvchanligi g_ds nisbati sifatida aniqlanadi va bu shovqin ko'rsatkichi navbati bilan o'lchanadi.
Quyidagi tenglamalar shovqin ko'rsatkichini R_1, M_1, M_2 va M_3 bo'yicha tavsiflaydi, ular umumiy shovqin ko'rsatkichiga hissa qo'shadilar [1].
4-rasm. Shovqin sxematikasining printsipi
Agar (2) shart o'rnatilsa, M_1 shovqini o'chiriladi [1].
g_m2 R_1 = g_m3 R_s (2)
Quyidagi tenglamalar shovqin ko'rsatkichini R_1, M_2 va M_3 bo'yicha tavsiflaydi, ular umumiy shovqin ko'rsatkichiga hissa qo'shadilar.
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 / gg_m2) / (KTR_s 〖(g_m3 + g_1m1) (Z_ (L_R1) ‖r_o1) g_m2)〗 ^ 2) = 1 = X / XUMX = X / XUMX = X / X (2) = R / X (1) = X / X (1) = R / X /
F_M3 = (4KTγ / g g_m3) / (KTR_s 〖(g_m3 + g_m1) (Z_ (L_R1) ‖r_o1) g_m2)〗 ^ 2) = (4〗X UM / Rα R R〖α〖〖〖α〖α - α / ααα 〖/ 〖αα 〖 〗 ^ 3) (1)
Shunday qilib, shovqinlarning umumiy ko'rsatkichi (6) ga yaqinlashishi mumkin
F_total = R_s / R_1 (1 + γ / X 1 / (g_m2 R_1)) + (4 γ / a) / (〖g_m3 R〗 _s 〖(1 + R_s g_mXNUMUMX)) N ^
IV.SIMULLASHNING NAZARI
O'chirish 0.18μm TSMC kutubxonasi Hspice dasturi bilan taqlid qilindi. Barcha simulyatsiyalar 50Ω kirish va chiqish terminallarini hisobga olgan holda amalga oshiriladi. Rasmda 5 (a) kuchga ega bo'lish va LNKning teskari izolatsiyasi taqlid qilingan. O'rtacha ortish kuchi chastota diapazonida 14.5 dB ripple bo'lgan 0.7 dB ga teng. Teskari teskari izolyatsiya -35dB dan kam. Fig.5 (b) shovqin raqamini, kirish va chiqish izolatsiyasini ko'rsatadi. NF 2.9 dB dan kamroq, S11-14.8db dan kamroq va S22 -10dB dan kamroq.
(B)
5-rasm (a) Simulyatsiya qilingan kuch va teskari izolyatsiya (b) simulyatsiya qilingan shovqin, kirish va chiqish izolatsiyasi
"6-rasm" elektronning chastotaga nisbatan IIP3-ni ko'rsatadi.
7-rasm. O'lchangan IIP3 chastotaga nisbatan
Ushbu ish natijalari "TABLE II" da ko'rsatilgan va yaqinda nashr etilgan CMOS LNAlari bilan taqqoslangan.
Jadval 2 PERFORMANSIYA MA'LUMOTI
VI. Xulosa
Ushbu hujjat standart RFCMOS texnologiyasiga asoslangan UWB LNA strukturasining yangi dizaynini taqdim etadi. Umumiy kirish eshigi va uning kirish empedansi o'rtasidagi o'zaro bog'liqliklar to'g'risida so'ng, kirishlarning muvofiqligi va shovqin ko'rsatkichlari aniqlanadi. shovqin ishlashi. O'lchagan shovqin ko'rsatkichi 2.9-3.1-GHz dan 10.6 dB dan past. Yassi daromad haqida barcha LNA dizaynida ta'kidlash kerak va simulyatsiyalangan quvvat oshishi 14.5 ± 0.7 dB ni tashkil qiladi.
Adabiyotlar
[1] Chih-Fan Liao va Shen-Iuan Lyu, "3.1-10.6 gigagertsli UWB qabul qilgichlari uchun keng polosali shovqinni to'xtatuvchi CMOS LNA", IEEE JURNAL OF SOLID-STAT CUCUITS, VOL. 42, YO'Q. 2, 2007 yil FEVRAL
[2] Kuang-Chi Xe, Ming-Tsung Li, Chen-Ming Li va Jenn-Xvan Tarn, UWB dasturlari uchun parallel-RC teskari shovqinli kuchaytirgich IEEE TAROZLARI VILOYATLAR VA TIZIMLARDA-II: EXPRESS BRIFS, VOL. 57, YO'Q. 8, AVGUST 2010
[3] Chje-Yang Xuang, Che-Cheng Xuang, Chun-Chie Chen, Chung-Chix Xang va Chia-Min Chen ”Induktor-mufta
3.1-10.6 gigagertsli ultra keng tarmoqli tizim uchun rezonanslashgan CMOS past shovqinli kuchaytirgich ”© 2009 IEEE
[4] Yang Lu, Kiat Seng Yeo, Alper Kabuk, Jianguo Ma, Manh Anxo va Chjenhao Lu ”3.1 dan 10.6 gigagertsgacha ultra keng tarmoqli simsiz qabul qiluvchilar uchun yangi CMOS past shovqinli kuchaytirgich dizayni” IEEE TAROKLARI DAVRALAR VA TIZIMLAR – I: MUVOFIQ Qog'ozlar, VOL. 53, YO'Q. 8, AVGUST 2006
[5] Ali Mirvakili, Muhammad Yavari, Farshid Raissi ”1-10.6 gigagertsli UWB qabul qiluvchilar uchun chiziqli tokda qayta ishlatiladigan LNA” IEICE Electronics Express, 5-jild, № 21,908-914
[6] S. Stroh, "Ultra-keng tarmoqli: multimedia o'chirilgan", IEEE Spectrum, vol. 40, yo'q. 9, 23-27 betlar, 2003 yil sentyabr.
[7] Vladimir Aparin va Lourens E. Larson, hamkasbi, IEEE ”FET past shovqinli kuchaytirgichlarni liniyalash uchun modifikatsiyalangan lotin superpozitsiya usuli” IEEE mikrodalgalar nazariyasi va texnikasi bo'yicha operatsiyalar, VOL. 53, YO'Q. 2, 2005 yil FEVRAL
[8] A. Batra va boshq., "Ko'p tarmoqli OFDM fizik qatlami taklifi", IEEE 802.15-03 / 267r5, 2003 yil iyul.
[9] Shih-Chih Chen, Ruey-Lyu Vang, Xslang-Chen Kuo va Ming-Lung Kung Chang-Sing Gao ”" To'liq tarmoqli dizayni (3.1-10.6GHZ) CMOS UWB past shovqin kuchaytirgichi, issiqlik shovqinini bekor qilish ". Osiyo-Tinch okeani mikroto'lqinli konferentsiyasining 2006 y.
[10] SS Mohan, MDM Xershenson, SP Boyd va TH Li, "optimallashtirilgan chipli induktorlar bilan CMOS-da tarmoqli kengligi kengayishi", IEEE J. Solid-State Circements, vol. 35, yo'q. 3, 346-355 betlar, 2000 yil mart.
[11] Zhe-Yang Huang, Che-Cheng Huang, Chun-Chieh Chen, Chung-Chih Xung va Chia-Min Chen ”3.1-10.6 Gigagertsli ultra keng tarmoqli uchun induktor-muftali rezonanslashgan CMOS past shovqinli kuchaytirgich”
[12] Chunyu Xin, Edgar Sanches-Sinencio ”“ RF LOWNOISE AMPLIFIER UChUN LINEARIZATSIYA TEXNIKASI ”.
[13] Jianyun Hu, Yunliang Zhu va Hui Wu ”Shovqinni bekor qiladigan ultra keng tarmoqli rezistiv-teskari aloqa past shovqinli kuchaytirgich.
0.18 mm raqamli CMOS-da "978-1-4244-1856-5 / 08 / $ 25.00 © 2008 IEEE
[14] J.-H. Li, C.-C. Chen va Y.-S. Lin ”0.18 lm 3.1-10.6 gigagertsli CMOS UWB LNA, 11.4_0.4 dB kuchga ega va 100.7_17.4 ps guruhli kechikish bilan” ELEKTRON MAKTUBLAR 22 yil 2007-noyabr. 43 № 24
[15] C.-P. Liang, C.-W. Xuang, Y.- K. Lin va S.-J. Chung ”3-10 gigagertsli ultra-keng polosali past shovqinli kuchaytirgich, yangi mos keladigan texnikaga ega” ELEKTRON MAKTUBLAR 5 yil 2010-avgust. 46 № 16
[16] Hongrui Vang, Li Chjan va Tsziping Yu, hamkasbi, "Kam quvvatli past kuchlanishli dasturlar uchun mahalliy aloqa va shovqinni bekor qiladigan keng tarmoqli induktorsiz LNA". IEEE TAROZLAR VA SIZKURLAR VA TIZIMLARDA - I: MUVOZIY Qog'oz, VOL. 57, YO'Q. 8, AVGUST 2010
[17] TH Li, CMOS radiochastotali integral mikrosxemalar dizayni, 1st ed. Nyu-York: Kembrij Univ. Matbuot, 1998.
[18] Chunyu Sin, Edgar Sanches-Sinencio ”RF RF LOWNOISE AMPLIFIER UChUN LINEARIZATSIYA TEXNIKASI” ISCAS 2004
[19] Ali Mirvakili, Muhammad Yavari ”“ UWB DS-CDMA qabul qiluvchilarning yuqori tasmasi uchun shovqinni bekor qiluvchi CMOS LNA dizayni ”sxemalari va tizimlari, 2009. ISCAS 2009. IEEE Xalqaro simpoziumi
[20] S. Galal va B. Razavi, "40 _mCMOS texnologiyasida 0.18 Gb / s kuchaytirgich va ESD himoya qilish davri", IEEE ISSCC Dig. Texnik. Hujjatlar, 2004 yil fevral, 480-481 betlar.