基于噪声消除技术的超宽带CMOS低噪声放大器设计.pdf

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1、122传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2011年第30卷第ll期基于噪声消除技术的超宽带CMOS低噪声放大器设计马翔，金德鹏，苏历，曾烈光(清华大学电子工程系，北京100084)摘要：为满足3．5GHz单载波超宽带无线接收机的射频需求，设计了一种工作在3—4GHz的超宽带低噪声放大器。电路采用差分输入的CMOS共栅级结构，利用MOS管跨导实现宽带输入匹配，利用电容交叉耦合结构和噪声消除技术降低噪声系数，同时提高电压增益。分析了该电路的设计原理和噪

2、声系数，并在基于SMIC0．18mCMOS射频工艺进行了设计仿真。仿真结果表明：在3—4GHz频段内，s和s均小于-10dB，S21大于14dB，带内起伏小于0．5dB，噪声系数小于3dB；1．8V电源电压下，静态功耗7．8mW。满足超宽带无线接收机技术指标。关键词：超宽带；低噪声放大器；噪声消除；电容交叉耦合中图分类号：TN402文献标识码：B文章编号：1000--9787(2011)11-0122-03Designofultra·widebandCMOSlownoiseamplifierbasedo

3、nnoisecancellingtechnologyMAXiang，JINDe—peng，SULi，ZENGLie—guang(DepartmentofElectronicEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Inordertosatisfythedemandsofwirelessreceiverof3．5GHzsole—carrierUWBcommunicationsystem，anultra—wideband3—4GH

4、zlownoiseamplifierispresented．ThecircuitisimplementedinCMOScommon—gatedifferentialstructure，usingcapacitorcross—couplingstructureandnoisecancelingtechnologytoreducethenoisecoeficientandboostitsvoltagegain．Thedesignprincipleofthecircuitaswellasnoisecoefic

5、ientareanalyzed．DesignsimulationinSMIC0．18IxmCMOSRFprocessiscarriedoutS21ismorethan14dBpowergainandnoisecoeficientislessthan3dB，withSllandS22lessthan一10dB，whileconsuming7．8mWpowerunder1．8Vsupply．whichmeetstherequirementsofUWBcommunicationsystem．Keywords：

6、ultra—wideband(UWB)；lownoiseamplifier；noisecancelling；capacitorcross—coupling0引言宽带低噪声放大器有多种实现方式⋯：1)分布式结超宽带(ultra—wideband，UWB)无线技术是解决短距离构，可以实现宽带匹配、平坦增益和高线性度，但其噪声高速无线通信的重要手段，是现代通信技术研究的重点之性能不好，增益也难以提高，且尺寸和功耗较大；2)Lc匹配一。超宽带技术具有低功耗、高速率、抗干扰等优点。超宽滤波器结构，易于实现宽带匹配

7、、低噪声、平坦增益和低带通信有多重实现方式，如，OFDM、单载波调制、脉冲等。功耗，但高阶滤波器占用面积，且带来高频段噪声；3)电阻超宽带低噪声放大器(LNA)是超宽带无线通信接收机的第并联负反馈结构，通过反馈电阻实现匹配和扩展频带，一个模块，直接影响系统的带宽、噪声、功耗等性能；超宽带却带来高功耗和高噪声；4)共栅级(CG)结构j，通过跨导低噪声放大器应在工作频段内具有足够高且平坦的增益，g来实现宽带匹配，其缺点是噪声系数较高，差分输入的尽量低的噪声系数，良好的输入端匹配，而在实际设计中这电容交又耦合

8、(CCC)结构可以提高有效跨导，改善噪三者是相互牵制，需要再满足一定功率、面积的基础上，综声系数。2004年，BruccoleriF等人提出了噪声消除技合考虑。本文设计了一种工作频段为3—4GHz的CMOS术J，将其运用于电阻并联负反馈结构，可以有效降低噪低声放大器，旨在作为3．5GHz单载波超宽带系统的射频声系数；近年来又有研究者将噪声消除技术用于CG结前端。构“J，并运用串联电感负载的办法，提高高频段增益，实收稿日期：2011-07-0