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提出一种利用噪声抵消技术减小热噪声因子的互补金属氧化物半导体(CMOS )宽带低噪声放大器电路.它具有不平衡变换器可转换单端信号为差分信号,无需外接平衡-不平衡变换器,也未采用电感匹配技术,进一步减小了芯片的面积.该低噪声放大器基于TS MC0 .18μmRF CMOS 1 .8 V的工艺设计,仿真和验证采用Cadence公司的Spectre工具.结果表明:在150~600 MHz频带内的噪声系数为3.9 dB,输入匹配参数S11小于-11 .7 dB,输入3阶截点IIP3为1.03 dBm.
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第
33
卷
第
6
期 华 侨 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )
Vol.33
No.6
2012
年
11
月
JournalofHua
q
iaoUniversit
y
(
NaturalScience
)
Nov.2012
文章编 号:
1000-5013
(
2012
)
06-0640-04
CMOS
宽带低噪声放大器的设计
林丽芬
1
,
2
,凌朝东
1
,
2
,杨骁
1
,
2
(
1.
华侨大学 信息科学与工程学院,福建
361021
;
2.
厦门市专用集成电路系统重点实验室,福建 厦门
361008
)
摘要:
提出一种利用噪声抵消技术减小热噪声因子的互补金属氧化物半导体(
CMOS
)宽带低噪声放大器电
路
.
它具有不平衡变换器可转换单端信号为差分信号,无需外接平衡
-
不平衡变换器,也未采用电感匹配技术,
进一步减小了芯片的面积
.
该低噪声放大器基于
TSMC0.18
μ
m RFCMOS1.8V
的 工 艺 设 计,仿 真 和 验 证
采用
Cadence
公司的
S
p
ectre
工具
.
结果表明:在
150
~
600 MHz
频带内的噪声系数为
3.9dB
,输 入 匹 配 参 数
S11
小于
-11.7dB
,输入
3
阶截点
IIP3
为
1.03dBm.
关键词 :
低噪声放大器;宽带;噪声抵消技术;不平衡变换器;互补金属氧化物半导体
中图分 类号:
TN492
文献标 志码:
A
低噪声放大器(
lownoiseam
p
lifier
,
LNA
)是射频接收机前端的重要部分
.
它的主要作 用 是 放 大 接
收到的微弱信号,足够高的增益克服后续各级(如混频器)的噪声,并尽可能少 地 降低 附 加噪 声 的干 扰
.
LNA
一般通过传输线直接和天线或天线滤波器相连,由于 处于接 收机的 最前端,其抑 制噪声 的能力 直
接关系到整个接收系统的性能
[
1
]
.
因此,
LNA
的指标越来越严格,不仅要求有足够小的低噪声系数,还
要求足够高的功率增益,较宽的带宽,在接收带宽内功率增益平坦度好
.
目前,无线 通信技 术的正 朝着
多标准、宽频段的方向发展
.
低噪声放大器作为射频无线接收机的第一级,也 必 须满 足 宽频 带 的要 求,
它对整个接收机的性能起至关重要的作用,特别是对系统的噪声和灵敏度有着决定性的作用
[
2-3
]
.
无线
通信技术和互补金属氧化物半导体(
CMOS
)工艺的 迅速发 展,使得 越来越 多的射 频系统 单片集 成成为
图
1
噪声抵消原理图
Fi
g
.1
Schematicofnoisecancelin
g
可能,为数字 对 讲 机 打 开 了广 阔 的 应 用 前 景
.
本文研究采 用 噪 声 抵 消 技 术,减 小
CMOS
宽
带低噪声放大器的噪声因子
.
1
电路结构噪声抵消原理
宽带低 噪 声 放 大 器 噪 声 抵 消 原 理
[
4-9
]
,如
图
1
所示
.
在图
1
的电路中,当晶体管
M
1
工作
在饱和区时,
M
1
的沟道噪声模型可等效为源
漏两端间的热噪声电流源,其表达式为
I
2
n
,
M
1
=
4
kT
λ
g
m
.
在高频处,晶体管
M
1
等效热 噪声电 流
I
2
n
,
M
1
是
整个电路的 主 要 噪 声 源
.
因 此,通 过 设 计 共 源
级结构来抵消
M
1
的等效热噪声
.
在共栅级的输出端,晶体管
M
1
的输出等效噪声电压的表达式为
V
2
n
,
M
1
,
CG
=-
I
2
n
,
M
1
R
2
1
.
(
1
)
收稿日 期:
2011-08-23
通信作 者:
凌朝东(
1964-
),男,教授,主要从事集成电路和嵌入式系统设计的研究
.E-mail
:
edac
@
h
q
u.edu.cn.
基金项 目:
国家自然科学基金资助项目(
60772164
);福建省科技计划项目(
2011H6018
)
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