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模拟技术中的CMOS

超宽带低噪声放大器的设计

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模拟技术中的模拟技术中的CMOS 超宽带低噪声放大器的设计超宽带低噪声放大器的设计

摘　要：由于超宽带技术能够在短距离内传输几百兆的数据，帮助人们摆脱对导线的依赖，因此使得大带宽数

据的无线传输从几乎不可能变为现实。尽管目前超宽带技术的标准还没有统一，但是低噪声放大器终归是其接

收机中一个不可或缺的重要模块。文章介绍了一种基于0.18 μm CMOS 工艺、适用于超宽带无线通信系统接收

前端的低噪声放大器。结合计算机辅助设计，该超宽带低噪声放大器输入、输出均实现良好的阻抗匹配，在

3GHz~10GHz 的频带范围内实现了增益G=29 ± 1dB，噪声系数小于4dB。在1.8V 工作电压下放大器的直流功

耗约为35mW。　　1 引言　　超宽带（UWB）技术是一种低功耗、低成本、高

摘　要：由于超宽带技术能够在短距离内传输几百兆的数据，帮助人们摆脱对导线的依赖，因此使得大带宽数据的无线传

输从几乎不可能变为现实。尽管目前超宽带技术的标准还没有统一，但是低噪声放大器终归是其接收机中一个不可或缺的重要

模块。文章介绍了一种基于0.18 μm CMOS 工艺、适用于超宽带无线通信系统接收前端的低噪声放大器。结合计算机辅助设

计，该超宽带低噪声放大器输入、输出均实现良好的阻抗匹配，在3GHz~10GHz 的频带范围内实现了增益G=29 ± 1dB，噪声

系数小于4dB。在1.8V 工作电压下放大器的直流功耗约为35mW。

　　1 引言引言

　　超宽带（UWB）技术是一种低功耗、低成本、高传输速率、抗干扰性能强的短距离无线通讯技术。

　　由于能够在短距离内（10m）传输几百兆的数据，帮助人们摆脱对导线的依赖，使得大带宽数据的无线传输从几乎不可能

变为现实，因此它在无线个人局域网（WPAN）等方面有着广泛的市场前景。美国联邦通信委员会（FCC）于2002 年公布了

允许民用的UWB频段，即3.1 GHz ~10.6GHz。目前在UWB系统的定义上存在两种方案，直接序列（DS-CDMA）和多带

OFDM（MBOFDM）。

　　尽管目前超宽带技术的标准还没有统一，但是低噪声放大器终归是其接收机中一个不可或缺的重要模块。低噪声放大器

（LNA）的主要功能是将来自天线的微伏级的电压信号进行小信号放大后传输到下一级电路。因此，LNA 的性能对射频接收

系统的性能起着决定性作用。这就要求它在获得较高增益的同时又要具有低的噪声系数（NF），并且为了信号能够有效地传

输，实现最大功率的传输，还要端口匹配良好。在实际设计中，高增益、低噪声与良好的阻抗匹配三者之间并非相互独立，而

是相互牵制、相互影响的。因此在进行LNA 设计时，如何采用折衷原则兼顾各项指标尤为重要。

　　　2 电路设计电路设计

　　综合各种资料，到目前为止，在所提出的UWBLNA 中，根据输入匹配归纳为下列几类形式：shuntfeedback结构、共栅结

构、利用LC带通滤波器结构、分布式结构等。

　　图1 所示为共栅结构，共栅结构虽然噪声性能比较差，但它容易在很宽的带宽内实现50 Ω的阻抗匹配，且芯片面积小。

　　图2 所示为共栅结构的小信号模型，可以算出输入阻抗Zin 为：

图1 共栅结构。

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