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基于恒功耗的CMOS低噪声放大器噪声系数优化计算
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2020-10-16
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在恒功耗条件下,通过考虑以往被忽略掉的栅极寄生阻抗和外加电容对噪声放大器噪声系数的影响,结合低噪声放大器(LNA)的等效小信号模型,推导出噪声系数表达式,提出恒功耗条件下噪声优化的方法。同时对提出的噪声系数优化方法进行MATLAB理论仿真,在ADS软件中对理论结果进行仿真验证。
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基于恒功耗的基于恒功耗的CMOS低噪声放大器噪声系数优化计算低噪声放大器噪声系数优化计算
在恒功耗条件下,通过考虑以往被忽略掉的栅极寄生阻抗和外加电容对噪声放大器噪声系数的影响,结合低噪
声放大器(LNA)的等效小信号模型,推导出噪声系数表达式,提出恒功耗条件下噪声优化的方法。同时对提
出的噪声系数优化方法进行MATLAB理论仿真,在ADS软件中对理论结果进行仿真验证。
0 引言引言
在无线接收设备中低噪声放大器(LNA)的噪声性能好坏对整个系统设备有着至关重要的影响,在生产应用中,CMOS技术的
重点是努力设计噪声非常小的LNA以及噪声系数优化方法
[1-4]
。围绕着LNA噪声系数优化方法分析有着大量的研究,文献[5]深
入分析了LNA优化技术,但却忽略了栅极寄生电阻对噪声系数的影响。文献[6-7]指出了一种把噪声系数与功率匹配同时考虑的
优化技术,然而却忽略了栅极电感产生的栅噪声影响,且噪声之间的相关性表述不确切。为了保证LNA在恒功耗条件下能够具
有优异的噪声性能,本文引入了栅极寄生阻抗和外加电容,依据噪声理论,推导出小信号电路模型的噪声系数表达式,提出了
恒功耗条件下的噪声系数优化方法。这一方法对LNA在给定条件下的噪声优化方法设计具有明显的指导意义。同时对提出的噪
声优化方法进行MATLAB理论仿真,在ADS软件中对理论结果进行了仿真验证。
1 LNA噪声系数优化方法噪声系数优化方法
如图1所示为源极去耦的LNA噪声小信号等效电路模型,其中引入了栅极寄生电阻R
g
和外加电容C
ex
。栅极电感L
g
和栅极寄
生电阻R
g
在电路品质因数Q
s
的提高下,也会随之增加,电路噪声系数势必会有增大的趋势,而外加电容C
ex
的作用在低功耗的
约束条件下,使得阻抗和噪声同时达到匹配
[8]
。因此,在功耗恒定时,为了实现更好的噪声系数优化,栅极寄生电阻及栅极电
感的影响在噪声系数中应体现出来。
噪声系数的定义为:总的噪声输出功率与由输入噪声源引起的输出噪声功率之比
[9]
,即:
这里引入传输函数Δ(jω)和Γ(jω)分别表示源极噪声源与它所引起输出之间的关系和栅极噪声源与它所引起输出之间的关系,
使用G
m
(jω)来表示晶体管的传输增益。根据传输函数与栅极源极噪声互相关因子,式(1)可以修正为:
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