文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
文章編號： 0258-7998(2013)08-0033-04
超寬帶（UWB）技術(shù)是一種低功耗、低成本、高傳輸速率、抗干擾性能強(qiáng)的短距離無線通信技術(shù)。UWB頻譜范圍為3.1 GHz~10.6 GHz，短距離傳輸速率高達(dá)480 MHz，甚至更高。因此，它在個(gè)人局域網(wǎng)、無線以太網(wǎng)接口鏈路等方面有著廣泛的市場前景。IEEE802.15.3標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)將3.1 GHz~5 GHz和6 GHz~10.6 GHz頻段作為個(gè)人局域網(wǎng)的工作頻段，3.1 GHz~5 GHz是現(xiàn)階段發(fā)展的熱點(diǎn)[1]。
超寬帶低噪聲放大器是無線接收機(jī)的關(guān)鍵電路模塊，它影響著整個(gè)系統(tǒng)的帶寬、噪聲、功耗等性能。UWB無線接收機(jī)在接收信號時(shí)由于受環(huán)境、位置以及其他不確定因素的影響，接收機(jī)接到的信號幅度有較大程度的變化，這就需要一種電路根據(jù)輸入信號的大小變化情況調(diào)節(jié)接收機(jī)的增益，增益可調(diào)的LNA是一種通過改變電路某一參量對放大器增益進(jìn)行調(diào)節(jié)的放大器，廣泛應(yīng)用于無線通信、醫(yī)療設(shè)備、磁盤驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域[2]。目前實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)LNA的方法主要有旁路選擇技術(shù)[3]、負(fù)反饋技術(shù)和偏流控制技術(shù)[4]。旁路選擇技術(shù)通過控制旁路選擇開關(guān)，可以獲得很大的增益可調(diào)范圍，但不能實(shí)現(xiàn)增益連續(xù)可調(diào)；負(fù)反饋技術(shù)和偏流控制技術(shù)雖可實(shí)現(xiàn)增益連續(xù)可調(diào)，但只適用于窄帶系統(tǒng)。
本文設(shè)計(jì)了一款基于TSMC 0.18 ?滋m CMOS工藝的、可應(yīng)用于3 GHz~5 GHz的UWB LNA。采用局部反饋的共柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了超寬帶輸入匹配和良好的噪聲性能，并提出了一種新型電流舵結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了超寬帶增益連續(xù)可調(diào)。
1 電路分析與設(shè)計(jì)
圖1為本文設(shè)計(jì)的超寬帶增益可調(diào)低噪聲放大器電路拓?fù)鋱D，包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、放大電路和輸出緩沖器3個(gè)部分。下面分別對各部分進(jìn)行詳細(xì)的闡述。
1.3 噪聲分析
對于無局部反饋的共柵輸入級，噪聲性能主要由共柵管跨導(dǎo)gm1決定，因此可以通過提高gm1來改善噪聲性能。對于帶局部反饋的共柵輸入級，如前文所述，跨導(dǎo)擴(kuò)大了1+gm2R1倍，其噪聲系數(shù)可表示為[5]：
圖7是不同控制電壓下的噪聲系數(shù)。在最大增益處（Vc=0.6 V），最小噪聲為2.3 dB；同時(shí)可以看出，隨著Vc的增大，噪聲系數(shù)略有增加。
圖8反映的是有局部反饋和無局部反饋共柵輸入級的最小噪聲系數(shù)對比，可以看出，有局部反饋的共柵輸入級的最小噪聲系數(shù)比無局部反饋的輸入級要小，這就驗(yàn)證了前文所述局部反饋的輸入級有助于改善電路的噪聲性能。
圖9是LNA IIP3的仿真結(jié)果，在輸入信號為4 GHz時(shí)，IIP3為4 dBm。
表1將本文所設(shè)計(jì)的LNA的性能參數(shù)與近年發(fā)表的LNA進(jìn)行了對比。可以看出本文所設(shè)計(jì)的UWB LNA具有功耗低、噪聲低、線性度良好及增益可調(diào)范圍大的優(yōu)勢。
本文設(shè)計(jì)了一款可應(yīng)用于UWB系統(tǒng)中的增益可調(diào)LNA，其工作頻段為3 GHz~5 GHz，采用局部反饋的共柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了超寬帶輸入匹配和良好的噪聲性能，并提出了一種新型的電流舵結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了增益連續(xù)可調(diào)。仿真結(jié)果表明，在3 GHz~5 GHz頻段范圍內(nèi)，S11小于-11 dB，S22小于-14 dB，增益可在-1 dB~24 dB范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，最小噪聲系數(shù)為2.3 dB，且功耗低，線性度良好。
參考文獻(xiàn)
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