低功耗LNA設(shè)計(jì)

　　摘要：為了應(yīng)對(duì)低功耗電路設(shè)計(jì)要求，提出了一個(gè)在低功耗要求下CMOS低噪聲放大器的設(shè)計(jì)方法。使用該方法在0.18μm CMOS集成工藝下，設(shè)計(jì)一款低噪聲放大器，并在ADS中進(jìn)行前仿真。

　　引言

　　在進(jìn)行信號(hào)接收時(shí)，噪聲成為制約接收機(jī)靈敏度的主要因素。接收機(jī)的低噪聲設(shè)計(jì)十分重要。作為第一級(jí)有源放大的低噪聲放大器，除了噪聲系數(shù)低以外，還需要有一定的增效以抑制后繼的噪聲。共源共柵結(jié)構(gòu)(cascode)能很好地滿足上述的應(yīng)用。目前在低功耗的約束下，傳統(tǒng)LNA設(shè)計(jì)方法遇到困難。本文在輸入阻抗匹配下，給出低功耗LNA的設(shè)計(jì)流程，并討論各種參數(shù)影響?！　?/p>

　　結(jié)構(gòu)分析

　　如圖1所示的cascode結(jié)構(gòu)中，L_d和L_s是片上電感，L^g是片外電感。M₁是放大管，共柵極放大器M₂作用是消除Miller效應(yīng)的影響，增加反向隔離度。增加了M₂后，提高了放大器的穩(wěn)定性，但也引入了一定的非線性和噪聲。L_d和電容在所需要的頻率上諧振，獲得比較高的增益。該結(jié)構(gòu)從信號(hào)源看到的輸入阻抗為：
        　　(1)

　　調(diào)整L_s可以獲得好的阻抗配置，調(diào)整L_g和C_gs可以使上式的虛部抵消。由于可以調(diào)節(jié)二個(gè)參數(shù)L和C，所以該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：在滿足輸入阻抗匹配的情況下還可以優(yōu)化噪聲系數(shù)。由二端口噪聲理論可知，二端口網(wǎng)絡(luò)在噪聲匹配時(shí)可以達(dá)到最小噪聲系數(shù)F_min。

        　　(2)

　　式(2)中γ、δ、c是和工藝相關(guān)的常數(shù)。

　　由于源阻抗固定為50Ω，所以可以改變網(wǎng)絡(luò)的Z_opt以適應(yīng)Z_s，以此可以優(yōu)化噪聲?！　?/p>

         　　(3)

　　由式(3)得為了獲得最小的噪聲系數(shù)，需要非常大的器件尺寸和直流功耗，該方法在實(shí)際應(yīng)用中不實(shí)用。為了避免過(guò)大的器件尺寸和過(guò)大的直流功耗，應(yīng)該在給定的功耗條件下優(yōu)化噪聲系數(shù)?！　?/p>

        　　(4) 

        　　(5)

　　將式(4)代入式(5)，F(xiàn)就成了ρ和P_D的函數(shù)。對(duì)于給定的P_D可以找到使F最小的ρ值，進(jìn)而得到相應(yīng)的Q_L和C_gs。實(shí)際可以使用圖表法求解。