3．1～5．2 GHz超寬帶可變增益低噪聲放大器設計

在小信號圖中，gm2為M2管的跨導，gm3為M3的跨導，流入M1的電流為流入M2和M3的電流之和?？梢缘贸觯?br /> gm1=gm2+gm3 (4)
第一級放大器的增益：Av=gm(R／RL)，其中gm為電路的整體跨導，RL為等效負載阻抗，R為從輸出端看進去的電路的阻抗。通過小信號分析：

從式(5)看出，電路的跨導僅由M3的跨導決定，因而可以通過直接控制gm3來實現增益的可變。電路的增益為：

從式(6)中可以看出，控制管的變化也影響到了輸出電阻，因此，為了實現特定的增益，需要適當的設定M3的寬長比。
本文設置了3個不同的增益，并且實現了5 dB的步長，通過G[210]來控制M3的跨導，詳細增益列表如表1所示。

1．3 LNA噪聲分析
對于一個級聯系統，第一級電路的噪聲性能對整個電路的噪聲系數影響很大，因而主要分析第一級電路的噪聲系數。通過優(yōu)化電路參數、忽略電感的寄生電阻效應，本文的CG—LNA總的噪聲因子可以近似表示為：

從式中可以看出，增大負載RL可以降低電路的噪聲系數，但是過大的增加RL會減小電流，同為了保證恒定的跨導，需要增加管子的尺寸，同時，增加RL也會將第一級的輸出電壓降低。給定，針對0．18μm下的MOSFET，假設ωT=2π*80 GHz，電阻的取值分別為Rs=50 Ω，RL=200 Ω。當頻率從1 GHz增加到6 GHz時，根據式(7)計算所得的噪聲系數為4．9～5．3 dB，這和仿真結果較為近似。

2 仿真結果與討論
采用TSMC提供的0．18μm RF CMOS工藝進行模擬仿真。圖4是LNA S21的仿真結果。在3．1～5．2 GHz的帶寬內，LNA能夠獲得非常平坦的增益特性，共有3種增益模式：10．4 dB，4．9 dB，-1 dB，控制步長約為5 dB，帶內增益波動小于0．5 dB。圖5是LNA輸入輸出回波損耗(S11，S22)的仿真結果。S11和S22在整個頻段內均小于-15 dB，匹配性能良好。圖6是LNA IIP3的仿真結果。在輸入信號為4 GHz時，IIP3為-0．5 dB。圖7是LNA的噪聲性能，在整個工作頻段內的最低噪聲為4．6 dB，噪聲系數在高頻段惡化的主要原因在于器件寄生的噪聲性能會隨頻率升高而逐漸惡化，此外，由于電路設計時需要在各方面與噪聲進行折中，所以適當的犧牲了噪聲性能。