3~10 GHz平坦增益超宽带CMOS LNA设计

提出了一种基于共源共栅及电阻并联反馈结构的超宽带低噪声放大器(LNA)。在3～10 GHz的工作频段范围内,采用电阻并联反馈和π型匹配网络结构,实现宽带输入匹配,并有效减小整个电路的噪声系数。利用共源共栅输出漏极的并联峰化技术,实现平坦的高频增益及噪声的有效抑制。采用源极电感(L_s)负反馈及晶体管M₃构成的源极跟随器,提高电路的线性度和输出匹配。基于TSMC 0.18 μm RFCMOS工艺库,采用Cadence Spectre RF,对LNA原理图和版图进行仿真。仿真结果显示,该LNA的S₁₁和S₂₂均小于-10 dB,S₁₂小于-32 dB,S₂₁为11.38±0.36 dB,噪声系数为3.37±0.2 dB,P1dB和IIP3分别为-9.41 dBm和-2.7 dBm。设计的LNA在带宽内具有良好的输入输出匹配、较好的反向隔离度及线性度、高且平坦的增益和低且平坦的噪声系数。     

3．1～10．6GHz超宽带低噪声放大器的设计

基于SIMC0．18μmRFCMOS工艺技术,设计了可用于3．1—10．6GHzMB—OFDM超宽带接收机射频前端的CMOS低噪声放大器（LNA）。该LNA采用三级结构：第一级是共栅放大器,主要用来进行输入端的匹配;第二级是共源共栅放大器,用来在低频段提供较高的增益;第三级依然为共源共栅结构,用来在高频段提供较高的增益,从而补偿整个频带的增益使得增益平坦度更好。仿真结果表明：在电源电压为1．8v的条件下,所设计的LNA在3．1～10．6GHz的频带范围内增益（521）为20dB左右,具有很好的增益平坦性f±0．4dB）,回波损耗S11、S22均小于-10dB,噪声系数为4．5dB左右,IIP3为-5dBm,PIdB为0dBm。     

用于5G-WiFi的可变增益有源巴伦LNA

设计了一款应用于5G-WiFi的可变增益有源巴伦LNA。该LNA输入级在采用共源共栅结构的基础上加入了阻容并联负反馈和源级电感负反馈,在保证低噪声的同时提高了电路线性度;第二级通过编程和改变控制电压实现了增益双调节功能;输出级采用有源巴伦结构实现了信号振幅相同、相位相反的差分输出。电路基于TSMC 0.18 μm CMOS工艺库仿真,结果表明,在5.8 GHz频率下,电路噪声系数为3.7 dB,最大增益可调节范围为5~20 dB,线性度IIP3达到－2.5 dBm,输入、输出的回波损耗均小于－25 dB。     

基于噪声抵消技术的超宽带低噪声放大器

实现了一款超宽带低噪声放大器( UWB LNA)。该UWB LNA由输入级、中间级和输出级组成。在输入级,采用两个共栅配置构成了噪声抵消技术,减少了噪声,在此结构基础上进一步采用了跨导增强技术,提高了增益。同时插入的电感Lin提高了LNA在宽带范围内的增益平坦度。中间级放大器,在漏极并联电感产生零点,提高了LNA的带宽。输出级为源极跟随器,较好实现了LNA的阻抗匹配。基于0.18μm TSMC CMOS工艺仿真验证表明,在4 GHz~10 GHz频带范围内,电压增益( S21)为(19.2±0.3)dB,噪声系数(NF)介于2.1 dB~2.4 dB之间,输入、输出反射系数(S11、S22)均小于-10 dB。在9 GHz时,输入三阶交调点(IIP3)达到-7 dBm。在1.8 V的电源电压下,功耗为28.6 mW。     

采用噪声消除技术的3-5GHz CMOS超宽带LNA设计

设计了一种适用于超宽带无线通信系统接收前端的全集成低噪声放大器.该放大器以经典窄带共源共栅低噪声放大器为基础,通过加入并联负反馈电阻以扩展带宽,采用噪声消除技术优化噪声系数.低噪声放大器基于SMIC 0.18-μmRF CMOS工艺进行设计与仿真,仿真结果表明,在3-5 GHz的频带范围内,S11小于-13 dB,S22小于-11.8 dB,S21大于17.3dB,S12小于-32 dB,增益平坦度小于0.7 dB,最大噪声系数为2.9 dB,输入三阶截断点为-12.9 dBm.采用1.8 V电源供电,电路总功耗约为20.5 mW.     

1V高线性度2.4GHz CMOS低噪声放大器

讨论了低噪声放大器(LNA)在低电压、低功耗条件下的噪声优化及线性度提高技术.使用Chartered 0.25μm RF CMOS 工艺设计一个低电压折叠式共源共栅LNA.后仿真结果表明在1V电源下,2.36GHz处的噪声系数NF仅有1.32dB,正向增益S21为14.27dB,反射参数S11、S12、S22分别为 -20.65dB、-30.27dB、-24dB,1dB压缩点为-13.0dBm,三阶交调点IIP3为-0.06dBm,消耗的电流为8.19mA.     

1.3GHz 0.25μm CMOS低噪声放大器的设计

设计了一种基于0．25μm CMOS工艺的共源共栅型1．3GHz的LNA。从噪声优化、增益及阻抗匹配角度详细分析了电路的设计方法，讨论了寄生电容Cgd、C_match_in及共栅管沟道宽度W2对LNA性能的影响。采用ADS软件，对W2进行扫描和对LNAS参量和噪声系数进行仿真测试结果表明：该LNA在1．3GHz的工作频率下．具有良好的性能指标，噪声系数fN为1．42dB，增益S21为13．687dB．匹配参数S11为-14．769dB，S22为-14．530dB，反向隔离度S12为-52．955dB。     

基于TSMC 0.18μm RF CMOS工艺的1.2 GHz LNA的设计和仿真

针对射频接收机芯片中的低噪声放大器(Low-Noise Amplifier,LNA)电路在工作时要求拥有更小的噪声系数和更好的隔离度等问题,采用TSMC 0.18μm RF CMOS工艺结合共源共栅结构设计了一款低噪声放大器,在导航接收机中主要用来接收GPS L2频段信号和BDS B2频段信号。通过对器件尺寸的计算和选择,使得电路具有良好的噪声性能及线性度。利用Cadence软件中Spectre对所设计的电路进行仿真。得到仿真结果为:LNA在1.8 V电源电压下,功耗为4.28 mW,功率增益为18.51 dB,输入回波损耗为38.67 dB,输出回波损耗为19.21 dB,反向隔离度S_(12)为-46.91 dB,噪声系数(Noise Figure,NF)为0.41 dB,输入1 dB压缩点为-11.70 dBm,输入三阶交调点为-1.50 dBm。     

一种基于中和电容的60 GHz CMOS差分LNA

针对毫米波频段下硅基CMOS晶体管的栅漏寄生电容严重影响放大器的增益和隔离度的问题,采用交叉耦合中和电容抵消其影响,设计了一款60 GHz三级差分共源极低噪声放大器(LNA)。为减小级间匹配无源器件的损耗,节省芯片面积,采用变压器进行级间耦合。基于SMIC 55 nm RF CMOS工艺,进行了电路原理图和版图的设计与仿真。仿真结果显示,该LNA输入输出匹配良好,功率增益为21.1 dB,3 dB带宽为57.3~61.5 GHz,噪声系数为5.5 dB,输出1 dB压缩点为－0.64 dBm,功耗为34.4 mW,芯片尺寸为390 μm×670 μm。     

基于级间电容抵消技术的74~88 GHz高性能CMOS LNA设计北大核心

采用55 nm CMOS工艺,面向毫米波雷达应用,设计了一款74~88 GHz高性能CMOS低噪声放大器(LNA)。该LNA应用共源共栅结构,为了改善噪声系数、提高稳定性增益,采用级间寄生电容抵消的电感反馈共栅短接技术和基于反相双圈耦合的等效跨导增强技术。和传统共栅短接技术相比,级间寄生电容抵消的电感反馈共栅短接技术改善噪声系数1.58 dB,提高稳定性增益7.67 dB。芯片测试结果表明,LNA峰值增益为17.1 dB,最小噪声系数为6.3 dB,3 dB带宽为14 GHz(74.8~88.8 GHz),在78 GHz中心频率处输入1 dB压缩点(IP1dB)为-10.2 dBm,功耗为102 mW。     

2～4GHz MMIC低噪声放大器

采用中国电子科技集团公司第十三研究所的GaAs PHEMT低噪声工艺,设计了一款2~4 GHz微波单片集成电路低噪声放大器(MMIC LNA)。该低噪声放大器采用两级级联的电路结构,第一级折中考虑了低噪声放大器的最佳噪声和最大增益,采用源极串联负反馈和输入匹配电路,实现噪声匹配和输入匹配。第二级采用串联、并联负反馈,提高电路的增益平坦度和稳定性。每一级采用自偏电路设计,实现单电源供电。MMIC芯片测试结果为:工作频率为2~4 GHz,噪声系数小于1.0 dB,增益大于27.5 dB,1 dB压缩点输出功率大于18 dBm,输入、输出回波损耗小于-10 dB,芯片面积为2.2 mm×1.2 mm。     

一种5.7 GHz CMOS 全集成低噪声放大器的设计

提出并设计了一种可以完全单片集成的5.7 GHz低噪声放大器(LNA)。该电路结构利用MOSFET自身的栅寄生电阻,通过简单的LC网络变换实现输入匹配;并采用跨阻结构,实现输出匹配。该电路采用TSMC 0.35μm CMOS工艺,用ADS模拟软件进行分析与优化。结果表明,设计的低噪声放大器,其增益为11.34 dB,噪声系数为2.2 dB,功耗12 mW,输入反射系数-33dB,线性度-4 dBm。     

X波段GaN MMIC低噪声放大器设计

采用SiC衬底0.25 μm AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款X波段GaN单片微波集成电路(MMIC)低噪声放大器(LNA).放大器采用三级级联拓扑,第一级采用源极电感匹配,在确保良好的输入回波损耗的同时优化放大器噪声系数;第三级采用电阻电容串联负反馈匹配,在尽量降低噪声系数的前提下,保证良好的增益平坦度、输出端口回波损耗以及输出功率.在片测试表明,在10 V漏级电压、-2 V栅极电压偏置下,放大器静态电流为60 mA,8～12 GHz内增益为22.5 dB,增益平坦度为±1.2 dB,输入输出回波损耗均优于-11 dB,噪声系数小于1.55 dB,1 dB增益压缩点输出功率大于11.9 dBm,其芯片尺寸为2.2 mm×1.1 mm.装配测试表明,噪声系数典型值小于1.6 dB,可承受33 dBm连续波输入功率.该X波段GaN低噪声放大器与高功率放大器工艺兼容,可以实现多功能集成,具有广阔的工程应用前景.     

增益可调宽带CMOS低噪声放大器设计

设计了一种应用于超宽带系统中的可变增益宽带低噪声放大器。电路中采用了二阶巴特沃斯滤波器作为输入和输出匹配电路;采用了两级共源共栅结构实现电路的放大,并通过控制第二级的电流,实现了在宽频带范围内增益连续可调;采用了多栅管(MGTR),提高了电路的线性度;设计基于SMIC 0.18μm CMOS工艺。仿真结果显示,在频带3~5 GHz的范围内最高增益17 dB,增益波动小于1.8 dB,输入和输出端口反射系数分别小于-10 dB和-14 dB,噪声系数nf小于3.5 dB,当控制电压Vctrl=1.4 V时,IIP3约为2 dBm,电路功耗为16 mW。     

5.8GHz低噪声放大器的设计与优化

设计了一种低压、低功耗、输出阻抗匹配稳定的CMOS差分低噪声放大器.基于源极电感负反馈共源共栅结构,提出了基于MOS管中等反型区最小化Vdd·Id的方法,以优化功耗.在共栅晶体管处并联正反馈电容,以提升电路增益.对电路的噪声系数、输出阻抗稳定性、芯片面积等也进行了优化.仿真结果表明,当电源电压为1V,工作频率为5.8 GHz时,设计的低噪声放大器的噪声系数为1.53 dB,输入回波损耗为-22.4 dB,输出回波损耗为-24.6 dB,功率增益为19.2dB,直流功耗为4.6 mW.     

基于0.18μm CMOS工艺的2.4/5.2GHz双频段LNA的设计

采用0.18 μm CMOS工艺,实现了双频段低噪声放大器设计.通过射频选择开关,电路可以分别工作在无线局域网标准802.11g规定的2.4 GHz和802.11a规定的5.2 GHz频段.该低噪声放大器为共源共栅结构,设计中采用了噪声阻抗和输入阻抗同时匹配的噪声优化技术.电路仿真结果表明:在2.4 GHz频段电路线性增益为15.4 dB,噪声系数为2.3 dB,1 dB压缩点为-12.5 dBm,IIP3为-4.7 dBm;5.2 GHz频段线性增益为12.5 dB,噪声系数为2.9 dB,1 dB压缩点为-11.3 dBm,IIP3为-5.5 dBm.     

0.13 μm CMOS超宽带低噪声放大器的设计

本文应用Cadence Virtuoso软件平台设计了一个电阻并联交流反馈式共源共栅超宽带低噪声放大器,并采用中芯国际0.13μm CMOS工艺实现了样片。测试结果给出,在供电电压为1.5V,功耗为22.5mW的情况下,芯片最大增益为13.6dB,最小噪声系数为3.6dB,带内噪声系数小于6dB,输入三阶互调截点(IIP3)为-3dBm。测试结果与仿真结果非常接近。     

一种具有新型增益控制技术的CMOS宽带可变增益LNA

高速超宽带无线通信的多标准融合是未来射频器件的发展趋势,该文提出一种基于CMOS工艺、具有新型增益控制技术的宽带低噪声放大器(LNA),采用并联电阻反馈实现宽带输入匹配,并引入噪声消除技术来减小噪声以提高低噪声性能;输出带有新型6位数字可编程增益控制电路以实现可变增益。采用中芯国际0.13m RF CMOS工艺流片,芯片面积为0.76 mm2。测试结果表明LNA工作频段为1.1-1.8 GHz,最大增益为21.8 dB、最小增益8.2 dB,共7种增益模式。最小噪声系数为2.7 dB,典型的IIP3为-7 dBm。     

基于低噪声和高线性度的差分CMOS LNA的设计

基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一种低噪声、高线性度的差分CMOS低噪声放大器。与传统的共源共栅结构相比,该电路在共源晶体管的栅源极并入一个电容以降低共源极的噪声;并在共栅极上引入一对交叉耦合电容和电感,以消除共栅极的噪声并提高电路的线性度。仿真结果表明,在2.4GHz的工作频率下,该电路的噪声系数仅有1.29 dB,该电路能够提供17dB的正向增益,良好的输入输出匹配,该放大器的输入三阶交调点为0.76dBm,功耗小于10mW。     

1.5-6GHz增益和噪声系数稳定的两级超宽带CMOS低噪声放大器设计与性能模拟

 针对UWB应用设计实现了一个1.5-6GHz的两级CMOS低噪声放大器(LNA). 通过引入共栅(CG)和共源(CS)结构以获得宽范围内的输入匹配,采用电流镜和峰化电感进行电流复用,所提出的LNA实现了非常平坦化的功率增益和噪声系数(NF). 经标准0.18μm CMOS工艺实现后,版图后模拟结果表明在1.5-5GHz频率范围内功率增益(S21)为11.45±0.05dB,在2-6GHz频率范围内噪声系数(NF)为5.15±0.05dB,输入损耗(S11)小于-18dB. 在5GHz时,模拟得到的三阶交调点(IIP3)为-7dBm,1dB压缩点为-5dBm.在1.8V电源电压下,LNA消耗6mA的电流,版图实现面积仅为0.62mm^2.