C频段宽带低噪声放大器模块设计与实现

设计并实现了3.8～4.8 GHz的C频段宽带低噪声放大器(LNA)模块.模块中采用源极负反馈电感提高LNA的稳定性,并进行了理论推导;定量给出了采用微带线和PCB板过孔的寄生电感作为负反馈电感的电感值;提出一种新的易操作的设计多级宽带LNA的方法,该方法采用各级增益多峰值匹配展宽带宽.该LNA模块的实验测试结果与理论计算符合很好,在1 GHz宽带频率范围内增益大于36 dB,噪声系数小于1 dB.     

一种宽带CMOS低噪声放大器

基于130 nm CMOS工艺设计了一款宽带低噪声放大器(LNA),适用于Ka波段的5G应用。通过降低输入阻抗与最佳源阻抗的偏差以抑制噪声,该LNA实现了宽带的最佳噪声系数匹配。一方面,该LNA采用由LC串联组合和LC并联组合构成的宽带前端网络,在取得低噪声系数的同时,实现了宽带输入匹配;另一方面,通过体隔离技术和级间电感匹配技术提高了电路增益。同时,通过并联峰值负载技术,提高了LNA的带内增益平坦度。测试结果表明,该LNA的峰值增益为11.2 dB,-3 dB带宽为7.5 GHz(29.1～36.6 GHz)。噪声系数为5.9～6.6 dB,与仿真的最小噪声系数非常接近。输入反射系数(<-10 dB)带宽为6.7 GHz(28.3～35 GHz)。该LNA在1.2 V电源电压下功耗为9 mW,芯片面积为0.54 mm²。     

1MHz～40GHz超宽带分布式低噪声放大器设计

为满足宽带系统中低噪声放大器(LNA)宽带的要求,采用0.15μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计了两款1 MHz^40 GHz的超宽带LNA,分别采用均匀分布式放大器结构及渐变分布式放大器结构,电路面积分别为1.8 mm×0.85 mm和1.8 mm×0.8 mm。电磁场仿真结果表明,1 MHz^40 GHz频率范围内,均匀分布式LNA增益为15.3 dB,增益平坦度为2 dB,噪声系数小于5.1 dB;渐变分布式LNA增益为14.16 dB,增益平坦度为1.74 dB,噪声系数小于3.9 dB。渐变分布式LNA较均匀分布式LNA,显著地改善了增益平坦度、噪声性能和群延时特性。     

基于有源电感的全集成超宽带低噪声放大器

利用有源电感来实现超宽带低噪声放大器(UWB LNA),不但可以减小芯片面积、改善增益平坦度,而且可通过外部调节偏置电压来调谐有源电感的电感值,进而调整设计中没有考虑到的由工艺变化及封装寄生带来的增益退化.采用TSMC 0.35 μm SiGe BiCMOS工艺,利用Cadence设计工具完成了放大器电路及版图的设计.在3.1～10.6 GHz工作频率范围内,通过外部调节电压来调谐有源电感,可使LNA的增益S21在16～19 dB范围内变化,输入输出回波损耗S11,S22均小于-10 dB,噪声为2.4～3.7 dB,输入3阶截点IIP3为-4 dBm.整个电路芯片面积仅为0.11 mm2.     

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.     

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。     

宽带高增益输出平衡CMOS低噪声放大器的设计

设计了一种带片内变压器、适用于0.05～2.5 GHz频段的宽带低噪声放大器(LNA).电路设计采用了并行的共栅共源放大结构,将从天线接收到的单端输入信号转换为一对差分信号输出给后级链路.针对变压器结构的LNA噪声系数不够低和输出不平衡的问题,采用了缩放技术、噪声消除技术以及两级的全差分放大器作为输出缓冲级,来有效降低电路的噪声系数,提高增益和输出平衡度.电路采用TSMC 0.18μm 1P6M RF CMOS工艺设计仿真和流片,测试结果表明:在0.05 ～ 2.5 GHz频带范围内,该LNA的最高功率增益达24.5 dB,全频段内噪声系数为2.6～4 dB,输入反射系数小于-10 dB,输出差分信号幅度和相位差分别低于0.6dB和1.8°.     

一个基于65 nm CMOS工艺具有17.3 dB增益的47-67 GHz宽带低噪声放大器

报道了一个基于65 nm CMOS工艺具有17.3 dB增益的47-67 GHz宽带低噪声放大器（LNA）。文中首先阐述了毫米波电路的特征,并讨论了其设计方法。LNA的宽带输入匹配通过源极电感退化获得,这种结构在低GHz频段为窄带匹配,但由于栅漏电容Cgd的存在,在毫米波频段其进化为宽带匹配。为了使噪声系数（NF）最小化,LNA在第一级使用了共源（CS）结构而不是cascode结构,同时文中也探讨了噪声匹配的原理。LNA的后两级使用cascode结构以提高功率增益。对共栅（CG）晶体管中栅极电感的增益提升效应进行了分析。级间T形匹配网络用来提升电路带宽。所有片上电感和传输线都在3维电磁仿真工具中建模和仿真以确保成功的设计。测试结果显示LNA在60 GHz处取得最高的 17.3 dB增益,同时3-dB带宽为20 GHz（47-67 GHz）,涵盖所需要的59-64 GHz频段,并在62 GHz取得最低的4.9 dB噪声系数。整个LNA从1.2 V电源处吸收19 mA电流,芯片包括焊盘占用面积为900×550 μm2。     

5～13 GHz GaAs限幅低噪声放大器MMIC

基于0.15 μm GaAs pin二极管和GaAs PHEMT工艺,设计并实现了一款5～13 GHz限幅低噪声放大器(LNA)单片微波集成电路(MMIC).该MMIC中限幅器采用三级反向并联二极管结构,优化了插入损耗和耐功率性能;LNA采用两级级联设计,利用负反馈和源电感匹配,在宽带下实现平坦的增益和较小的噪声;限幅器和LNA进行一体化设计,实现了宽带耐功率和低噪声目标.测试结果表明,在5～13GHz内,该MMIC的小信号增益大于20 dB,噪声系数小于1.8 dB,耐功率大于46 dBm(2 ms脉宽,30％占空比),总功耗小于190 mW,芯片尺寸为3.3 mm×1.2 mm.限幅LNA MMIC芯片的尺寸较小,降低了组件成本,同时降低了组件装配难度,提高通道之间的一致性.     

1.1 dB噪声系数的单片微波集成低噪声放大器

设计与实现了一款两级赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)单片微波集成电路(MMIC)低噪声放大器(LNA)。考虑到实际片上无源电感的性能(低Q值),最优噪声匹配往往不能获得最好的噪声性能,相反因为输入电感的存在会增加芯片的面积。设计旨在选择合适的输入晶体管,以免除输入电感的使用,减小芯片的面积。经过优化设计,芯片尺寸为0.8 mm×0.8 mm。测试结果表明,放大器在3.4~3.6 GHz频段内实现了1.1 dB的噪声系数以及25.8 dB的小信号增益,带内回波损耗最大值为-16.5 dB。在回波损耗小于-10 dB的范围内,电路带宽拓展到2.8~4.7 GHz,此时增益最小值为20 dB,噪声最大值为1.3 dB。     

0.2μm GaAs PHEMT3.1~10.6GHz宽带低噪声放大器设计

采用OMMIC公司提供的0.2μm GaAs PHEMT工艺(fT=60 GHz)设计并实现了一种适用于宽带无线通信系统接收前端的低噪声放大器。在3.1~10.6 GHz的频带内测试结果如下:最高增益为13 dB;增益波动<2dB;输入回波损耗S11<-11 dB;输出回波损耗S22<-16 dB;噪声系数NF<3.9 dB。5 V电源供电,功耗为120mW。芯片面积为0.5 mm×0.9 mm。与近期公开发表的宽带低噪声放大器测试结果相比较,本电路结构具有芯片面积小、工作带宽大、噪声系数低的优点。     

An ultra-wideband CMOS low noise amplifier for 3-5-GHz UWB system

An ultra-wideband (UWB) CMOS low noise amplifier (LNA) topology that combines a narrowband LNA with a resistive shunt-feedback is proposed. The resistive shunt-feedback provides wideband input matching with small noise figure (NF) degradation by reducing the Q-factor of the narrowband LNA input and flattens the passband gain. The proposed UWB amplifier is implemented in 0.18-/spl mu/m CMOS technology for a 3.1-5-GHz UWB system. Measurements show a -3-dB gain bandwidth of 2-4.6GHz, a minimum NF of 2.3 dB, a power gain of 9.8 dB, better than -9 dB of input matching, and an input IP3 of -7dBm, while consuming only 12.6 mW of power.     

Design of a fully differential CMOS LNA for 3.1-10.6 GHz UWB communication systems

A fully differential complementary metal oxide semiconductor （CMOS） low noise amplifier （LNA） for 3.1-10.6 GHz ultra-wideband （UWB） communication systems is presented. The LNA adopts capacitive cross-coupling common-gate （CG） topology to achieve wideband input matching and low noise figure （NF）. Inductive series-peaking is used for the LNA to obtain broadband flat gain in the whole 3.1-10.6 GHz band. Designed in 0.18 um CMOS technology, the LNA achieves an NF of 3.1-4.7 dB, an Sll of less than -10 dB, an S21 of 10.3 dB with ±0.4 dB fluctuation, and an input 3rd interception point （IIP3） of -5.1 dBm, while the current consumption is only 4.8 mA from a 1.8 V power supply. The chip area of the LNA is 1×0.94 mm^2.     

2～12 GHz CMOS超宽带低噪声放大器设计

提出了一种基于双反馈电流复用结构的新型CMOS超宽带(UWB)低噪声放大器(LNA),放大器工作在2～12 GHz的超宽带频段,详细分析了输入输出匹配、增益和噪声系数的性能。设计采用TSMC 0.18μm RF CMOS工艺,在1.4 V工作电压下,放大器的直流功耗约为13mW(包括缓冲级)。仿真结果表明,在2～12 GHz频带范围内,功率增益为15.6±1.4 dB,输入、输出回波损耗分别低于-10.4和-11.5 dB,噪声系数(NF)低于3 dB(最小值为1.96 dB),三阶交调点IIP3为-12 dBm,芯片版图面积约为712μm×614μm。     

A 0.18μm CMOS 3-5 GHz broadband flat gain low noise amplifier

A 3-5 GHz broadband flat gain differential low noise amplifier (LNA) is designed for the impulse radio uitra-wideband (IR-UWB) system. The gain-flatten technique is adopted in this UWB LNA. Serial and shunt peaking techniques are used to achieve broadband input matching and large gain-bandwidth product (GBW). Feedback networks are introduced to further extend the bandwidth and diminish the gain fluctuations. The prototype is fabricated in the SMIC 0.18 μm RF CMOS process. Measurement results show a 3-dB gain bandwidth of 2.4-5.5 GHz with a maximum power gain of 13.2 dB. The excellent gain flatness is achieved with ±0.45 dB gain fluctuations across 3-5 GHz and the minimum noise figure (NF) is 3.2 dB over 2.5-5 GHz. This circuit also shows an excellent input matching characteristic with the measured S11 below-13 dB over 2.9-5.4 GHz. The input-referred 1-dB compression point (IPldB) is -11.7 dBm at 5 GHz. The differential circuit consumes 9.6 mA current from a supply of 1.8 V.     

（英）CMOS毫米波低功耗超宽带共栅低噪声放大器

本文陈述了一个基于单端共栅与共源共栅级联结构的超宽带低噪声放大器(LNA)。该LNA用标准90-nm RF CMOS工艺实现并具有如下特征：在28.5到39 GHz频段内测得的平坦增益大于10 dB;-3 dB带宽从27到42 GHz达到了15 GHz,这几乎覆盖了整个Ka带;最小噪声系数(NF)为4.2 dB,平均NF在27-42 GHz频段内为5.1 dB;S₁₁在整个测试频段内小于-11 dB。40 GHz处输入三阶交调点(IIP3)的测试值为 2 dBm。整个电路的直流功耗为5.3 mW。包括焊盘在内的芯片面积为0.58*0.48 mm2_。     

2.5 dB NF 3.1-10.6 GHz CMOS UWB LNA with small group-delay variation

A 3.1-10.6 GHz ultra-wideband low-noise amplifier (UWB LNA) with excellent phase linearity property (group-delay variation is only plusmn 16.7 ps across the whole band) using standard 0.13 mum CMOS technology is reported. To achieve high and flat gain and small group-delay variation at the same time, the inductive peaking technique is adopted in the output stage for bandwidth enhancement. The UWB LNA achieved input return loss (S₁₁) of -17.5 to -33.6 dB, output return loss (S₂₂) of -14.4 to -16.3 dB, flat forward gain (S₂₂) of 7.92 plusmn 0.23 dB, and reverse isolation (S₁₂) of -25.8 to -41.9 dB over the 3.1-10.6 GHz band of interest. A state-of-the-art noise figure (NF) of 2.5 dB was achieved at 10.5 GHz.     

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。     

A wideband LNA employing gate-inductive-peaking and noise-canceling techniques in 0.18μm CMOS

正This paper presents a wideband low noise amplifier(LNA) for multi-standard radio applications.The low noise characteristic is achieved by the noise-canceling technique while the bandwidth is enhanced by gateinductive -peaking technique.High-frequency noise performance is consequently improved by the flattened gain over the entire operating frequency band.Fabricated in 0.18μm CMOS process,the LNA achieves 2.5 GHz of -3 dB bandwidth and 16 dB of gain.The gain variation is within±0.8 dB from 300 MHz to 2.2 GHz.The measured noise figure(NF) and average HP3 are 3.4 dB and -2 dBm,respectively.The proposed LNA occupies 0.39 mm2 core chip area.Operating at 1.8 V,the LNA drains a current of 11.7 mA.     

A low power high gain UWB LNA in 0.18-μm CMOS

A low power high gain differential UWB low noise amplifier (LNA) operating at 3-5 GHz is presented.A common gate input stage is used for wideband input matching; capacitor cross coupling (CCC) and current reuse techniques are combined to achieve high gain under low power consumption. The prototypes fabricated in 0.18-μm CMOS achieve a peak power gain of 17.5 dB with a -3 dB bandwidth of 2.8-5 GHz, a measured minimum noise figure (NF) of 3.35 dB and -12.6 dBm input-referred compression point at 5 GHz, while drawing 4.4 mA from a 1.8 V supply. The peak power gain is 14 dB under a 4.5 mW power consumption (3 mA from a 1.5 V supply). The proposed differential LNA occupies an area of 1.01 mm~2 including test pads.