宽带低噪声放大器与ESD防护的协同设计

基于0.18 μm CMOS工艺,介绍了一种UHF频段低噪声放大器(LNA)与静电放电(ESD)保护器件的协同设计和电路仿真方法.采用传输线脉冲测试系统,测得ESD二极管的正向热失效击穿电流为4.28 A,等效于人体模型5.6 kV;反向热失效击穿电流为0.2A,等效于人体模型500 V.通过仿真,分析了ESD二极管的电阻、电容特性,给出了其在LNA正常工作情况下的等效电路;结合LNA电路仿真结果,比较了二极管寄生效应对LNA阻抗匹配、增益、噪声系数和线性度等指标的影响,验证了等效电路的正确性.     

A High Gain and Low Supply Voltage LNA for the Direct Conversion Application With 4-KV HBM ESD Protection in 90-nm RF CMOS

A 2.4-GHz low noise amplifier (LNA) for the direct conversion application with high power gain, low supply voltage and plusmn4 KV human body model (HBM) electrostatic discharge (ESD) protection level implemented by a 90-nm RF CMOS technology is demonstrated. At 12.9 mA of current consumption with a supply voltage of 1.0 V, the LNA delivers a power gain of 21.9 dB and the noise figure (NF) of 3.2 dB, while maintaining the input and output return losses below -11 dB and -18.3 dB, respectively. The power gain and NF are only 0.2 dB lower and 0.64 dB higher than those of LNA without ESD protection     

低功耗CMOS射频低噪声放大器的设计

介绍了一个针对无线通讯应用的2.1 GHz低噪声放大器(LNA)的设计.该电路采用Chartered 0.25 μm CMOS工艺,电源电压为2.5 V,设计中使用了多个电感,详述了设计过程并给出了优化仿真结果. 模拟结果显示,该电路能提供21.63 dB的正向增益(S21),功耗为12.5 mW,噪声系数为2.1 dB,1 dB压缩点为-19.054 1 dBm.芯片面积为0.8 mm×0.6 mm.测试结果达到了设计指标,一致性良好.     

一种低功耗宽带低噪声放大器

设计了一种应用于无线传感网的低功耗宽带低噪声放大器。通过使用电容交叉耦合的共栅放大器结构来提高增益,同时实现宽带输入阻抗匹配。运用PMOS和NMOS层叠结构实现电流复用,降低了功耗。该低噪声放大器采用0.18 μm SMIC CMOS工艺设计。后仿真结果表明,该放大器在1.8 V电源供电下的功耗仅为0.712 mW,在3 dB带宽0.043~1.493 GHz范围内的峰值增益为20.44 dB,最小噪声系数为4.024 dB,输入3阶交调点为-3.73 dBm。     

65nm CMOS工艺下新型静电防护衬底改造GGNMOS

为实现纳米集成电路上(On-Chip)的静电(ESD)防护,有效保护脆弱的栅氧,基于65 nm CMOS工艺,提出使用增大衬底电阻技术以及电源轨控制辅助PMOS提供额外触发电流技术的新型衬底改造GGNMOS.测试结果表明,与传统GGNMOS结构相比,新型结构具有低触发电压(3V)以及更高的失效电流(增加23.5％)等优点.     

GaAs低噪声放大器的抗静电设计

基于提升GaAs低噪声放大器(LNA)的抗静电(ESD)能力的需求,且实现器件小型化轻量化,设计了一种S波段GaAs低噪声放大器的ESD防护电路,该电路利用1/4波长线的微波特性,通过1/4波长微带线并联在GaAs芯片的输入输出端,瞬态二极管(TVS)并联在芯片的电源端,不改变器件原有封装尺寸的条件下构成保护结构.基于ESD人体模型,运用静电模拟仪器对低噪声放大器进行了模拟试验,并对其性能进行了测试.结果表明,在6.5 mm×6.5 mm×2.4 mm的封装尺寸下,器件的抗静电能力从250 V提高到了1 000 V,在频率为2.6～3.7 GHz,带内增益大于25 dB,增益平坦度小于-±0.5 dB,噪声系数小于1.5 dB,满足高可靠领域应用的要求.     

无线应用CMOS低噪声放大器的设计

基于射频CMOS集成电路技术, 设计出用于无线通信系统的CMOS低噪声放大器.对影响其增益、噪声系数的阻抗匹配进行了分析.采用TSMC的0.35 μm射频工艺库,在ADS仿真平台上对低噪声放大器电路进行了仿真.其中,低噪声放大器设计成差分结构,提供了13 dB增益、-10 dBm IIP3、-13 dBm P1dB、1.9 dB的噪声系数和55 mW的功耗.     

ESD保护低噪声放大器的分析与设计

针对封装和ESD寄生对源极电感反馈结构低噪声放大器的影响,进行了详细的理论分析。在已发表文献的基础上,加入对ESD寄生引起的输入匹配网络改变的考虑,给出了新的噪声系数公式。根据分析结果,提出设计时的考虑。采用0.18μm CMOS工艺,设计了一款GPS L1波段的单端低噪声放大器。测试结果显示,电路增益达到18dB,噪声系数为2.2dB;在1.8V电压下,电流消耗为4.5mA。     

2-GHz CMOS射频低噪声放大器的设计与测试

本文采用CMOS工艺,针对无线通信系统前端(Front-end)的低噪声放大器进行了分析、设计、仿真和测试.测试结果表明,该放大器工作在2.04-GHz的中心频率上,3dB带宽约为110MHz,功率增益为22dB,NF小于3.3dB.测试结果与仿真结果能够很好地吻合.     

增益可控CMOS低噪声放大器

设计了采用SMIC0.18μm RF CMOS工艺的共源共栅NMOS结构的增益可变的差动式低噪声放大器。在考虑了ESD保护pad和封装寄生效应后,着重对低噪声放大器的输入阻抗匹配、增益以及共源共栅级联结构下的噪声系数、线性度等进行了一系列分析,并提出了优化措施。芯片测试结果表明:在1.56GHz中心频率下,-3dB带宽约为150MHz,输出最大电压增益为27dB,此时噪声系数NF约为2.33dB,IIP3约为4.0dBm,可变增益范围为7dB。在3.3V电源电压下消耗电流8.2mA。此设计方法可以应用到诸如GSM、GPS等无线接收机系统中。     

CMOS全差分超宽带低噪声放大器

文中给出了一个应用于超宽带射频接收机中的全集成低噪声放大器,该低噪声放大器采用了电阻并联负反馈与源极退化电感技术的结合,为全差分结构,在Jazz0.18μm RF CMOS工艺下实现,芯片面积为1.08mm2,射频端ESD抗击穿电压为1.4kV。测试结果表明,在1.8V电源电压下,该LNA的工作频带为3.1～4.7GHz,功耗为14.9mW,噪声系数(NF)为1.91～3.24dB,输入三阶交调量(IIP3)为-8dBm。     

心电图机专用IC－CMOS低噪声前置放大器的设计

ＣＭＯＳ低噪声、低漂移、低失调运放是为＂心电图机专用集成电路＂而设计的，要求具有高输入阻抗、高ＣＭＲＲ、低漂移、低失调、尤其是低的１／ｆ噪声。ＣＭＯＳ器件与双极型器件和ＪＦＥＴ器件相比，通常有较大的１／ｆ噪声电压。由于采用特殊的设计技术，使我们研制的ＣＭＯＳ运放具有较低的１／ｆ噪声，且功耗较低。经研制及投片，实例得０．０５Ｈｚ～２５０Ｈｚ等效输入噪声电压峰峰值小于２．５μＶ，±２．５Ｖ到±１０Ｖ电源电压下输入失调小于１ｍＶ，共模抑制比１１０ｄＢ以上，完全达到设计指标。该运放可广泛用于生物医学电子学及其他需要低噪声运放的场合，在±２．５Ｖ工作时亦可作为微功耗运放使用。     

一种基于噪声抵消技术的宽带低噪声放大器

设计了一种应用于全球数字广播 (Digital Radio Mondiale,DRM)和数字音频广播 (Digital Audio Broadcasting,DAB) 的宽带低噪声放大器.采用噪声抵消结构,抵消输入匹配器件在输出端所产生的热噪声和闪烁噪声,使输入阻抗匹配和噪声优化去耦.电路采用华润上华CSMC 0.6 μm CMOS工艺实现.测试结果表明,3 dB带宽为100 kHz～213 MHz,最大增益为16.2 dB, S11和S22小于-7.5 dB, 最小噪声系数为3.3 dB, 输入参考的1 dB增益压缩点为-3.8 dBm,在5 V电源电压下,功耗为51 mW,芯片面积为0.18 mm2.     

宽带低噪声CMOS数字电视频率综合器

介绍了一块CMOS数字电视调谐芯片中的宽带PLL频率综合器。该芯片使用经典的单变频三波段结构,VCO通过片外谐振回路产生了从80MHz到910MHz的频率用于电视调谐。VCO模块采用了独创的稳幅机制来满足输出的幅度和相噪特性在宽带范围内的基本一致;同时对电荷泵的电流失配和输出噪声之间的关系进行了分析,优化了电流失配,同时获得了较好的输出噪声。该频率综合器采用3.3V 0.35μm CMOS RF工艺,满足了DVB-CQAM64数字电视的低噪声要求,实现了清晰的数字电视接收,最后给出了测试结果。     

基于CMOS工艺的一种低功耗高增益低噪声放大器

采用0.18μm CMOS工艺,两级共源结构实现了低功耗高增益的低噪声放大器设计。共源结构的级联采用电流共享技术,从而达到低功耗的目的。电路的输入端采用源极电感负反馈实现50Ω阻抗匹配,同时两级共源电路之间通过串联谐振相级联。该LNA工作在5.2 GHz,1.8 V电源电压,能提供20 dB的增益(S21为20 dB),而噪声系数为1.9 dB,输入匹配较好,S11为-32 dB。     

一种带封装及ESD保护电路的低噪声放大器设计

研究了封装以及ESD保护电路对低噪声放大器的性能影响。通过详尽推导电感负反馈共发射极低噪声放大器的输入阻抗、跨导、电压增益以及噪声系数的表达式,讨论并设计了一个应用于超高频接收芯片的低噪声放大器。芯片采用低成本的0．8μm BiCMOS工艺实现,封装形式为SOIC28。经过测量,所得到的参数与讨论及仿真值很好吻合,验证了设计以及优化方法的正确性。     

A Wideband CMOS Low Noise Amplifier Employing Noise and IM2 Distortion Cancellation for a Digital TV Tuner

A wideband CMOS low noise amplifier (LNA) with single-ended input and output employing noise and IM2 distortion cancellation for a digital terrestrial and cable TV tuner is presented. By adopting a noise canceling structure combining a common source amplifier and a common gate amplifier by current amplification, the LNA obtains a low noise figure and high IIP3. IIP2 as well as IIP3 of the LNA is important in broadband systems, especially digital terrestrial and cable TV applications. Accordingly, in order to overcome the poor IIP2 performance of conventional LNAs with single-ended input and output and avoid the use of external and bulky passive transformers along with high sensitivity, an IM2 distortion cancellation technique exploiting the complementary RF performance of NMOS and PMOS while retaining thermal noise canceling is adopted in the LNA. The proposed LNA is implemented in a 0.18 $muhbox{m}$ CMOS process and achieves a power gain of 14 dB, an average noise figure of 3 dB, an IIP3 of 3 dBm, an IIP2 of 44 dBm at maximum gain, and S11 of under ${- 9}~{rm dB}$ in a frequency range from 50 MHz to 880 MHz. The power consumption is 34.8 mW at 2.2 V and the chip area is 0.16 ${rm mm}^{2}$.      

一种65 nm CMOS 60 GHz高增益功率放大器

设计了一种基于65 nm CMOS工艺的60 GHz功率放大器。采用共源共栅结构与电容中和共源级结构相结合的方式来提高功率放大器的增益,并采用两路差分结构来提高输出功率。采用片上变压器作为输入/输出匹配及级间匹配,以减小芯片的面积,从而降低成本。采用Cadence、ADS和Momentum等软件进行联合仿真。后仿真结果表明,在工作频段为60 GHz时,最大小信号增益为26 dB,最大功率附加效率为18.6%,饱和输出功率为15.2 dBm。该功率放大器具有高增益、高效率、低成本等优点。     

2.1GHz CMOS低噪声放大器

采用上海华虹NEC0.35μm标准CMOS工艺进行RFCMOS窄带低噪声放大器的设计和制作。测试结果表明,在2.1GHz时,输入驻波比1.1,输出驻波比1.5,增益18dB,噪声系数2.7dB,P-1dB输出功率9dBm。     

一种低噪声高增益CMOS跨阻放大器

提出了一种低噪声高增益CMOS跨阻放大器(TIA),用于检测SEM成像产生的微弱信号。该TIA采用列线图解法进行设计,采用0.18 μm CMOS工艺进行制作。该TIA集成了一个具有10 pF结电容的光电二极管。该TIA的跨阻增益达107.3 dB,带宽为12.5 MHz,输入参考噪声为3.54×10-12A·Hz-1/2,信噪比为8。