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。     

L波段0.9 mW CMOS LNA的分析与设计

给出了一种采用Γ型输入匹配网络的源简并共源低噪声放大器电路结构,分析了在低功耗情况下,高频寄生效应对低噪声放大器(LNA)输入阻抗及噪声特性的影响,并采用此结构设计了一款工作于L渡段的低功耗低噪声放大器.采用CMOS 0.18μm工艺,设计了完整的ESD保护电路,并进行了QFN封装.测试结果表明.在1.57 GHz工作频率下,该低噪声放大器的输入回波损耗小于-30 dB,输出回波损耗小于-14 dB,增益为15.5 dB,噪声系数(NF)为2.4 dB,输入三阶交调点(IIP3)约为-8 dBm.当工作电压为1.5 V时,功耗仅为0.9 mW.     

0.6V CMOS低噪声放大器的设计与优化*

采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺设计了一个低电压低功耗的低噪声放大器(Locked Nucleic Acid,LNA).分析了在低电压条件下LNA的线性度提高及噪声优化技术.使用Cadence SpectreRF仿真表明,在2.4 GHz的工作频率下,功率增益为19.65 dB,输入回波损耗S11为-12.18 dB,噪声系数NF为1.2 dB,1 dB压缩点为-17.99 dBm,在0.6V的供电电压下,电路的静态功耗为2.7 mW,表明所设计的LNA在低电压低功耗的条件下具有良好的综合性能.     

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2.4GHz多模块集成CMOS射频前端芯片

为提升无线通信终端中射频模组的集成度、降低终端的实现成本,基于0.18μm CMOS工艺设计了一款2.4 GHz射频前端芯片,片上集成射频功率放大器(PA)、射频低噪声放大器(LNA)、射频开关、基准源电路及数字控制电路,PA和LNA的阻抗匹配网络均采用片上元件实现.测试结果显示,接收模式下,芯片的增益为11.2 dB,输入\\输出回波损耗分别为-5.8 dB及-21.1 dB,IIP3为3.9 dBm;发射模式下,芯片增益达26.8 dB,输入\\输出回波损耗分别为-21 dB及-14.2 dB,输出1 dB压缩点为23.5 dBm,峰值PAE达24%.本芯片对于2.4 GHz ISM频段通信系统具备一定的应用价值.     

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.     

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.     

2.4G CMOS低噪声放大器设计

采用0.18微米CMOS工艺,设计了一种应用于蓝牙的低电压折叠共源共栅低噪声放大器.采用级间匹配结构,使信号正向传输最大化,从而降低了噪声,提高增益.电源电压为1V,在工作频率2.45GHz时仿真结果显示:噪声系数为1.087dB,增益为22.535db,输入回波损耗为-30.595db,输出回波损耗为-34.132db,一分贝压缩点为-11.746dBm,功耗为10mW,且此低噪声放大器在工作区域内无条件稳定.     

120 nm SiGe BiCMOS 90~100 GHz低噪声放大器

基于IBM8HP 120 nm SiGe BiCMOS工艺,分析了晶体管的最小噪声系数和最大可用增益特性。采用两级Cascode放大器级联结构,研制出一种频带为90~100 GHz的低噪声放大器(LNA)。详细分析了Cascode放大器潜在的自激可能性,采用串联小电阻的方式消除不稳定性。与电磁仿真软件Sonnet联合仿真,结果表明,在频带内,放大器的输入反射系数S11<-18 dB,输出反射系数S22<-12 dB;在94 GHz处,噪声系数为8 dB,增益为14.75 dB,输出1 dB压缩点功率为-7.9 dBm;在1.8 V供电电压下,整个电路的功耗为14.42 mW。该放大器具有低噪声、低功耗的特点。     

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.