内容发布更新时间 : 2024/12/24 11:06:38星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

5.6GHz CMOS 低噪声放大器设计

摘要：分析了一种射频 COMS 共源-共栅低噪声放大器的设计电路，采用 TSMC 90nm 低功耗工艺实现。仿真结果表明：在 5．6GHz 工作频率，电压增 益约为 18．5dB；噪声系数为 1．78dB；增益 1dB 压缩点为-21．72dBm；输入 参考三阶交调点为-11．75dBm。在 l．2V 直流电压下测得的功耗约为 25mW。 关键词；互补金属氧化物半导体；低噪声放大器；噪声系数；线性度； 0 引言 低噪声放大器(LNA)是射频接收机前端的主要部分。它主要有四个特 点：首先，它位于接收机的最前端，这就要求它的噪声越小越好。为了抑制后 面各级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，但为了不使后面的混频器过 载，产生非线性失真，它的增益又不宜过大。放大器在工作频段内应该是稳定 的。其次，它接受的信号是很微弱的，所以低噪声放大器必定是一个小信号线 性放大器。第三，低噪声放大器一般通过传输线直接和天线相连，放大器的输 入端必须与其有很好的匹配，以达到最大传输功率或最小的噪声系数。第四， 应具有一定的选频功能，抑制带外和镜像频率干扰。

在 GHz 频率范围内，

CMOS 工艺相比其他工艺有价格低、集成度高、功耗低等优点，利用 CMOS 工 艺来设计射频集成电路已经得到越来越广泛的应用，本文即采用 CMOS 工艺来 实现对一种 5．6GHz 低噪声放大器的设计。

1 LNA 结构及性能分析 由于带源端负反馈电感的共源放大器具有噪声系数 低、增益高、线性度好，以及可实现输入阻抗匹配等优点，因此在无线收发机 系统中得到广泛应用。为了减小晶体管的 Miller 效应和有限输出阻抗对放大器 性能的影响，并提供良好的方向隔离性能，低噪声放大器通常采用 Cascode 结 构。具体电路如图 1 所示。

共栅方式连接的晶体管 M2 用来减少调谐输出与调谐输入之间的相互作用，

并同时减少 Ml 的 Cgd 的影响。晶体管；M3 基本上是与 M1 形成一个电流镜， 通过 M3 的电流是由电源电压和 Rref 以及 M3 的 Vgs 决定的。电阻 RBIAS 选 择得足够大，所以它的等效噪声电流小到足以被忽略。为了完成偏置，必须用 一个隔断 DC 的电容 CB 来防止影响 M1 的栅源偏置。 M1 源级接 Ls，形成源 级负反馈结构，栅极接 Lg，做输入匹配使用。若忽略栅漏电容 Cgd，则其输入 阻抗可以表示为：

其中 Lg、Ls 为片上平面螺旋电感。为了实现 50Ω 阻抗匹配，通过调谐感抗， 使其在谐振频率 ωo 处谐振，上式的虚部为零，实部等于 50Ω。这种匹配设计 的好处在于使用等效电阻实现与输入端的匹配，而无需引入实际电阻，因而减 少了额外的热噪声。即如下式：

这就是源极负反馈结构在 LNA 设计中普遍

采用的一个原因。在设计过程中，由式(3)根据 M1 的参数和 50Ω 匹配条件设计 出 Ls，再由式(2)根据工作频率点和滤波要求确定栅极电感 Lg。tips:感谢大家 的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！