【摘 要】
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宽带低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)是多标准和多频段射频接收器电路系统的第一个有源电路模块,其增益、噪声和线性度等性能的优劣直接影响射频接收器的性能。但是,宽带低噪声放大器中输入匹配、增益、噪声和带宽等性能相互制约。如宽带复合结构电阻反馈共源(Common Source,CS)LNA电路结构由于受输入匹配条件的制约,反馈电阻只能在一定的范围取值,使电路噪声系数无法进一
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宽带低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)是多标准和多频段射频接收器电路系统的第一个有源电路模块,其增益、噪声和线性度等性能的优劣直接影响射频接收器的性能。但是,宽带低噪声放大器中输入匹配、增益、噪声和带宽等性能相互制约。如宽带复合结构电阻反馈共源(Common Source,CS)LNA电路结构由于受输入匹配条件的制约,反馈电阻只能在一定的范围取值,使电路噪声系数无法进一步降低。针对这个问题,本文提出了两个改进的结构。在宽带复合结构电阻反馈CS-LNA的基础上,进一步在输出端和输入端增加交叉连接的PMOS管,引入新的有源负反馈支路,构成了宽带复合结构电阻反馈+负反馈CS-LNA架构。该架构通过调节所加入PMOS管的跨导,增加了输入匹配的自由度,解决了原复合结构电阻反馈CS-LNA反馈电阻受限于输入匹配的问题,从而可在保证输入匹配的同时提高反馈电阻的阻值,改善LNA中噪声、输入匹配、增益和带宽之间相互制约的矛盾,降低LNA的噪声系数和提高LNA的电压增益。改变宽带复合结构电阻反馈CS-LNA使用反馈电阻满足输入匹配的方法,在输入端和输出端连接NMOS管加入有源负反馈结构,构成了宽带复合结构有源反馈CS-LNA架构。该架构通过调节NMOS管有源反馈结构匹配输入阻抗,相比电阻反馈,有源反馈有着更高的自由度来满足输入匹配。由于复合结构有源反馈CS-LNA没有反馈电阻限制输出阻抗和产生噪声,可在LNA设计中实现更高的增益和更低的噪声系数。采用TSMC 180nm CMOS工艺设计了宽带复合结构电阻反馈+负反馈CS-LNA,仿真结果表明,在0.051.5GHz频率范围内,相比复合结构电阻反馈CS-LNA,功率增益S21提高了3.5dB,噪声系数NF降低了0.38dB。采用UMC 90nm CMOS工艺设计了宽带复合结构有源反馈CS-LNA,仿真结果表明,在0.033GHz频率范围内,与复合结构电阻反馈CS-LNA相比,功率增益S21提高了3.7dB,噪声系数NF降低了0.44dB。
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