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模拟技术相关技术文章基于CMOS LNAs器件实现低噪声放大器电路的设计
1 引 言
目前,在高达数GHz的RF频段范围内,广泛使用的是GaAs MESFET LNAs,其优点是能够在功率增益高达20 dB的同时,使噪声系数低至大约1 dB。但随着CMOS电路技术的成熟,近来对RF CMOS电路元件的研究成果越来越多,在无线通信系统上也已经实现了SoC化。如果CMOS制造技术能克服噪声大,功率损耗大等缺点,凭借其低廉的价格,CMOS LNAs将有可能在数GHz的RF频段范围内,逐渐取代GaAs MESFET LNAs。
由于LNAs通常位于整个接收电路的第一级,由式(1)可以看出,第一级的LNAs对于接收电路有很大的影响。所有在设计LNA电路时,应考虑降低噪声,提高增益,输入输出阻抗匹配,降低功率损耗,提高线性度等重要因素。
2 低噪声放大器电路设计
如图1所示,设计一个cascode型输入的低噪声放大器。图中Ls及Lg用来实现输入阻抗匹配,而调整Ld和Cout可以实现输出阻抗匹配。Cin可以用来阻止输入端的直流信号。
从输入部分电路可以计算出输入阻抗为:
调整Ls使得输入阻抗Zin实部为50 Ω,再调整Lg使得Zin虚部为0。如此即可调出Ls和Lg来实现电路的输入阻抗。但是由于分布参数的影响,Ls和Lg的值还必须代入仿真软件做进一步调整。
对于放大器的输出,由于放大器使用LC并联电路作为负载,所以当LC谐振在2.38 GHz时,理想的LC电路应呈现出开路状态,此时负载最大,增益也最大。但是电路的增益仍然受到电感和电容的Q值影响,所以在进行软件仿真时还需通过调整电感电容值来调整LNA的中心频率。
3 本LNA中无源器件的结构
由于此设计采用全集成化设计,所以无源器件都用CMOS工艺制作在芯片内部,即内嵌式(on-chip)。