从信号源看到的网络输入阻抗为:
其中C2(约100fF)与PCSNIM中的C1相等。
源电感LS的主要作用是使输入阻抗产生50?赘的实部,实现输入阻抗匹配。理想电感理论上不影响系统的Re[Zopt],如式(6)、式(9);LS很小(0.7nH),对Im[Zopt]的影响可以忽略不计,如式(7)、式(10)。因此改进电路的最佳噪声阻抗可以利用式(9)、式(10)计算。
3、设计事例和模拟结果
在实际芯片制造中,一般片上电阻的误差很大,约20%,R1的波动直接影响系统的直流工作点,对系统的整体性能有很大影响;且R1约为1.5kΩ,使用片上电阻会占用较大的芯片面积。为了避免上述问题,可以用MOS电阻M4取代R1。这样不仅节省了芯片面积,而且可以使电阻R1的精确度大大提高。
图2中的C2很小(只有100fF左右),实际片上电容越小,误差越大,但是C2的波动对噪声性能影响很大。为了避免C2波动对系统性能的影响,用M5 MOS电阻替代R2,利用M5源端到栅和衬底的寄生电容取代C2。这样M5不仅可以像R2那样起到噪声隔离的目的,而且可以完全取代C2。这样大大节省了芯片面积,简化了系统的复杂性。综合上述分析,图4 给出了完整的低功耗LNA设计方案。
以下仿真结果是在SMIC RF 0.13μm工艺、单片集成架构、5.5GHz工作频率、1V工作电压下完成的。模拟结果对比如图5、图6、图7所示。
本文在对传统SNIM和PCSNIM结构分析的基础上,针对SNIM功耗过大和PCSNIM增益较小的缺点,提出了一种新的低功耗LNA设计架构。该方案在功耗、噪声和PCSNIM相当的条件下,充分弥补了PCSNIM增益过小的缺点,实现了与高功耗SNIM相当的增益。同时还实现了最优的输入阻抗匹配特性和高频特性。理论分析和ADS 仿真结果十分吻合,达到了预期设计目标。
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