1、    以有源電感為負載的CMOS寬帶LNA設計摘要：實現了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導放大器-電容(OTAC)連續時間型濾波器的結構、設計和具體實現，使用外部可編程電路對所設計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設計和仿真驗證。仿真結果表明，該濾波器帶寬的可調范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態。關鍵詞：Butte摘 要：關鍵詞：有源電感，CMOS，寬帶低噪聲放大器一、前言：隨著

2、RF通信系統市場的增長，越來越多的RF器件用MOS工藝實現，包括電感和電容。就電感而言，目前的多數研究集中于片上無源電感的實現和建模。   無源電感大多用來獲得較好的匹配和功率增益1，盡管通過使用立體電感或是微機電工藝可以克服片上無源電感的低Q等缺點，卻無法解決其占用面積過大的缺點。在低噪聲放大器中，一個12nH的電感所占用的面積可能超過其余全部有源器件所占面積之和。而且，一個良好片上無源電感的實現常常要求一些特殊工藝，難以與主流的數字MOS工藝兼容。因此，在噪聲要求并非十分嚴格而對面積和價格更為關注的情況下，采用有源電感是一種不錯的選擇。在片上實現有源電感的研究已經進行多

3、年，有源電感主要用于帶通濾波器和低噪聲放大器部分。但因為噪聲、電感Q值低以及功耗等問題，有源電感在低噪聲放大器中的應用亦不多見，主要還處于研究階段。Jhy-Neng Yang等在2001年提出了一種改進的高Q值有源電感2，解決了Q值及功耗問題。然而卻有S11與S21峰值重疊的問題。在Jhy-Neng Yang等人于2003年提出的高Q值有源電感為負載的寬帶LNA中3，盡管解決了S11與S21峰值重疊的問題，卻大大增加了噪聲（達到8dB）。本文基于以上兩文的研究，對有源電感作了改進，設計了一個基于CMOS工藝的以有源電感為負載的寬帶低噪聲放大器，在滿足功耗及增益指標的情況下解決了S11與S21峰

4、值重疊的問題并得到較好的噪聲指標（不超過5dB）。文章第二部分介紹有源電感的設計原理，第三部分介紹以有源電感為負載的寬帶低噪聲放大器的設計，最后給出所設計電路與已有的電路的性能參數比較。二、有源電感原理           圖1：有源電感原理圖                圖2：改善增益的有源電感目前對CMOS有源電感的等效模型的研究已較多。典型

5、的簡單的級聯CMOS有源電感如圖1所示。此電路利用了器件的寄生參數。分析電路的等效小信號模型，可得4：為了提高電路的增益并增加帶寬，考慮在M1上級聯一個MOS管。得到圖2。此外亦有另外增加一個M4以增加Q值的調節度的方法，如圖3。但是，不論使用何種結構，其電感等效電路都等效于圖4。其中：   寄生電阻主要由M2決定。    三、以有源電感為負載的低噪聲放大器的設計為了得到性能指標較好的以有源電感為負載的LNA，本文對Jhy-Neng Yang等人提出的有源電感形式進行了改進。文獻2以差分形式的電感取得更好的增益，而文獻3是以

6、單端電感形式實現了LNA的設計。為在較好的噪聲系數下分離S11與S21的峰值，本文提出了不對稱的雙端有源電感形式。LNA的可選構架包括共柵結構和共源結構。由于這里要設計的是寬帶LNA，并使其面積盡可能小，因此我們依然選擇了共柵結構。一般LNA的輸入源（如微帶天線，傳輸線）的輸出阻抗為50歐。為獲得最大功率且不在電路中產生反射，即得到最小S11及VSWR，LNA的輸入阻抗應為50歐。對于共柵放大器：源端輸入阻抗為1/gm。那么只要選擇適當的器件尺寸和偏置電流，共柵放大器就可獲得50歐源端輸入阻抗。圖5：設計的有源電感為負載的寬帶LNA以有源電感為負載的LNA如圖5所示。對于圖5電路，MINPUT

7、完成輸入功能。M1M5、MININ和MTL實現有源電感。M3和M4主要影響增益，而其中M5反饋系統的增加可以降低電感的寄生電阻值，有益于輸入輸出的50歐姆匹配，而M1M4則有利于對電感各項參數，如Q值和帶寬等進行調節，但同時更對輸入輸出的匹配產生影響，適當調節其柵寬，可以改善S參數并分離S21和S11的峰值。MS2和MSF作為輸出緩沖，完成輸出阻抗變換。RL為50歐負載。而MS1與MS2都與輸入端相連，對輸入阻抗產生影響。其中MS1作為輸入管MINPUT的偏置，對功耗影響很大。設計時必須在功耗及S參數值間取得折中。四、仿真結果圖6：寬帶LNA仿真結果表1：LNA性能參數比較 NF/d

8、BS11/dBS21/dB有源電感3dB帶寬/GHz工藝/um功耗/mW本文3.64.9-12-1710是1.10.3520文獻52.1-4-51512否10.1823.2文獻64.8-168否0.80.2410文獻73-6-128-4否10.3520文獻83.94.3-15.11-1816.416.98否1.70.1821文獻93.9-7-1628否1.40.133.9文獻102 19.2是窄帶0.340.8文獻38-1720是10.2518五、結論：【參考文獻】1 陳偉，劉和光基于Matlab的RF系統阻抗匹配設計J微計算機信息，2006，4-2：116-117。2 J.N. Y

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