低噪聲放大器設(shè)計電路結(jié)構(gòu)
2019-10-30 20:12:54閱讀量：1207
某些場合的通信不能依賴于任何預(yù)先架設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，而是需要一種能夠臨時快速自動組織網(wǎng)絡(luò)的移動通信技術(shù)。因此、傳感器網(wǎng)絡(luò)將逐漸引領(lǐng)人類步入“網(wǎng)絡(luò)即傳感器”的傳感時代。
低噪聲放大器LNA （ low noise amp lifier）是射頻接收前端的主要組成部分。由于位于接收前端的第一級，直接與天線相連，所以它的噪聲特性將對整個系統(tǒng)起著決定性作用。同時，天線接收的信號一般很弱，所以低噪聲放大器本身必需提供足夠的增益放大信號，并把有用的信號完整地傳輸?shù)较乱患墶?/span>
本文設(shè)計的低噪聲放大器，工作在2. 4 GHz頻段上，采用SM IC 0. 13μm RF CMOS工藝設(shè)計。對于射頻系統(tǒng)，尤其是應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的模塊，功耗是必須首先考慮的問題。在此基礎(chǔ)上放大器需提供足夠的增益以及低噪聲系數(shù)，并且滿足一定的帶寬、線性度以及穩(wěn)定度。但是最小噪聲系數(shù)與最大增益是不可能同時得到的。因此，如何在限定功耗的前提下盡可能實現(xiàn)輸入輸出功率匹配以及提高低噪聲放大器的噪聲性能成為設(shè)計中的最大挑戰(zhàn)。
低噪聲放大器設(shè)計電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。
該低噪聲放大器主體電路采用共源共柵的差分結(jié)構(gòu)，由于共柵級電路的輸入阻抗很小，抑制了共源級的電壓增益，從而遏制了密勒效應(yīng)，提高了反向隔離度，同時使輸入阻抗受共源管M1、M2 柵漏間電容以及后級電路影響變小，使放大器穩(wěn)定性增強。
在該結(jié)構(gòu)中，片內(nèi)電阻R1、R2 分壓產(chǎn)生偏置電壓Vbias ，通過Rg1、Rg2加在共源管M1、M2 柵極， 為其提供直流偏置。為了保證較低的噪聲系數(shù)， Rg1、Rg2應(yīng)選取阻值較大的電阻， 以隔離偏置電路中電阻R1、R2 帶來的噪聲。晶體管M3、M4 為共柵MOS管。
低噪聲放大器LNA （ low noise amp lifier）是射頻接收前端的主要組成部分。由于位于接收前端的第一級，直接與天線相連，所以它的噪聲特性將對整個系統(tǒng)起著決定性作用。同時，天線接收的信號一般很弱，所以低噪聲放大器本身必需提供足夠的增益放大信號，并把有用的信號完整地傳輸?shù)较乱患墶?/span>
本文設(shè)計的低噪聲放大器，工作在2. 4 GHz頻段上，采用SM IC 0. 13μm RF CMOS工藝設(shè)計。對于射頻系統(tǒng)，尤其是應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的模塊，功耗是必須首先考慮的問題。在此基礎(chǔ)上放大器需提供足夠的增益以及低噪聲系數(shù)，并且滿足一定的帶寬、線性度以及穩(wěn)定度。但是最小噪聲系數(shù)與最大增益是不可能同時得到的。因此，如何在限定功耗的前提下盡可能實現(xiàn)輸入輸出功率匹配以及提高低噪聲放大器的噪聲性能成為設(shè)計中的最大挑戰(zhàn)。
低噪聲放大器設(shè)計電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1?低噪聲放大器原理圖
該低噪聲放大器主體電路采用共源共柵的差分結(jié)構(gòu)，由于共柵級電路的輸入阻抗很小，抑制了共源級的電壓增益，從而遏制了密勒效應(yīng)，提高了反向隔離度，同時使輸入阻抗受共源管M1、M2 柵漏間電容以及后級電路影響變小，使放大器穩(wěn)定性增強。
在該結(jié)構(gòu)中，片內(nèi)電阻R1、R2 分壓產(chǎn)生偏置電壓Vbias ，通過Rg1、Rg2加在共源管M1、M2 柵極， 為其提供直流偏置。為了保證較低的噪聲系數(shù)， Rg1、Rg2應(yīng)選取阻值較大的電阻， 以隔離偏置電路中電阻R1、R2 帶來的噪聲。晶體管M3、M4 為共柵MOS管。
片內(nèi)源極電感Ls1、Ls2以及M1、M2 柵源間附加電容Cex1、Cex2配合柵極片外電感Lg1、Lg2 ， 實現(xiàn)低噪聲放大器的輸入匹配。電感Ld1、Ld2分別和電容Cd1、Cd2并聯(lián)，再分別與Cd3、Cd4串聯(lián)， 實現(xiàn)低噪聲放大器的輸出匹配。
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