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近十几年来,随着人们对无线通信的需求日益扩大,无线通信网络正得到迅猛发展,全球个人手持通信和无线局域网(WLAN)也在不断发展,对应的无线收发机设计成为了研究热点。低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)作为接收机的第一级,除必须要具有低噪声、高线性度外,还应对输入源表现为一个特定的常常为50Ω的输入阻抗以利于匹配,并在低功耗的条件下实现上述要求。
本文在介绍接收机结构、类型及性能指标的基础上,比较和总结了当前广泛应用的各种LNA电路结构、原理及性能优缺点。以共源共栅结构的电感源极负反馈LNA为例对其增益、噪声系数、线性度和稳定性进行分析,给出了演算过程和估算式,并由此得到对这些参数进行优化的方法。
对于应用于IEEE 802.11b WLAN的接收机,本文采用SMIC 0.18μmCMOS工艺设计了一个差分共源共栅型LNA。对LNA输入共源管尺寸进行了优化选择,并对匹配网络中的元器件参数进行推算,推算结果用仿真软件进行了验证。电路的后仿真结果表明:1.8V电源电压下,LNA在2.4GHz频率处输出最大电压增益为18dB,此时噪声系数为2.3dB,电流为7.5mA。此LNA已流片并进行了测试,测试结果表明:1.8V电源电压下,电压增益与后仿真结果相比下降6dB,噪声系数为5.6dB,芯片的功耗为9mW。
本文采用GaAs pHEMT工艺设计的LNA同样应用于IEEE 802.11b WLAN。设计该LNA需要注意的问题是该工艺的特殊性。稳懋GaAs pHEMT工艺库中的晶体管为耗尽型晶体管,因此要达到相同的性能,与增强型的晶体管相比需要更大的功耗。由于该工艺没有提供后仿的模型,因此用ADS Momentum软件对电路进行了电磁仿真。仿真结果表明,该放大器工作在2.4GHz的中心工作频率下时,输出最大电压增益为20dB,此时噪声系数为0.93dB,OPldB是10dBm,在3.3V电源电压下消耗电流42mA。