3．1～5．2 GHz超寬帶可變增益低噪聲放大器設(shè)計

摘要：低噪聲放大器是超寬帶接收機(jī)系統(tǒng)中最重要的模塊之一，設(shè)計了一種可應(yīng)用于3．1～5．2 GHz頻段超寬帶可變增益低噪聲放大器。電路輸入級采用共柵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)超寬帶輸入匹配，并引入電流舵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了放大器的可變增益。仿真基于TSMC0．18μm RF CMOS工藝。結(jié)果表明，在全頻段電路的最大功率增益為10．5 dB，增益平坦度小于0．5 dB，噪聲系數(shù)小于5 dB。輸入反射系數(shù)低于-15 dB，在1．8 V電源電壓下，功耗為9 mW。因此，該電路能夠在低功耗超寬帶射頻接收機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：超寬帶；可變增益；低噪聲放大器；電流舵；低功耗

0 引言
超寬帶(UWB)無線通信技術(shù)因具有低功耗，高傳輸速率以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，近年來在WPAN、無線USB等高速無線通信領(lǐng)域，以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、可植入式醫(yī)療器具等低功耗領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。UWB頻譜范圍為3．1～10．6 GHz，在近距離傳輸距離(10 m)內(nèi)能夠達(dá)到480 MHz。目前，在超寬帶系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)上存在兩種方案：直接序列(DS-CDMA)和多帶OFDM(MB-OFDM)，而2種方案的低頻段均工作在3．1～5．2 GHz，因此3．1～5．2 GHz UWB收發(fā)系統(tǒng)是最近的研究熱點。
低噪聲放大器(LNA)是UWB接收機(jī)的最為關(guān)鍵的模塊之一，對接收信號進(jìn)行適當(dāng)放大的同時盡可能的引入低的噪聲，其噪聲和增益直接影響到了整個接收機(jī)的靈敏度和動態(tài)范圍。目前常見的寬帶LNA包括分布式、噪聲取消以及電阻負(fù)反饋結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)。分布式LNA雖然能夠達(dá)到較高的增益和低的噪聲，但是功耗過大；電阻負(fù)反饋結(jié)構(gòu)雖然降低了功耗，但反饋電阻引入了較大的噪聲；噪聲取消電路能夠在各個性能之間平衡，但是由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，不能夠?qū)崿F(xiàn)增益的可變。
本文提出了一種超寬帶可變增益的低噪聲放大器結(jié)構(gòu)，輸入級采用共柵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)寬帶輸入匹配，并引入Current-steering結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了放大器的可變增益，以犧牲少量噪聲性能的代價獲得寬的帶寬、少的電感數(shù)以及增益可變等特性。

1 UWB LNA電路的設(shè)計
寬帶低噪聲放大器電路結(jié)構(gòu)一般由3部分組成：輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，放大模塊以及輸出Buffer。設(shè)計時可以單獨對每個模塊進(jìn)行優(yōu)化。輸入匹配網(wǎng)絡(luò)需要在不引入額外噪聲的情況下使得端口反射系數(shù)S11最小化，完成寬帶匹配；放大模塊對輸入信號進(jìn)行一定的放大，同時抑制下一級電路的噪聲；輸出Buffer在不影響電路性能的同時提供大的驅(qū)動能力，同時滿足輸出匹配。而UWB-LNA的難點主要體現(xiàn)在在寬的頻段內(nèi)很難實現(xiàn)輸入輸出阻抗匹配。圖1為提出的UWB-LNA的電路圖，現(xiàn)對LNA的各個模塊進(jìn)行分析。