3．1～5．2 GHz超寬帶可變增益低噪聲放大器設(shè)計

在小信號圖中，gm2為M2管的跨導(dǎo)，gm3為M3的跨導(dǎo)，流入M1的電流為流入M2和M3的電流之和。可以得出：
gm1=gm2+gm3 (4)
第一級放大器的增益：Av=gm(R／RL)，其中g(shù)m為電路的整體跨導(dǎo)，RL為等效負(fù)載阻抗，R為從輸出端看進(jìn)去的電路的阻抗。通過小信號分析：

從式(5)看出，電路的跨導(dǎo)僅由M3的跨導(dǎo)決定，因而可以通過直接控制gm3來實(shí)現(xiàn)增益的可變。電路的增益為：

從式(6)中可以看出，控制管的變化也影響到了輸出電阻，因此，為了實(shí)現(xiàn)特定的增益，需要適當(dāng)?shù)脑O(shè)定M3的寬長比。
本文設(shè)置了3個不同的增益，并且實(shí)現(xiàn)了5 dB的步長，通過G[210]來控制M3的跨導(dǎo)，詳細(xì)增益列表如表1所示。

1．3 LNA噪聲分析
對于一個級聯(lián)系統(tǒng)，第一級電路的噪聲性能對整個電路的噪聲系數(shù)影響很大，因而主要分析第一級電路的噪聲系數(shù)。通過優(yōu)化電路參數(shù)、忽略電感的寄生電阻效應(yīng)，本文的CG—LNA總的噪聲因子可以近似表示為：

從式中可以看出，增大負(fù)載RL可以降低電路的噪聲系數(shù)，但是過大的增加RL會減小電流，同為了保證恒定的跨導(dǎo)，需要增加管子的尺寸，同時，增加RL也會將第一級的輸出電壓降低。給定，針對0．18μm下的MOSFET，假設(shè)ωT=2π*80 GHz，電阻的取值分別為Rs=50 Ω，RL=200 Ω。當(dāng)頻率從1 GHz增加到6 GHz時，根據(jù)式(7)計算所得的噪聲系數(shù)為4．9～5．3 dB，這和仿真結(jié)果較為近似。

2 仿真結(jié)果與討論
采用TSMC提供的0．18μm RF CMOS工藝進(jìn)行模擬仿真。圖4是LNA S21的仿真結(jié)果。在3．1～5．2 GHz的帶寬內(nèi)，LNA能夠獲得非常平坦的增益特性，共有3種增益模式：10．4 dB，4．9 dB，-1 dB，控制步長約為5 dB，帶內(nèi)增益波動小于0．5 dB。圖5是LNA輸入輸出回波損耗(S11，S22)的仿真結(jié)果。S11和S22在整個頻段內(nèi)均小于-15 dB，匹配性能良好。圖6是LNA IIP3的仿真結(jié)果。在輸入信號為4 GHz時，IIP3為-0．5 dB。圖7是LNA的噪聲性能，在整個工作頻段內(nèi)的最低噪聲為4．6 dB，噪聲系數(shù)在高頻段惡化的主要原因在于器件寄生的噪聲性能會隨頻率升高而逐漸惡化，此外，由于電路設(shè)計時需要在各方面與噪聲進(jìn)行折中，所以適當(dāng)?shù)臓奚嗽肼曅阅堋?/p>