CMOS-umGHzCMOS低噪声放大器的设计.ppt

0.18um 2.4GHz CMOS 低噪声放大器的设计 2. LNA设计的依据与步骤 依据： 满足规定的技术指标 噪声系数（或噪声温度）；功率增益；输入输出反射系数；功耗；工作频带； 输入、输出匹配负载阻抗均为50? 完整设计步骤： 决定电路拓朴结构 选择合适的晶体管和其他电路器件 电路初步设计 用CAD软件进行设计、和仿真模拟 3. LNA电路结构和设计原则 本文设计的LNA工作在2.4GHz频率，属于窄带LNA，电路采用经典的共源共栅源级电感负反馈结构，这种电路结构能够在输入阻抗匹配及功耗约束下实现噪声的最优化，同时具有较好的增益。 以下是这种LNA的三篇引用率较高的窄带LNA参考文献，有志于在LNA设计方面进行深入研究的同学可以去看一看。 本文设计的LNA各项器件参数是按照这几篇文献中所给的公式，以噪声、功耗、输入阻抗的性能为优化目标，进行优化后得到，在后面给的设计实例中直接给出了优化后的电路器件参数。如果要进行不同功耗或者工作频率的LNA优化设计，建议先研究一下这三篇文献。 本节内容是介绍使用ADS软件设计2.4GHz低噪声放大器的方法：包括原理图绘制和性能仿真 下面开始按顺序详细介绍用ADS软件设计低噪声放大器的方法。 启动ADS进入如下界面 点击File-New Project设置工程文件名称（本例中为LNA_for_WLAN）及存储路径 工程文件创建完毕后主窗口变为下图 同时原理图设计窗口打开 导入0.18um CMOS 工艺的ADS库 在ADS 主界面下点 DesignGuide－Install Design Kit… 然后在出现的窗口的Path 处找到ADS库存放路径，然后点OK，如右图所示 安装成功后，能看到原理图窗口出现了SMIC 0.18um MM/RF V1.9的库 5、 LNA电路原理图和设计准备 低噪声放大器设计的基本准备 需要明确的概念 S参数、放大器增益、噪声系数、噪声温度、三阶交调与1dB压缩点、稳定性、匹配… 需要学习的知识 匹配电路有哪些形式 输出回路的等效 ADS的基本使用方法 Cascode结构的优缺点 软件仿真中需要注意的几个问题 要有好的软件设计习惯 各种文件的命名 电路的布局以及参数的设置和选择 要有合理的设计顺序 注意如何规划仿真，才能尽快得到需要的电路 要按照先局部后整体的优化，切忌直接全局优化，最好能够预先计算设置优化元件的初值。 要注意仿真的数值稳定性，对于对参数以来敏感的仿真结果在最后制作的时候是很难实现的。适当的时候需要考虑改系统拓扑。 养成不明白就多看看help的习惯 6、 LNA性能指标和设计仿真过程 将设计的LNA指标为： 工作频率f=2.4GHz； 输出噪声系数nf(2)1dB； 功率增益15dB； 输入反射系数S(11)-15dB； 输出反射系数S(22)-15dB； 功耗小于5mW，本文偏置电压为1.2V，电流为2mA。 启动软件后建立新的工程文件并打开原理图设计窗口。 在电路图中放入图中所示的器件，并进行连线，完整的电路原理图如下图所示，下面对控件和器件及参数进行说明 6.1、MOS管及参数 这里一共用到两个MOS管，为了获得最佳噪声，这里使用RF类型的MOS管，在左图中的器件栏的第二行第二列选取，之后双击放到原理图中的MOS管，将MOS的wr改成10um，nf改成8 6.2、电感及参数 这里用到三个电感，选取的地方见左图红圈，电感摆放方位的旋转可以用右图红圈中的快接图标 将电感的参数改成如图所示的大小，其中两个电感的R的值改成与电感的一样，表示芯片上的螺旋电感是有寄生电阻的，另外一个电感的R写0，因为这个电感用片外高品质因数的bonding-wire来实现，以降低噪声 6.3、电容及参数 这里用到五个电容，选取的地方见左图红圈，其中两个电容是输入输出隔直流电容，两个是匹配电容，一个是输入调谐电容 将电容的参数改成如图所示的大小，要特别注意单位，fF级别的电容为芯片上的电容，uf级别的为片外电容 6.4、电阻、地、电压源、连线 电阻选取的地方与电感、电容一样，地、电压源、连线选取的地方见红圈，改成图中的电压大小 6.5、输入输出端口，S参数仿真控件 输入输出端口及S参数仿真控件选取的地方见红圈，S参数控件的设置见下一页 6.5、S参数仿真控件设置(续) S参数仿真控件的设置如图，频率可以直接在控件外面改，也可以在控件中改，如第二个红圈所示，设置为1.6~3.2GHz，扫描间隔为1MHz，特别要主要在Noise栏勾上计算噪声，并设置计算带宽为1.0Hz 6.6、直流控件及Smic模型参数控件 直流控件及Smic模型参数控件的选取如图所示，再按照原理图所示进行连接就可以