基于cadence的低噪声放大器设计.pdf

單元二 低雜訊放大器設計 (一)實習題目 以給定之製程實現一個具有下列規格之低雜訊放大器設計。 RF Frequency: 2.4～2.5GHz S11, S22 – 12 dB, S21 = 15 dB, S12 – 25 dB Input / Output Impedance: 50  Power Consumption: 12mW NF: 3 dB P1dB – 12 dBm, IIP3 – 2 dBm Stability Factor (K factor) 1 (二)實習目的 1. 了解低雜訊放大器之工作原理及重要規格之物理意義。 2. 以所提供之工作站模擬環境實際設計一個低雜訊放大器並作電路 佈局、驗證。 3. 熟悉 s 參數、雜訊指數(NF) 、線性度(P1dB及 IIP3)的模擬設定和 可能結果。 (三)實習儀器及設備 電路設計以 Unix/Linux 工作站為主；另外若有實際完成之晶片可 量測，則需要有網路分析儀及頻譜分析儀及雜訊指數儀(部份頻譜分 析儀亦附帶有 NF量測功能) (四)原理 下頁圖 2-1 為一簡單之直接降頻接收機方塊圖，其中由天線接收 - 25 - 射頻訊號下來的第一級電路 通常即為低雜訊放大器 (Low Noise Amplifier, LNA) 。此電路之主要功能為提供來自天線的射頻訊號足夠 的增益 (Gain)與靈敏度，因為居於接收機前端的第一級電路，它的雜 訊指數 (NF)直接影響總體接收機的雜訊指數效能後面會詳加解釋( ) 。 設計此電路所需考慮的幾項規格要求則詳見實習題目內所列的各項 規格。 圖 2-1 、直接降頻接收機架構圖。 A. LNA 雜訊指數之重要性 一個放大器的性能好壞決定於雜訊指數的大小，其定義為輸入端 的訊號雜訊比與輸出端的訊好雜訊比的比值，如式 (2-1)所示 S N i i F (2-1) S N o o 其中So ： 放大器輸出端的訊號功率 Si ： 放大器輸入端的訊號功率 N o ： 放大器輸出端的雜訊功率 N i ： 放大器輸入端的雜訊功率 式(2-1)依傳統微波電路的定義其實應稱為雜訊因子 (Noise Factor) ，而 雜訊指數則為雜訊因子以對數為單位下所得如式(2-2)所示： - 26 - NF 10log F (2-2) 不過在後面的敘述中我們將不特別區別此兩者。式(2-1)中若我們考慮 放大器的功率增益為Ap ，而放大器內部所額外貢獻的雜訊功率為N a 的話，該式可被改寫為 S N F i i (2-3) A S (A N N ) p i p i a 或者 N F a 1