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900MHz 低噪声放大器 Vikas Chandra Carnegie Mellon Univercity 摘要 采用标准的 0.25umCMOS 工艺设计的 900MHz 低噪声放大器。放大器能提 供15dB 的增益，而噪声系数仅1dB，电源电压2.5V ，工作电流9.6mA 。该报告 中有详细的设计过程及模拟结果。 1. 介绍 接收机的最前级通常是低噪声放大器（ Low Noise Amplifier, LNA ）。LNA 的 主要功能是在克服噪声的条件下为后级提供足够高的增益。即在提供增益的同 时，尽可能地减少噪声，以及完成接受大信号不失真——线性度要好。通常， LNA 要实现一个特性阻抗如50Ω，以匹配输入源信号，尤其是在LNA 的前级有 一个无源滤波器的情况下，因为许多滤波器的传输函数对负载的值十分敏感。此 外，LNA 需要低的功耗，对便携式设备尤其重要。 LNA 的设计是以下各特性的折中，即优化的增益、低噪声系数、输入输出端 口匹配、高的线性度和低功耗之间的折中。LNA 的简单结构会误导我们，认为 设计很简单，但其中设计的折中非常复杂。当然在深亚微米工艺制作高 Q 值的 片上电感也是很不容易。 设计的目标为以下参数： 电源电压 2.5V 功耗 25mW 噪声系数NF （dB ） 2.0dB IIP3 5dBm 增益 15dB 输入阻抗（实部） 40-60Ω 输出阻抗（实部） 40-60Ω －1dB 压缩点 -10dBm 反向增益（隔离） -30dB 从10MHz 到2GHz 输入阻抗匹配（S11 ） -12dB 在900MHz 输出阻抗匹配（S22 ） -12dB 在900MHz 传输函数平坦度 （中心频率周围） －3dB 带宽100MHz 采用标准的 0.25umCMOS 工艺设计的 900MHz 低噪声放大器。为了得到纯 实数的输入阻抗，我们采用源极电感负反馈的电路[1]。这种结构与其它结构相 比在得到 50Ω 阻抗时具有更低的噪声。但源极电感负反馈的电路要求电路可以 调谐，而该设计是窄带的。 模拟结果表明电路的增益在900MHz 时为15.3dB，噪声系数仅1dB，IIP3 为 0.8dBm，1dB 压缩点为－9.57 dBm，实输入阻抗为42.19Ω，实输出阻抗为46.64Ω， 功耗为24mW 。 本文分为以下几个部分：II 讨论了 LNA 的电路拓朴结构、设计和分析。III 是模拟结果，IV 为小结和结论。 II ．LNA 设计 A ． 电路拓朴 单端900MHzLNA 的结构如图1 所示： 图1 单端900MHzCMOSLNA 的结构 电路结构采用了通常使用的级联结构，该结构能有效地将输出与输入隔 离，使电路单向化。采用源极电感负反馈是为了在窄带下得到更好的噪声特性。 Ls 和Lg 是为了实现输入阻抗匹配，而输出阻抗匹配则通过调节电感Ld 和电 容Cd 。Lg 已经在片外设计，这里只讨论键合线电感和电容。 LNA 有个单独的接地。这是为了确保衬底噪声不会耦合到LNA 。片上的 键合线电感的Q 值为5 且有一个串联电阻加在模型上。同样，片外的电感的Q 值为 50，也加有串联电阻。与此类似，设计中所有的电容都有有限的Q 值和 串联电阻。 Ld和Cd 的选取是使LNA 的负载为250Ω，这对于得到增益为1