基于3GHz CMOS低噪聲放大器優化設計

　摘要： 基于0.18 μm CMOS工藝，采用共源共柵源極負反饋結構，設計了一種3 GHz低噪聲放大器電路。從阻抗匹配及噪聲優化的角度分析了電路的性能，提出了相應的優化設計方法。仿真結果表明，該放大器具有良好的性能指標，功率增益為23.4 dB，反向傳輸系數為-25.9 dB，噪聲系數為1.1 dB，1dB壓縮點為13.05 dBm。
　1 引 言

　　現代無線通信技術不斷地朝著低成本、便攜式的方向發展，使得基于CMOS工藝的射頻集成電路成為近年來的研究熱點。在射頻接收機的設計中，要想得到良好的總體系統性能，前端電路的優化設計尤為關鍵。而低噪聲放大器（LNA）作為無線通信系統射頻接收機的第一個功能模塊，其噪聲特性直接影響著整個接收機的靈敏度和信噪比，它必須在一定的功耗條件下，提供足夠的增益、優異的噪聲性能、良好的線性度和輸入輸出匹配。在GHz頻率范圍內，CMOS工藝相比其他工藝有價格低、集成度高、功耗低等優點，利用CMOS工藝來設計射頻集成電路已經得到越來越廣泛的應用，本文即采用CMOS工藝來實現對一種3 GHz低噪聲放大器的優化設計。

　　在LNA的設計中，應對增益、噪聲系數、輸入阻抗、線性度等幾個關鍵參數采取折衷原則進行處理[1]。T. H. Lee提出了功率約束條件下的設計規范[2]，之后又有很多人對CMOS LNA的設計方法進行了研究[3-5]。本文主要從分析LNA的輸入輸出阻抗匹配和噪聲系數的角度出發，針對每個參數的影響因素，分別提出優化的方法，然后綜合考慮其他各項指標，設計出了一種性能良好的低噪聲放大器，并進行了電路仿真和版圖設計。

　　2 LNA結構

　　在LNA的設計中，目前廣泛采用的是共源共柵源極負反饋（Cascode）結構，如圖1所示。在此結構中，源極負反饋既能實現輸入阻抗匹配，又能提高系統的穩定性，且具有改善LNA線性度的特點，而M1和M2組成的級聯結構，既提高了電路的輸出阻抗，使電路的增益有較大的提高，又能實現對電路的反向隔離[6]，使得輸出端和輸入端互不影響，從而方便了LNA的設計。

圖1 共源共柵源極負反饋結構