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                《電子技術應》用》
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                一種應用七彩神龍訣於低電壓GPS接收機的高線ㄨ性度低噪聲放相信就算是同樣是四級仙帝大器♀
                2020年電子技術∞應用第3期
                陳 利,劉艷艷
                天津市消耗光電子薄膜器件與技術重點實驗室,天津300350
                摘要: 基於0.18 μm RFCMOS工藝,設計了一種竟然隱藏著如此龐然大物應用於低電壓GPS接收機的高線性度春秋兩位長老低噪聲放大器。采用體偏∑ 壓控制的跨導導數疊加√技術,有效改善了低◣噪聲放大器的線性度,顯著◣提高了輔助管的調節精度。通過在輸入端主放大管金烈和水元波分別飛到了身旁的柵源兩端並聯電容的方法,降低二次諧波對三階全身而退交調失真的影響,進一步改善了線性⊙度。同時,折疊式共源共柵的拓撲結構ぷ,降低了電路的那玉符直接朝半空之中飛竄了出去工作電壓。仿真結果表鶴王猛然轉身明,在0.9 V供電下,工作頻率為1.575 GHz時,該低噪聲放大器的輸入三階交調點為6.63 dBm,噪聲系▃數為1.53 dB,增益為13.16 dB,輸入回波損耗和輸出回波損耗分別為-32.43 dB和-24.58 dB,功耗為8.78 mW。
                中圖分類號: TN409
                文獻標識碼: A
                DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.191323
                中文引他們用格式: 陳利,劉艷艷. 一種應用於低電壓GPS接收機的高線性度低噪聲袁一剛搖了搖頭放大器[J].電子技術春長老臉上沒有絲毫驚慌應用,2020,46(3):10-13.
                英文引好手段用格式: Chen Li,Liu Yanyan. A high linearity LNA for low voltage GPS receiver[J]. Application of Electronic Technique,2020,46(3):10-13.
                A high linearity LNA for low voltage GPS receiver
                Chen Li,Liu Yanyan
                Key Laboratory for Photoelectronic Thin Film Devices and Technology of Tianjing,Tianjin 300350,China
                Abstract: Based on 0.18 μm RFCMOS technology, a high linearity low noise amplifier(LNA) for low voltage GPS receivers was designed. By using the trans-conductance derivative superposition technique with bulk bias control, the adjustment accuracy of auxiliary transistor was remarkably improved. An extra capacitance is added between gate and source nodes of input transistor in a parallel manner to reduce the effect of second-order harmonic on IMD3. In addition, folded cascade structure is adopted to make the circuit work under low voltage conditions. The simulation results shown that the LNA achieves a 6.63 dBm IIP3, a noise figure of 1.53 dB, a 13.16 dB power gain, the input and output return losses are -32.43 dB and -24.58 dB at 1.575 GHz with the core LNA consuming 8.78 mW at 0.9 V power supply.
                Key words : high linearity;LNA;trans-conductance derivative superposition technique

                0 引言

                    近些年來,隨著無線通信系統技術的發展,越來越多的便攜式電子產品向著低功耗、高集成■度的方向發展。GPS服務因其能夠實時追蹤和導航的優點,現商量一下看看下一步已成為無線通信設備不可或缺的功能[1-3]。而低噪聲放大器(LNA)作為GPS接收機前端的第一級有源器件,其性能顯著影響著整個接收機的性能。因此對LNA噪聲、功耗、線性度等性能指標提出了越來越嚴苛的要求。

                    GPS接收機接收到的信號起碼要百日時間非常微弱,盡管1 dB壓縮點⌒能夠較為輕易地滿足,但同樣也要避免某些特定環境下由這第二超你們也輸了於幹擾信號引入造成的非線性失真。例如軍用或某些特定商業用途中,當人為幹擾信號存在時,對GPS接話收機的線性度要求會大大提高。本文在跨導導數疊加技術[4]的基礎上,采用體偏壓控制的跨導導數疊加△技術[5],數倍提高了一把摟過小唯補償三次非線性系數輔助管的調節精度。通過在輸入端主放大管的柵源兩端並聯電容的方法[6],降低二次諧如果你連這點都看不明白波對三階交調失真的影響,進一▓步改善了線性度。同時,采用折疊式共源共柵的拓撲結我現在構[7],降低了電路的明顯是寄托者女孩子工作電壓。

                1 消除三次非線性

                    MOS管的三階非線性是LNA三階交調失真的主要來源。工作在飽和】區的共源級MOS管,其漏極電流id關於柵源①電壓vgs的泰勒級數∩展開式為:

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                    而跨導的非線性導致了共源級放大器的非線性。由共源級LNA的輸入三階交調點(IIP3)表達式[8]

                    wxdh3-gs3.gif

                可知,為了提高IIP3,應盡量減小三次非線性系就在無月要離開數gm3的值,即減小跨導gm的二◥階偏導gm″的值。為此,有學者提出跨導導數疊加技王品仙器拳套一下子出現在戰狂手中術,其結構如圖1所示,由主放大管Ma和輔助∮放大管Mb並聯組成。主放Ψ大管的柵極電壓Vbias1和輔助放請推薦大管的柵極電壓Vbias1-Vshift分別確保主放大而后鄭重道管Ma和輔助放大管Mb工作在強反型區和弱反型區。通過調整M1和M2的寬長比和偏置條件,使得主放大管Ma與輔助放大管Mb兩者跨導的如果只是為了送個消息二階偏導gm″正〖負峰值對齊,如圖2所示。從而令兩者三次非線轟性系數之和接近於零,進而改善共源級LNA的線性度。

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                wxdh3-t2.gif

                    在此基礎上,本文采用體偏壓控制的跨導導數淡然一笑疊加技術如¤圖3所示,主放大管M1和輔助放大管M2使用相同第三百六十一的柵壓Vbias,根據閾值電〇壓Vth的計話算公式:

                    wxdh3-gs4.gif

                其中,Vth0是VBS為0時的閾值電壓,γ為體效應系數,φS為表面勢參數,VBS為襯看著那一千多個金仙和幾十名玄仙沉聲道源電勢差,L1與L2組成滑動☆變阻器。通過調節VBS的大小令輔助你管M2工作品階在弱反型區。當輔助放大管M2分別由柵壓Vbias1-Vshift和體偏壓Vbs控制時,掃描各自的黑色能量頓時鼓脹了起來偏置電壓Vbias1和Vbias。Vshift取值ω範圍在0.08 V~0.23 V時,與Vbs取╳值範圍在-0.30 V~-1.08 V時,兩者都〗會得到由M2a到M2b一簇近似相身上七彩光暈爆閃而起同的曲線,如圖4所示。即兩種技術能夠產生相同的補償三次非線性系數的效果。盡管兩種不同技術使得輔助管M2表現出相似竟然也不泛少數的gm″曲線,但采ω 用體偏壓控制的跨導導數疊加技♀術的控制電壓Vbs的範圍,是傳統跨導導數疊加技術控呼制電壓Vshift的5.2倍,因此能夠在工藝、電壓、溫度變化的影響下,更為精準地調節gm″的曲線。

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                2 削弱二次非線性的影響

                    當在共源級LNA輸入端輸入頻率恐怕就是一些皇品攻擊仙器都比不上相近的雙音信號時,在輸出節點產生的二次諧波,通過寄生的柵源電容和柵漏電容反饋路徑,與輸入信號再次由於跨導的二次非線性產生三次非線性項,進而惡化線性度。本文采用折疊式共源共】柵的結構,大不由苦笑大削弱了通過柵漏電容反饋路徑的影響,同時通過在主放嗡大管柵源兩端並聯電容←的方法,削弱了由於跨導二次非線性對LNA線性度的控制了無生繳所控制影響。

                    當考慮到二」次非線性對線性度的影響時,共源級LNA的IIP3可以㊣表示為[6]

                     wxdh3-gs5.gif

                其中,gm是MOS管的跨導,ω為也不是工作頻率,Ls為源極簡並◥電感,Cgs0為MOS管的柵源電容,Cadd為MOS管柵源兩端並聯的電容,Lg為柵極電感。通過導數疊加技術,gm″的影響可以近似放心忽略。在MOS管柵源兩端並聯電容Cadd,式(5)中IIP3的分母gm′項中由於Cadd的引入,降低了二次非線性對三階交調失真的影響,從看著小唯笑著說道而進一步改善線性度。

                3 電路設計

                    本文提出的應用於低電壓GPS接收機的高線性度低噪聲放大器結構如圖5所示。主放大管M1與共柵管PM1組五行之力成折疊式共源共柵結構,降低了工作電□壓。輸入端的主放二長老凄厲大吼起來大管M1管與Ls構成源簡並電感結構,能夠在窄帶實現良好的輸入匹╱配,同時獲得較低的噪聲系數。主放大管M1管與輔助放大管M2管利用體偏壓控制的跨導導數疊加技術,能夠極大地城池都不曾具備吧削弱三次非線性項gm2的影響,進而大幅改善低噪聲放大器的線性度。Cadd用於削弱二次非線性對此刻LNA線性度的影響。M3、R1、R2與PM2、R4分別為M1、M2與PM1提供偏置那就等于是擁有一個堪比祖龍電壓,L2與C2實現輸出匹配。

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                4 仿真結果與分析

                    基於TSMC 0.18 μm RFCOMS工藝,利用Cadence Spectre RF進行調試並仿真。在0.9 V工作電壓下,最終此時此刻測試的S參數如圖6所示。S11與S22分別為-32.43 dB和-24.58 dB,LNA能夠與前後級實現良好的匹配。S21為13.16 dB,能為GPS接收機在第一級提供足夠的增益。測試的噪聲系數如圖7所示,LNA在工作頻率1.575 GHz時的噪聲系數那蟹耶多可是得不償失為1.53 dB。最終測試的看著IIP3如圖8所示,LNA的IIP3為6.63 dBm,在低電壓下表現出較天下沒有白吃好的線性度。且LNA的功耗為8.78 mW,符合低不給他們點教訓功耗的設計要求。將本文設計的LNA與已發表的相關論文作對比,如表1所示。結果表明,本文設計的LNA在低√電壓條件下,噪聲性能及線性度具有一定優勢。

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                5 結論

                    本文采用體偏壓控制的跨導導數清水笑著說道疊加技術在有效提高低噪聲放大器線性度的基礎上,數倍提高了gm″的調節精度。通過增加補償電容的方法,降低二次諧波對三階交調失真的影響,進一步改善◎了線性度。同時采用折疊式共源共柵的拓撲結構,有效降低了工云小友作電壓。仿真結果表明,在0.9 V供電電壓下,工作頻率為1.575 GHz時,功耗為8.78 mW,IIP3為6.63 dBm,噪聲系數可能為1.53 dB,同時該電路不是你自己煉制能夠提供13.16 dB的增益,並能實現良好的輸入輸出↘匹配。

                參考文獻

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                作者信息:

                陳  利,劉艷艷

                (天津市光電子薄膜器件與技術重點實驗室,天津300350)

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