1.8 GHz CMOS 有源负载低噪声放大器

第 28 卷 第 3 期2005 年 9 月 电 子 器 件C hinese Journal of E lectron D evices V ol.28N o.3Sep. 2005 ACMOSLowNoise Amplifier at 1.8 GHz with Active Inductor LoadWANGLiang-jiang,FENGQuan-yuan(I nstitute of Micro-electronics, Southwest J iaotong University, Chendu 610031, China )Abstract:A 1.8G H z CM O S low noise am plifier (L N A ) w ith transform er-type active inductor load is pre-sented. For large inductance value, the quality-factor (Q) ofan on-chip passive inductor is com m only low .H ence, the purpose of this w ork is to verify the validity of using transform er-type active inductor load assubstitutes for passive one. T he perform ance of the L N A is sim ulated and com pared w ith certain existingL N A w ith passive on-chip inductor load w hich show s the L N A w ith transform er-type active inductor loadcan achieve low er noise figure.Keywords:com plem entary m etal oxide sem iconductor;low noise am plifier;active inductor;noise figureEEACC:12201.8 GHz CMOS 有 源 负 载 低 噪 声 放 大 器王良江,冯全源(西南交通大学微电子研究所,成都 610031)摘 要:提出了一种新的变压器型有源电感 负载低噪声放大器设计方案。单片无源大电感的品质 因数通常很低,因此,需验证变压器型有源电感替代无源电感负载的有效性,与现有的一些单片无源电感负载 低噪声放大器进行了比较,结果表明变压器型有源电感负载低噪声放大器可以得到更低的噪声系数。关键词:互补金属氧化物半导体;低噪声放大器;有源电感;噪声系数中图分类号:TN722.3 文献标识码:A 文章编号:1005-9490(2005)03-0494-03 低噪声放大器是接收机电路中第一个有源电路,主要功能是将来自天线的微伏级的电压信号进行小信号放大。其作为微波中继通信和微波测试系统的关键部件,噪声系数、增益及平坦度、带宽等性能越来越受关注和研究。电感则是低噪声放大器设计的基础。大多数已发表的低噪声放大器[ 3 , 4 , 5 ]用的都是单片的无源螺旋电感。作为微波接收前端部件的低噪声放大器的应用已被证实非常困难,主要是由于缺乏单片高品质因数 Q 的电感。本文采用有源磁耦合电感代替传统的平面螺旋电感。本文通过分析、仿真变压器型电感的品质因数,用于替代目标低噪声放大器中传统平面螺旋电感负载,并仿真证实了变压器型电感负载对提高放大器噪声性能的有效性。1 有源高品质因数 Q电感通常,由于单片螺旋电感的寄生效应其品质因数都很低,而品质因数的高低又直接限制了电感的性能。不久前报道了[ 1 ]一种利用变压器磁耦合来提高单片螺旋电感品质因数的方法。单片变压器型电感电路如图 1 所示。其输入阻抗表达式为: Zin = (R1 - ωMm0sinθ) + jω(L1 + Mm0cosθ) =Reff +jωLeff其中,L1 和 M 和 R2 分别是变压器的自感、互收稿日期:2005-01-11基金项目:国家自然科学基金资助的项目,基金号:60371017作者简介:王良江(1979-),男,汉,浙江省嵊州市,硕士研究生,从事集成电路的研究,w angliangjiang@ 163.com .感,和等效的串联电阻,m0 和 θ是电流增益因数和相位差。图 2 给出了平面变压器型电感的等效模型。选择合适的电流比就可以消去 Zin 的实数部分 Re ff。根据实际的工作频率要求,使输入阻抗的实数部分的值在特定的频率趋于 0 来等效一个理想的纯电感。从式中可得出有效电感 Q的表达式:Q = Im {Zin}Re{Zin} =jωLeffRe ff图 1 单 片高品 质因 数 Q 变压器 型电感图 2 平 面变压 器型电 感的 等效模 型从图 3 的仿真结果中可看出,在工作频率约有200 M H z 范围内电感的品质因数大于 200。2 噪声分析C ascode 结构在低噪声放大器设计中已得到广泛的应用。由于 cascode 低噪...