1 引 言
现在，在高达数GHz的RF频段范围内，广泛运用的是GaAs MESFET LNAs，其长处是能够在功率增益高达20 dB的一起，使噪声系数低至大约1 dB。但随着CMOS电路技能的老练，近来对RF CMOS电路元件的研究成果越来越多，在无线通信体系上也现已完成了SoC化。假如CMOS制作技能能克服噪声大，功率损耗大等缺陷，凭仗其低价的价格，CMOS LNAs将有或许在数GHz的RF频段范围内，逐步替代GaAs MESFET LNAs。
由于LNAs一般坐落整个接纳电路的榜首级，由式（1）能够看出，榜首级的LNAs关于接纳电路有很大的影响。一切在规划LNA电路时，应考虑下降噪声，进步增益，输入输出阻抗匹配，下降功率损耗，进步线性度等重要要素。
2 低噪声扩大器电路规划
如图1所示，规划一个cascode型输入的低噪声扩大器。图中Ls及Lg用来完成输入阻抗匹配，而调整Ld和Cout能够完成输出阻抗匹配。Cin能够用来阻挠输入端的直流信号。
从输入部分电路能够计算出输入阻抗为：
调整Ls使得输入阻抗Zin实部为50 Ω，再调整Lg使得Zin虚部为0。如此即可调出Ls和Lg来完成电路的输入阻抗。可是由于散布参数的影响，Ls和Lg的值还必须代入仿真软件做进一步调整。
关于扩大器的输出，由于扩大器运用LC并联电路作为负载，所以当LC谐振在2.38 GHz时，抱负的LC电路应呈现出开路状况，此刻负载最大，增益也最大。可是电路的增益依然遭到电感和电容的Q值影响，所以在进行软件仿真时还需经过调整电感电容值来调整LNA的中心频率。
3 本LNA中无源器材的结构
由于此规划选用全集成化规划，所以无源器材都用CMOS工艺制作在芯片内部，即内嵌式（on-chip）。
3.1 电感结构
此电路中电感选用内嵌式螺旋电感。选用内嵌式电感能够节省面积，进步电路集成度，可是却献身了Q值，而且在CMOS工艺中电感的制备比较难以操控，所以在实践layout时将螺旋电感的中心拿掉，由于越挨近中心，电荷密度越大，但中心部分对电感值的奉献不大，中心去掉不会对整个电感有太大影响，还能够进步Q值。
3.1.1 电容结构
此电路中选用MIM（metal-insulator-metal）电容，是平板电容的一种变形，如图3所示。这种电容的优点是容值较为固定，而且结构简略。比较一般平板电容，在上下级板中心多了一层CTM（Capacitor TopMetal）层，能够经过缩短两极板之间的间隔来进步容值或缩小电容所占面积。
3.1.2 电阻结构
在当时的CMOS工艺中，依据不同的资料和制备工艺，常用的电阻有Well电阻、Poly电阻、Diffusion电阻和Metal电阻。各种电阻的导电层特性如下：
在规划的时分要注意，制作时电阻值越小差错越大，所以资料挑选、运用面积和阻值差错等要归纳考虑。
4 仿真规划
（1）确认规划方针。本文中电路作业在蓝牙体系中，作业频率为2.38 GHz，规划一个超低噪声以及超高增益的LNA电路。
（2）规划电路结构。本电路根本结构为cascode单级扩大电路，再加上一些周边的匹配电路和电压偏置电路来构成LNA电路。
（3）本文运用安捷伦的ADS体系来做高频仿真，运用0.25μm的RF模型。首要仿真S参数、噪声系数、线性度、功率增益等LNA电路的重要参数。
（4）依据0.25μm制作工艺的layout规矩来规划电路中的各个元件，而且尽量做到电路对称。
5 仿真成果
本文电路运用0.25μm制作工艺，电源电压2.5 V，作业频率2.38 GHz的全集成化单端LNA电路。
5.1 S参数仿真
图4是此电路在ADS中的仿真成果，图4（a）中S11是电路输入反射系数，为-12.203 dB；图4（b）中S12为电路的阻隔度（isolation），防止LNA下一级的反射信号影响到LNA输入端的信号，本电路中为-24.67 dB；图4（c）中S21表明电路的功率增益，其值为20.47 dB；图4（d）中S22为输出反射系数，大约为-22.33 dB。
5.2 线性度仿真
一般来说，一个体系的线性度越高越好，可是电路中含有晶体管等非线性有源器材，所以在LNA电路作业在较高功率时，输出会发生非线性失真。在仿真时，为了表明线性度，界说出一个1 dB点，表明输出比较输入紧缩了1 dB。由图5中能够看出，1 dB点呈现的越靠后，阐明线性度越好。本电路仿真出的1 dB点在-25 dBm的方位。
5.3 噪声系数仿真
噪声系数是关系到一个扩大器功能好坏的重要参数，其界说为输入信噪比和输出信噪比的比值：
其间：So为输出端的信号功率，Si为输入端的信号功率，Ni为输入端的噪声功率，No为输出端的噪声功率。图6为本电路仿真的噪声系数，大约为1.54 dB。
6 结语
规划射频电路的LNA，在开端规划的时分就要考虑许多要素，例如为了进步增益，便要添加功率耗费，为了与下一级耦合，或许会影响整个LNA功能。经过归纳的平衡，才干规划出满意不同功能需求的低噪声扩大电路。本文规划的电路，在供给20 dB高增益的一起，只要1.5 dB的噪声系数，达到了规划要求。
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