射頻低噪聲放大器電路的結構設計
放大器的穩(wěn)定系數(shù)為[3]
(5)
其中Δ= S11S22-S12S21 (6)
穩(wěn)定系數(shù)K能快速給出穩(wěn)定性判別依據(jù),當K>1,|Δ|1時,LNA將會無條件穩(wěn)定。那么由公式(5)和(6)可知,若反向增益S12減小,那么K值將會增大,LNA將會增加穩(wěn)定性。從圖2(b)可以看到,由電感Lg2和MOS管的電容Cgd2組成一個低電阻通路使得從輸出端反饋回來的信號流向接地端,從而降低了反向增益S12,提高了LNA的穩(wěn)定度。
4、偏置電流復用結構
現(xiàn)代無線通信設備要求具有更小尺寸,更輕重量,更長的待機時間。這就要求降低射頻前端的電源電壓,因此低電壓、低功耗技術成為迫切需要。由公式(3)可知當輸入端處于諧振時Ls=RsCgs/gml,其中Cgs是圖1中M1管柵極和源極之間的電容,gml是M1管的跨導,則LNA的噪聲系數(shù)為[4]:
(7)
由 (7)可知增大gml可以減小噪聲系數(shù)。圖1所示的cascode結構可以獲得較小的噪聲系數(shù),但是往往需要比較大的漏極電流Id,增大了直流功耗。文獻 [4]中提出了偏置電流復用技術,其基本思想是:為了節(jié)省直流功耗,可以將PMOS管和NMOS管串聯(lián)在直流偏置通路里,對其結構的說明如圖3所示。
圖3(a)所示的單個NMOS器件的寬長比和漏極電流Id都是(b)所示的單個NMOS的兩倍,但由于兩個NMOS并聯(lián),因此(a)和(b)具有相同的跨導值gm。(c)中的M2是PMOS管,且和(b)中的NMOS管具有相同的寬長比,由于PMOS器件的電子遷移率比NMOS稍低[2],所以gmc=(gml+gm2)m,即其跨導值略低,而它的輸入電容和Cgs近似。由(7)式可知(c)電路結構的噪聲系數(shù)將略增一點,但是由于電流減小了一半,因此在電源電壓一定的情況下能夠有效降低電路的功耗,有利于低功耗LNA設計。
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