TSMC 0.18 μm CMOS工艺超宽带低噪声放大器设计

"基于3.1 ~10.6 GHz CMOS超宽带低噪声放大器设计 (2015年)" 本文介绍了一款基于TSMC 0.18微米CMOS工艺的超宽带低噪声放大器（LNA）设计，该设计特别适用于3.1至10.6 GHz的频率范围。低噪声放大器是射频和微波系统中的关键组件，主要任务是提高信号接收质量，降低噪声，并保持良好的增益性能。在这个设计中，采用了共栅结构，这是一种常见的晶体管配置，能够提供高增益和低噪声特性。 设计的关键点在于利用串联的电阻和电感与晶体管自身的跨导来实现输入端的良好匹配。这种匹配技术是实现宽频带操作的关键，因为它确保了在整个工作频段内，放大器对输入信号的响应保持稳定，同时最小化反射，从而提高整体性能。此外，电路的仿真工作是在ADS2009软件上进行的，这是一款广泛使用的射频和微波电路设计工具，可以精确预测和优化电路性能。 在1.8伏电源供电的情况下，该LNA的仿真结果显示其功耗仅为15.6毫瓦，显示出优秀的功率效率。在3.1到10.6 GHz的频带上，噪声系数NF（衡量放大器引入的额外噪声的指标）被控制在1.2845 ±0.3405 dB，这是一个非常低的值，意味着放大器在保持低噪声的同时，能够有效地放大微弱的信号。正向增益S21达到21.451 ±1.5 dB，这意味着放大器能够显著提升输入信号的强度。输入回波损耗低于 -15.14 dB，输出回波损耗低于 -20.202 dB，这些数值表明信号在通过放大器时损失极小，且反射得到有效抑制，有助于保持系统的稳定性。 该研究得到了多项基金的支持，包括国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省高校自然科学基金以及广西高校重点实验室项目。作者赵小荣等人在模拟与射频集成电路设计领域有深入研究，他们的工作为超宽带通信系统的低噪声前端设计提供了有价值的参考。 关键词：低噪声放大器；超宽带；互补金属氧化物半导体；共栅结构 这个设计不仅展示了CMOS技术在超宽带应用中的潜力，还突显了在有限的功率预算下实现高性能射频组件的设计策略。对于未来无线通信系统，尤其是在高速数据传输、卫星通信、雷达和物联网等应用场景中，这种高效、宽频带的LNA设计具有重要的实际意义。