3-5GHz CMOS可调增益低噪声放大器设计与性能分析

本文档深入探讨了"差分式增益连续可调CMOS超宽带LNA设计"这一主题，由作者王春华、曲晓杰、罗永剑、万求真和杜超共同完成，他们来自湖南大学计算机与通信学院。这项研究聚焦于设计一种能够在3~5GHz频段内实现大范围增益连续调节的低噪声放大器（LNA），采用差分结构以提高性能。 设计的关键组成部分包括输入输出采用的差分结构，以及二阶切比雪夫滤波器作为输入滤波器，源极跟随器作为输出。核心放大电路部分采用了共源共栅电路，这种电路结构有助于实现高增益的同时保持良好的噪声性能。通过精确控制第二级的偏置电流，设计者实现了41dB的连续增益调整，同时保持了输入和输出的匹配特性。 该LNA的设计基于Chartered 0.18μm CMOS工艺，表现出优异的性能。在最高增益状态下，输入反射系数S11和输出反射系数S22分别小于-11dB和-15dB，显示出良好的信号完整性。噪声系数最低达到1.5dB，这表明放大器的噪声性能极佳。此外，电路在-7dBm的三阶交调截点（IIP3）上表现出稳定的线性度，而且在1.2V供电下，功耗仅为8.3mW，显示出高效的能源利用和低能耗特性。 共模抑制比达到276dB，这意味着电路能有效抑制共模噪声，提高了系统的信号质量。对于超宽带系统而言，低噪声放大器的性能至关重要，尤其是在数据传输速率高达1Gbps以上的应用场景中，如室内通信、高速无线LAN等。可调增益特性使得VG-LNA能够适应接收机的不同动态范围需求，减轻混频器的线性度压力，因此在超宽带系统的设计中具有显著的优势。 文中提到的传统可调增益技术，如旁路选择和利用负反馈与电流分离的方法，在窄带设计中可以实现连续增益控制，但在超宽带系统中面临回波损耗和增益平坦度的问题。作者通过创新设计解决了这些问题，为超宽带低噪声放大器的发展提供了新的解决方案。 这篇论文不仅介绍了差分式连续可调CMOS LNA的具体设计方法和技术细节，还探讨了其在超宽带通信中的实际应用价值，为高性能超宽带系统的设计和优化提供了有价值的技术参考。