0.18μm工艺下CMOS超宽带LNA设计:噪声消除与宽带输入匹配

本文主要探讨了一种基于噪声消除技术的CMOS超宽带低噪声放大器（Low Noise Amplifier, LNA）设计，采用的是SMIC0.18μm RFCMOS工艺，工作频率范围为3～5GHz。超宽带LNA作为超宽带无线接收前端系统的关键组件，其性能直接影响系统的带宽、噪声和功耗。传统宽带LNA设计通常依赖分布式和平衡放大器技术，但这些方法往往需要较大直流功率且不适合UWB系统。 设计中，作者选择了并联电阻负反馈结构作为基础，这种结构能够提供较宽的带宽、平坦的增益和良好的噪声特性。电路的核心部分采用并联负反馈Cascode结构，内部包含电容C1、C2和C3用于滤除直流噪声，M1和M2形成电感退化结构，等效为具有跨导Gm的级。通过简化M2的二极管效应，作者分析了主放大电路的输入匹配特性。 图1展示了电路结构，包括M1、M2、L1以及输出缓冲器M3。在没有M3的情况下，电路可以被简化为一个跨导级，通过计算得出输入阻抗Zin。经过Matlab数值分析，结果显示在3～5GHz频段，Zin的实部接近50欧姆，虚部在4.2GHz附近为零，与50欧姆标准负载阻抗相当，这表明设计实现了宽频带输入匹配。 此外，文中还提到了晶体管M1和M2的具体尺寸以及Lg（互感）、L1（电感）的取值。对于窄带LNA的设计，虽然文中并未详述，但提到了相关文献可供参考，而本文的重点在于超宽带LNA的噪声消除技术和输入匹配优化。 本文深入研究了噪声消除技术在超宽带CMOS LNA设计中的应用，通过理论分析和仿真验证，确保了设计的放大器在工作频带内具有优异的性能，满足超宽带系统的需求。这对于无线通信和雷达等领域的超宽带接收设备的发展具有重要意义。