2.4GHz低噪声放大器：SMIC工艺下的传感器网络关键设计

低噪声放大器（LNA）在无线传感器网络（WSN）中的重要性不言而喻。WSN是一种移动通信技术，能在无需预设基础设施的情况下，实现临时、快速的网络组织，它正引领我们进入一个"网络即传感器"的时代。LNA作为射频接收前端的关键组件，其性能直接影响系统的整体性能，尤其是在天线接收到微弱信号时，LNA负责提供增益放大，确保信号能完整传递至后续处理阶段。 本文设计的LNA专为2.4GHz频段工作，采用了先进的SMIC 0.13μm RF CMOS工艺，这使得电路设计更加高效且小型化。在无线传感器网络节点中，功耗管理尤为重要，设计师需在提供足够的增益、低噪声系数，以及保证带宽、线性度和稳定性的同时，寻求在有限的功耗约束下优化输入输出功率匹配和提升噪声性能的平衡。电路结构上，作者选择了共源共栅的差分设计，这种结构通过抑制共源级的电压增益和密勒效应，提高了反向隔离度，降低了输入阻抗，从而增强了放大器的稳定性。 具体设计中，利用片内电阻R1和R2进行分压来产生偏置电压Vbias，然后通过Rg1和Rg2施加到共源管M1和M2的栅极，为它们提供稳定的直流偏置。为了降低噪声系数，通常选择较大阻值的Rg1和Rg2，这样可以减少偏置电路中电阻的影响，进一步减小噪声。 然而，噪声系数和增益是一对矛盾体，要在满足特定性能指标的同时，找到最佳的权衡点是一项挑战。设计师需要精细调整电路参数，以实现最优的性能表现，这不仅涉及电路设计技巧，还涉及到信号处理和噪声分析的知识。本文提供的低噪声放大器电路设计是一个典型的射频前端设计案例，展示了在无线传感器网络环境下如何实现高性能和低功耗的结合。