CMOS低噪声放大器：高增益低功耗设计策略

"模拟技术中的一种高增益低功耗的CMOS低噪声放大器的设计应用 模拟技术" 在无线通信领域，CMOS（互补金属氧化物半导体）技术因其低成本和高集成度的优势，已经成为无线射频收发器设计的首选。其中，低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）作为射频信号处理的第一环节，对整个系统的信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）有着至关重要的影响。LNA的主要任务是提供足够的增益以增强弱信号，同时保持较低的噪声系数，以降低噪声引入。此外，为了满足现代无线通信设备对低功耗的需求，LNA的设计也需兼顾低功耗特性。 Inductive-degenerate cascade结构的LNA是设计中常见的一种，这种结构的优势在于它可以提高增益，减小噪声系数，并增强输入与输出端的隔离度，从而提高整体电路的稳定性。然而，该结构存在一些挑战，如需要大型栅极电感，这不仅增大了芯片面积，还可能引入额外的热噪声。此外，共栅级的源端对衬底寄生效应敏感，可能导致信号损失和噪声系数恶化。 为了解决这些问题，CS2CS cascaded电流复用结构被引入。这种结构允许第二级共享第一级的偏置电流，减少了总的电流消耗，从而降低了功耗。第一级的输出通过耦合电容连接到第二级晶体管的栅极，但这种连接方式可能导致反向隔离效果不佳，影响电路稳定性。对此，有的研究通过在级间添加谐振电感，有效提升了隔离度，增强了电路的稳定性，同时也实现了高增益和低功耗的平衡。 本文进一步创新，采用LC并联网络替代栅极大电感，以减少噪声并优化芯片面积。同时，利用电流复用技术的两级共源结构，并结合级联的谐振匹配网络，旨在提升增益性能。这种方法旨在克服传统设计的缺点，通过优化电路架构，实现更高的增益、更低的噪声和更好的功耗效率，以适应无线通信系统对高性能和低功耗LNA的迫切需求。