3～5GHz超宽带LNA设计：噪声消除技术的应用

"本文主要介绍了在3～5 GHz频段采用噪声消除技术设计的CMOS超宽带低噪声放大器(LNA)。设计中，LNA结构选择了并联电阻负反馈的Cascode配置，并通过源极跟随器实现输出级。文章详细分析了电路设计，包括宽带输入匹配和噪声消除策略，以满足超宽带系统的低噪声和宽频响应需求。" 在超宽带(UWB)通信系统中，低噪声放大器(LNA)是前端的关键组件，因为它直接影响接收机的灵敏度和整体性能。针对UWB系统对低噪声、高增益和宽频带的需求，本文提出了一个基于3～5 GHz频率范围的CMOS LNA设计方案。传统宽带LNA设计通常采用分布式或平衡放大器结构，但这些方法在UWB应用中由于直流功耗过大而不适用。 本设计选择了一种带通滤波器输入匹配结构和并联电阻负反馈结构相结合的方式，以实现较大的带宽、平坦的增益和优秀的噪声性能。并联负反馈Cascode结构能够有效地降低输入端的噪声系数，同时通过引入前馈噪声消除结构（由M1、M2、M3和M4组成）来进一步优化噪声性能。电路中，M1作为主放大管，其共源结构决定了噪声系数和输入匹配，而M2则通过共栅结构提供反向隔离度，抑制M1的密勒效应。M3和M4组成的源极跟随器输出级，确保了输出信号的稳定。 在电路分析部分，作者探讨了宽带输入匹配问题。通过去掉输出缓冲器M3，电路可以被等效为一个跨导级，利用M1、M2和L1的电感退化结构将输入电压转化为输出电流。通过对输入阻抗的计算和分析，发现电路在3～5 GHz范围内能够实现接近50Ω的宽带输入匹配，虚部在4.2 GHz附近为零，表明设计满足了UWB系统所需的宽频带特性。 噪声消除技术的应用是本文的一大亮点。通过合理布局和优化电路参数，可以有效地降低噪声系数，提升LNA的整体性能。这种设计方法对于UWB通信系统中的高效能、低功耗LNA设计具有重要的参考价值。 本文详细阐述了一个采用噪声消除技术的3～5 GHz CMOS超宽带LNA设计过程，从结构选取到电路分析，再到仿真结果的讨论，展示了如何实现低噪声、宽频带和高效能的LNA设计，对于理解UWB LNA设计原则和技术有重要指导意义。