超宽带低噪声放大器的CMOS设计与优化

本文介绍了一种新型的超宽带低噪声放大器（LNA），针对无线个人局域网应用的UWB技术需求。UWB技术以其高数据传输率、低成本和低功耗的优势受到广泛关注，但标准尚未完全定义，主要存在DS-UWB和MB-OFDM两种架构。DS-UWB将频段分为高频和低频两部分，而MB-OFDM则分为A、C和D三个段，其中3.1GHz~4.9GHz是个关键频段。 LNA在无线接收机前端扮演着至关重要的角色，其输入阻抗匹配至50Ω是基本要求，同时在大信号输入下需保持良好的线性性能。然而，现有的超宽带LNA存在噪声系数较高、芯片面积大等挑战。本文所提的CMOS超宽带LNA创新地采用了巴特沃斯滤波器作为输入匹配，源极跟随器作为输出匹配，并利用两颗0.18μm工艺的MOS管构建共源共栅结构，以简化电路设计和减小寄生电容，从而实现宽频带输入匹配。 设计中考虑了四种常见的实现方式：分布式结构通过延迟换带宽，提供相对简单电路和小尺寸元件，但功率消耗和面积较大；电阻并联反馈式结构可在宽频带内实现匹配，但反馈电阻会引入额外噪声和降低隔离性能；开关切换方式通过分段处理频谱，虽然可以有效管理带宽，但涉及开关控制增加了复杂性。 本文的研究旨在解决超宽带LNA在宽频带下的噪声控制和效率优化问题，通过先进的设计技术和选择合适的电路结构，期望在满足高性能的同时，降低功耗和芯片尺寸，推动UWB技术在实际应用中的发展。这不仅对无线通信系统的性能提升具有重要意义，也为未来的无线设备设计提供了有价值的技术参考。