CMOS多频段低噪声放大器设计：单个LNA解决方案

"本文主要探讨了模拟技术中的CMOS多频段低噪声放大器（LNA）设计，针对无线通信技术日益增长的需求，提出了一种并行式多频段LNA解决方案，旨在解决多频段移动终端接收系统中的关键问题。传统方法包括并联多个单频段LNA、开关式LNA和宽带LNA，但这些方法各有弊端，如功耗大、占用面积多、成本增加以及干扰信号放大等。设计中提出的并行式多频段LNA通过优化电路结构，实现了单个LNA同时工作在多个频段的功能，有效降低了功耗和芯片面积，提高了系统的效率和性能。" 在无线通信系统中，低噪声放大器（LNA）作为接收链的第一级，对于保持信号质量和降低系统噪声至关重要。传统的多频段LNA设计策略包括并联多个单频段的LNA，这可能导致高功耗和芯片面积的显著增加，不适应接收标准的持续扩展。开关式LNA虽然可以节省功耗，但仅能工作在一个频段，无法满足多频段同时工作的需求。而宽带LNA虽能覆盖多个频段，却可能引入不必要的干扰信号。 本设计采用了一种创新的并行式多频段LNA架构，它以单个LNA单元实现多频段操作，降低了系统复杂性，减小了芯片面积，同时减少了不必要的功率消耗。具体实现方式是通过精细的电路设计，例如采用具有源极电感的共源MOSFET结构，并对噪声性能进行优化。在1.8GHz、1.9GHz和2GHz相近的频段，设计了一个0.9/1.9GHz双频段LNA，通过扩大中心频率1.9GHz的带宽，覆盖1.8至2GHz，从而覆盖所需的四个频段。 在噪声分析方面，高频MOSFET的噪声源主要包括漏电流噪声和栅电流噪声。通过计算输入级品质因数Qs，可以优化噪声系数，确保在功耗限制和阻抗匹配条件下，LNA具有良好的噪声性能。噪声系数的计算涉及源极电阻Rs、栅极和源极的阻抗以及MOSFET的栅电流和漏电流噪声。 此外，为了进一步提升LNA的性能，还需要考虑增益、线性度、电源抑制比（PSRR）以及输入和输出阻抗匹配等问题。通过精心选择元器件参数和采用先进的工艺技术，可以在保证多频段工作的同时，确保LNA在各个频段都有稳定的增益和良好的线性响应，抑制电源噪声对信号的影响，并与前端天线和后端信号处理电路实现良好的接口匹配。 该设计展示了在模拟技术中，通过CMOS工艺实现多频段低噪声放大器的一种有效方法，这对于推动无线通信设备的发展，特别是支持多标准的移动终端，具有重要的实践意义。通过不断的电路优化和技术创新，未来多频段LNA的设计将进一步提升性能，满足更多频段、更高效能的无线通信需求。