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《射频集成电路》讲义.pdf

《射频集成电路》讲义.pdf

上传者: faxa1 2010-08-30 评分 5 0 257 35 1167 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《《射频集成电路》讲义pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含,A)S最小噪声系数和最佳匹配匹配方面的考虑东南大学射频与光电集成电路研究所陈志恒,Nov《射频集成电路设计》讲义低噪声放大器(LN‰LNA的功能和符等。

,A)S最小噪声系数和最佳匹配匹配方面的考虑东南大学射频与光电集成电路研究所陈志恒,Nov《射频集成电路设计》讲义低噪声放大器(LN‰LNA的功能和指标‰双极型晶体管(BJT)的噪声模型‰BJTLNA的噪声系数‰MOS晶体管的噪声模型‰CMO噪声‰输入‰其它射of<<>><>L••会引起线性度的恶化)等方式使接收质量降LNA频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>LNA的功能和指标NA的功能和指标第一级有源电路其噪声、非线性、匹配等性能对整个接收机至关重要主要指标–噪声系数取决于系统要求可从dB以下到好几个dB–增益较大的增益有助于减小后级电路噪声的影响但–输入输出匹配决定输入输出端的射频滤波器频响–线性度未经滤除的干扰信号可通过互调(Intermodulation低射of<<>><>双•CiCrcircCcs频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>双极型晶体管(BJT)的噪声模型极型晶体管(BJT)的噪声模型较为完整的噪声(小信号)电路模型BEirbiBrπCπvberµgmvbeCµreirerorb射of<<>><>•()vrbkTrbf=iCqICf=iBqIBf=ωωT⁄)频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>双极型晶体管(BJT)的噪声模型简化的模型和等效输入噪声源vrbrbiBrπCπvbeCµgmvbeiCinvnrπCπvbeCµgmvberbvnvrbiCgmiBrbvrbiCgminiBiCβjω()=βjω()βjβ(=射of<<>><>B•()(),即RSiCSjω)iC频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>BJTLNA的噪声系数JTLNA的噪声系数当信号源内阻为RS时电路的噪声系数为了计算方便vn和in之间的相关性通常被忽略FvninRS()kTRSf=vninRS()vrbiCgmiBiCβjω()=vrbiBRSgmRSβjω()=vninRS()vrbiBRSgmiCRβ(=射of<<>><>()()gm的选择除了应减小面的考虑。文献给βjω())频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>BJTLNA的噪声系数于是所以在设计中需要尽量减小基极电阻rb而跨导总的噪声系数外还有增益、功耗、线性度等多方出了一个很好的设计实例vninRS()fkTrbkTgmqICRSβFrbRSgmRSgmRSββjω(=射of<<>><>M•vgsgmvgsindrdvgsgmvgsrdCgdCgd频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>MOS晶体管的噪声模型OS晶体管的噪声模型长沟道模型–忽略Cgd的影响()其中–(饱和区忽略f噪声)CgsinCgsvnvnindgm=inωCgsgmind=indkTgmf=射of<<>><>•()导在长沟道条件下()件()值。由于热电子效•静态(NQS)模型噪声电流:ing频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>MOS晶体管的噪声模型沟道热噪声更一般性的表示:为VDS=时的沟道电对于短沟道器件,γ是一个与偏置状态有关的系数对于长沟道器管子工作在饱和区时取值线性区零偏置时取应短沟道器件的γ值远大于栅极感应噪声(draininducedgatenoise)和非准–沟道载流子的不规则运动也会在栅极引起的感应indkTγgdf=gdµCoxWLVgsVth–()=gmgd=gmαgd=α<γ射of<<>><>()确道条件下的相关系数为()()部分ggc–()频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>MOS晶体管的噪声模型其中(饱和状态下)长沟道器件的短沟道器件的情况不明–栅噪声电流和沟道噪声电流是部分相关的长沟故可表示为和分别为与沟道热噪声相关和不相关的ingkTδggf=δ⁄ggωCgsgd=cingind*ingindj=ingingingcingu()kTfδggckTfδ==ingcingu射of<<>><>沟道电荷的反应速度一效应的模型所以它抗ingCgsrgvngggCgs频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>MOS晶体管的噪声模型–当右图所示RC并联电路的Q值足够大即或()和可以等效为噪声电压源和串联电阻:()()–电导gg或电阻rg并不是物理电阻而是对高频时跟不上栅极电压的变化而引起栅电流相对滞后这们本身不产生噪声但是它们影响电路的输入阻gdωCgsωCgsgdωCgs=ωgdCgsωTαigggvgrgvgkTδrgf=rggd=射of<<>><>•()indddc)频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>MOS晶体管的噪声模型短沟道MOS管的噪声模型CgsvgsgmvgsrinCgsvgsgmvgsrvnCgdCgdggingggvnindgmvngindgm=iningcjωCgsgmindkTfδgg–(=射of<<>><>C匹配•()()()dmγαgm=Cgsgdc–()dgmingcindjωCgs=ingind*indingingindcingind=)ωCgsgdδγ=频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>CMOS最小噪声系数和最佳噪声匹配MOS最小噪声系数和最佳噪声端口网络的噪声参数:RnvnkTfindgmkTfkTγgdfgmkTfγgg====GukTfδggc–()kTfδggc–()ωδ===YcingcjωCgsgm⁄()indvningcjωCgsgm⁄()inindgm⁄==ingcindingcind*indind*ingcind*indind*ingcind*indingind*indingind*indindinging======ingindkTδggfkTγgdfδggγgdωCgs()gd(⁄δγgd===射of<<>><>()()()()Cgsαcδγγc)c–()频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>CMOS最小噪声系数和最佳噪声匹配因为,YcgmingcindjωCgsjωCgsgmcgdδγωCgsjω==YcGcjBc=GcBcωCgsαcδ=GoptGuRnGcαωCgsδγ–(==BoptBc–ωCgsαcδγ–==FminRnGoptGc()ωωTγδ=射of<<>><>•()()pt)频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>CMOS最小噪声系数和最佳噪声匹配给定功耗条件下的噪声优化–在信号源导纳为时噪声系数为假设为简练起见定义于是有YsGsjBs=FFminRnGsGsGopt–()BsBo–(=BsBopt=FFminRnGsGsGopt–()=QoptGoptωCgsαδγc–()==QsωCgsRs=射of<<>><>()们来看一下漏电流()成()令,()gmRsQoptQs–ρρPVDDvsatEsatωRs=PPDρρ频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>CMOS最小噪声系数和最佳噪声匹配为了在噪声系数的表达式中引入功耗(电流)我定义公式()可写直流功耗FFminγαgmQsωCgsQoptωCgs–()QsωCgsFminγα==IDµCoxWLVgsVth–()LEsat()VgsVth–()LEsat=Esatvsatµ=ρVgsVth–LEsat=IDWLCoxvsatEsatρρCgsvsatEsat=PDVDDIDVDDCgsvsatEsatρρ==QsωCgsRsωRsVDDvsatEsatρρ===射of<<>><>条件下()()()()频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>CMOS最小噪声系数和最佳噪声匹配假设(低功率的情况下成立)在给定PD的给出最小噪声系数此时对于Ω信号源栅宽频率积约为µmGHzρρPDPδγc–()⁄()Qscγδcδγ=WωLCoxRsQsωLCoxRs=FγαωωT=射of<<>><>输()sCgsωTLs频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>输入匹配入匹配LsLgZinZinsLgLs()sCgsgmCgsLssLgLs()==射of<<>><>其•••频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>其它方面的考虑它方面的考虑电感的影响共栅放大级的噪声多晶硅栅电阻–单端连接的多指结构–双端连接的多指结构RgnRsqWL=RgnRsqWL=射of<<>><>参nalogIntegratedCircuits,rdedRFFrontEndIC,”IEEEJSolidMOSLowNoiseAmplifier,”cuitsforTelecommunication频集成电路设计>低噪声放大器(LNA)>参考文献考文献PaulRGrayandRobertGMeyer,AnalysisandDesignofAChapter,Wiley,RobertGMeyerandWilliamDMack,“AGHzBiCMOSStateCircuits,vol,pp,March,DerekKShaefferandThomasHLee,“AVGHzCIEEEJSolidStateCircuits,vol,pp,May,YannisEPapananos,RadioFrequencyMicroelectronicCirApplications,Chapter,,,Kluwer,低噪声放大器(LNA)LNA的功能和指标双极型晶体管(BJT)的噪声模型BJTLNA的噪声系数MOS晶体管的噪声模型CMOS最小噪声系数和最佳噪声匹配输入匹配其它方面的考虑参考文献

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