低噪声放大器

清华大学微电子学研究所Apr. 16, 2014

低噪声放大器

池保勇

清华大学微电子学研究所设计室

参考书：池保勇、余志平、石秉学，CMOS射频集成电路分析与设计，§8

Thomas H. Lee, The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits(Second Edi.), 2004, §12

提要

●LNA概述：性能要求

●源简并电感型共源放大器：输入匹配、有效跨导，噪声系数与优化

●源简并电感型共源低噪声放大器：放大器拓扑结构、增益、输入节点寄生电容的影响、Cascode晶体管尺寸的选择、其他设计考虑

●源简并电感型共源放大器的设计过程

●衡量LNA性能的参数及典型值●功率匹配与噪声匹配的区别●判断射频放大器稳定性的方法

LNA概述

LNA--线性度要求承受强Blocker

LNA—输入阻抗匹配（续）

●射频放大器的通用结构

●功率匹配：●噪声匹配：

●大多数条件下功率匹配与噪声匹配的条件并不能同时满足

inc

P in

ΓS

ΓL

Γout

ΓL

P opt

opt S S S S jB G jB G Z F +=+=⇐Γ)(min **max ,out

L in S L Z

Z Z Z P ==⇐

射频放大器的稳定性条件：晶体管输入端和输出端的各种反射系数的幅度必须小于1，否则说明反射波的幅度大于入射波，晶体管网络或者匹配网络本身在提供能量，即发生了振荡

Γ

,<

●输入匹配

●有效跨导

●噪声系数与优化

源简并电感型共源放大器结构

12in S gs

Q R C ω=

,m eff m in

g g Q =⋅

阻抗不匹配程度对放大器增益的影响

●引入功率－电流转换效率（PCC ）来衡量放大器的增益性能（P av 为可获得源功率）

●输入阻抗的虚部为0，R in ＝ωT L s ≠R S

●在满足Г<-10dB时，不匹配可以提高增益（最多达2dB）

S

T S eff m av out

CC R R g P i P 1)(4)(202

,21

⋅===Ω-ωωin

S T s m s g s gs m eff

m R R sL g R sL sL sC g g +⋅

=++++=1

1)(,ωω2

222

2

)1(1

)(|)(4Γ-=+=+-=ΓS

T R R

R R

in S S T R R R R PCC S

in S

in ωωωωout

i g

L E

Z in

Z S

R s

v 1

M

噪声优化

MOS晶体管的噪声模型

简化的MOS晶体管噪声模型

源简并共源放大器的计算噪声性能

的等效电路

V gs=1V

●放大器拓扑结构

●增益

●输入节点寄生电容的影响

●Cascode晶体管尺寸的选择

源简并电感型共源低噪声放大器