طراحی تقویت کننده کم نویز با توان مصرفی کم و قابلیت های حذف خارج از باند، بهبود نویز و خطینگی در سیستم فرا پهن باند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه برق، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه زنجان

2 دانشگاه زنجان-دکتری الکترونیک

چکیده

عددنویز تقویت‌کننده‌های کم‌نویز بطور مستقیم به عدد‌نویز سیستم افزوده می‌شود؛ بنابراین عملکرد تقویت‌کننده‌های کم‌نویز کارایی سیستم را از نظر نویز مشخص می‌کنند. در این مقاله تقویت‌کننده‌ کم‌نویز با توان ‌مصرفی کم در سیستم فراپهن باند، یکی با قابلیت حذف خارج از باند فرکانسی و دیگری با قابلیت بهبود نویز و خطینگی مدار توسط تکنولوژی CMOS تحلیل و طراحی شده‌است. در طراحی تقویت‌کننده‌ی کم‌نویز، تکنیک بایاس زیرآستانه برای طراحی کم توان، ، از فیلتر چپیشف برای تطبیق امپدانس ورودی و تکنیک کاسکود برای افزایش ایزولاسیون معکوس و افزایش بهره استفاده شده است. در طراحی تقویت‌کننده‌ی کم‌نویز با استفاده از فیلتر تله‌ای دوگان که با سلف فعال توان پایین پیاده‌سازی شده است، حذف خارج از باند در فرکانس GHz4/2به میزانdB42 و در فرکانس GHz2/5 به میزان dB36 بهبود داده شده است، همچنین با استفاده از تکنیک های بهبود نویز و خطینگی، مقدار نویز dB3/2کاهش یافته و مقدار خطینگی مدار dB9 بهبود یافته است. تقویت‌کننده‌های ‌کم‌نویز طراحی شده با پهنای‌باند ٣ تا ٥ گیگاهرتز با استفاده از تکنولوژیCMOS μm18/0، توان های8/2 میلی وات و 9/1 میلی وات را به ترتیب از منبع تغذیه ٨/۱ ولت مصرف می‌کنند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design of CMOS LNAs with Low Power and Out of Band Rejection Capabilities Using the Improvement of Noise and Linearity in the UWB System

نویسندگان [English]

  • Maryam Babasafari 1
  • mostafa yargholi 2
  • Mohammad Mostafavi 1
1 Electrical & Electronics Engineering , Faculty of Engineering, University of Zanjan
2 Electrical & Electronics Engineering , Faculty of Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
چکیده [English]

Noise figure of the Low Noise Amplifier (LNA) is added directly to the system noise figure; therefore, the performance of the Low Noise Amplifiers determines the system's performance in terms of noise. In this paper, Low Noise Amplifiers have been designed in the UWB system, one of them with the ability of out of band rejection and the other with the capability of improving noise and circuit linearity by CMOS technology. In the design of LNA, subthreshold bias technique is used for low power design, chebyshev filtering for matching input impedance and cascode technique to increase inverse isolation and increase gain. In the design of the LNA, using a dual band notch filter which is implemented with low power active inductor, the out of band rejection are improved 42dB at a frequency of 2.4GHz, and 36dB at a frequency of 5.2GHz. Also by using the noise and linearity improvement techniques, 2.3dB reduction in the noise, and 9dB improvement in the circuit linearity (IIP3) is established. The designed LNA,s with a bandwidth of 3 to 5 GHz by using the 0.18 μm CMOS technology, are consumed 2.8mW and 1.9mW from a 1.8V supply voltage, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Subthreshold Bias
  • Low Noise Amplifier
  • Noise Cancelling Technique
  • Out of Band Rejection

مراجع

[1] P. R. Gray, P. J. Hursts, S. H. Lewis, and R. G. Meyer, “Analysis and design of analog integrated Circuits,” New York: Wiley. pp. 186 -191, 2001.
[2] M. Yargholi, and A. P. Tarighat, “Resistive
Feedback LNA With Dual Band Notch Filter for Suppressing WLAN Signals in UWB Receivers, ” IEEE National Conf. of Communication, NCC, 2012.
[3] B. Razavi, “Design of Analog CMOS Integrated Circuits,” McGraw Hill, pp. 192 -256, 2001.
[4] W. Chen, G. Liu, B. Zdravko, and A. M. Niknejad, “A Highly Linear Broadband CMOS Low-Noise Amplifier Employing Noise and Distortion Cancellation, ” IEEE J Solid-State Circuits, vol. 43, no. 5, pp. 1164-1176, 2008.
[5] M. Alioto, “Ultra low power VLSI circuit design demystified and explained : A tutorial, ” IEEE Trans. Circuits Syst. I, vol. 59, no. 1, pp. 3-29, 2012.
[6] M. Alioto, “Understanding DC behavior of subthreshold CMOS logic through closed- form analysis, ” IEEE Trans. Circuits Syst. I, Reg. Pa-pers, , vol. 57, no. 7, pp.1597-1607, 2010.
[7] H. Lee, and S. Mohammadi, “A 3GHz Subthreshold CMOS Low Noise Amplifier,
”School of Electrical and Computer
Engineering, Purdue Uni., West Lafayette, IN,47907,U.S.A, 2006.
[8] A. Bevilacqua, and A. M. Niknejad, “An ultra-wideband CMOS LNA for 3.1 to 10.6 GHz wireless receiver,” IEEE J. Solid-State Circuit
vol. 39, no. 12, pp. 2259-2268, 2004.
[9] M. Babasafari, and M. Yargholi, “A 3.1-10GHz Low Power CMOS UWB LNA With Dual Band Notch Filter Using Forward Body Biasing, ”IETE J. of research , 2018.
[10] A. P. Tarighat, and M. Yargholi, “A CMOS low noise amplifier with employing noise cancellation and modified derivative superposition technique, ” Microelectronics
Journal , no. 54, pp. 116-125, 2016.
[11] M. El-Nozahi, A. Helmy, E. Sanchez-Sinencio, and K. Entesari, “An Inductor- Less Noise-Cancelling Broadband LNA With Composite Transistor Pair In 90 nm CMOS
Technology , ” IEEE J. Solid State Circuits, vol. 46, no. 5 pp. 1111-1122, 2011.
[12] S. Joo, T. Choi, and B. Jung, “A 2.4-GHz Resistive Feedback LNA in 0.13 m CMOS, ”
IEEE J. Solid State Circuits, vol. 44, no. 11,
pp.3019-3029, 2009.
[13] H. Zhang, and E. Sanchez-Sinencio, “Linearization Techniques for CMOS Low Noise Amplifier: A tutorial ,” IEEE Trans.
Circuits Syst. I, Reg. Papers, vol. 58, no. 1, pp. 22-36, 2011.
[14] A. J. Scholten, L. F. Tiemeijer, R. van Langevelde, R.J. Havens, A.Zegers-van Duijnhoven, and V. C. Venezia, “Noise
modeling for RF CMOS circuit simulation” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 50, pp.618-632, 2003.
[15] D. M. Pozar, “Microwave Engineering,” New York: Wiley,1998.
[16]Ch. Liang, P. Rao, T. Huang, and Sh. Chung, “Analysis and Design of Two Low-Power Ultra-Wideband CMOS Low-Noise Amplifiers With Out-Band Rejection, ” IEEE Trans. Micro Wave Theory And Tech, vol. 58, no. 2, pp.277-286.
[17] S.-K. Tang, K.-P. Pun, C.-S. Choy, C.-F. Chan, and K. N. Leung, “ A fully differential band-selective Low- Noise Amplifier for MB -
OFDM UWB Receivers, ” IEEE Trans .
Circuits Syst., vol. 55, no. 7, pp. 653-657, 2008
[18] Y. Gao, Y. J. Zheng, and B. L. Ooi, “0.18μm CMOS dual- band UWB LNA with interference rejection, ”Electron. Lett., vol. 43, no. 20, pp. 1096-1098, 2007.
[19] R. E. Amaya, N. G. Tarr, and C. Plett, “A 27 GHz fully integrated CMOS distributed
amplifier using coplanar waveguides,” Proc.
IEEE RFIC Symp., pp. 193-196, 2004.
[20] H.H. Hsieh, et al., “A CMOS 5-GHz Micro Power LNA, ” IEEE RFIC Symp. Dig., pp. 31-34, 2006.
[21] J. Kim, S. Hoyos, and J. Silva- Martinez, “ Wideband Common Gate CMOS Low-Noise Amplifier Employing Dual Negative Feedback With Simultaneous Noise, Gain and Bandwidth Optimization, ” IEEE Trans. Microwave Theory & Tech, vol. 58, no. 9, pp. 2340-2351, 2010.
[22] K. Wang, K. Seng Yeo, K. Mal, and Zh. Wang, “An Inductorless and Capacitorless LNA with Noise and Distortion Cancelation, ” IEEE Computer Research and Development (ICCRD) Conf. vol. 3, pp. 270-274, 2011.
[23] Ro. Min WENG, Ron-Chi KUO, and Po-Cheng LIUN, “An Ultra-Wideband LNA with Notch Filter, ” IEEE, 2007.
[24] T. K. K. Tsang, K.-Y.Lin, and M. N. El-Gamal, “Design techniques of CMOS UWB amplifier for multistandard communication, ” IEEE Trans. Circuit Syst. II, vol.55, no. 3, pp. 214-218, 2008.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 13 اسفند 1397
  • تاریخ بازنگری: 18 خرداد 1398
  • تاریخ پذیرش: 14 تیر 1398
  • تاریخ اولین انتشار: 01 شهریور 1398

اشتراک گذاری

ارجاع به این مقاله

آمار