طراحی و شبیه‌سازی تقویت‌کننده‌های توزیع شده شبه‌تفاضلی آبشاری به‌منظور افزایش بهره در پهنای باند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری برق الکترونیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک

2 عضو هیات علمی گروه الکترونیک دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه ازاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات

3 استادیار دانشکده مهندسی، دانشگاه ازاد اسلامی واحد اراک

چکیده

تقویت‌کننده توزیع‌شده شبه‌تفاضلی (PDDA) یک روش مناسب برای افزایش پهنای باند در یک تقویت‌کننده باند پهن می‌باشد. در این مقاله روش‌های افزایش بهره PDDA توسط روش‌های آبشاری و حصول تقویت‌کننده توزیع‌شده شبه‌تفاضلی آبشاری (CPDDA)در طرح‌های مختلف، با شرط توان و سطح تراشه ثابت، پیشنهاد شده که انتخاب طرح بهینه وابسته به پارامتر gmRo سلول‌های بهره (PDA) است. جهت بررسی عملکردی و مقایسه طرح‌ها، مدارات پیشنهادی در تکنولوژی RF_CMOS_ 0.18µm طراحی و در نرم‌افزار کیدنس شبیه‌سازی شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند که در این تکنولوژی، برای به‌دست آوردن پهنای باند 0-40GHzکه نیاز به gmهای پایین ترانزیستورهای سلول بهره PDA است، تقویت‌کننده با ساختار دو PDDA سه طبقه بهتر از ساختار سه PDDA دو طبقه عمل کرده و با آن می‌توان به بهره 10dB دست یافت. در این تقویت‌کننده پارامترهای S11,S22,S12 نیز به‌ترتیب -12,-10,-16 dB بوده و عدد نویز برابر 4.6dB و P1dB برابر +3.5dBm می‌باشد. این تقویت‌کننده دارای توان مصرفی 230mW است و سطح تراشه 0.63mm2 می‌باشد. مقایسه این تقویت‌کننده با کارهای انجام ‌شده قبلی، گواه عملکرد و کارایی مطلوب این تقویت‌کننده در کاربردهای باند پهن می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design, Analysis and Simulation of Cascaded Pseudo Differential Distributed Amplifier to Gain-Bandwidth Enhancement

نویسندگان [English]

  • Majid Babaeinik 1
  • Massoud Dousti 2
  • Mohammad Tavakoli 3
1 Department of Electrical Engineering, Arak Branch, Islamic Azad University, Arak, Iran
2 Department of Electrical and Computer Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Department of Electrical Engineering, Arak Branch, Islamic Azad University, Arak, Iran
چکیده [English]

Pseudo-differential distributed amplifier (PDDA) is an effective method in increasing the bandwidth of a broadband amplifier. This study investigates different methods with same power consumption and chip area for enhancement gain-bandwidth in a cascaded pseudo differential distributed amplifier (CPDDA) and compare them.The choice of optimal design depends on the gmRo parameter of the PDA cells. The proposed circuits have been implemented in 0.18-μm RF-CMOS technology. The simulation results show that in this technology, in order to obtain a 0-40GHz bandwidth that requires low gmof the PDA's cell-transistor, two cascaded PDDA with three stages has a better performance than a three cascaded PDDA with two stages. In two cascaded PDDA with three stages structure, a gain of 10dB can be achieved in the bandwidth of 40GHz in 0.18-μm RF-CMOS technology. In this amplifier, parameters S11, S22, S12, are -12, -10, and -16 dB, respectively and noise figure is equal to 4.6 and P1dB is +3.5dBm. This amplifier has 230mW power consumption and a chip area of 0.63 mm2. These values show the good performance of the proposed amplifier, compared to the results of previous works on similar amplifiers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ultra-wideband Amplifier
  • Distributed Amplifier (DA)
  • Cascaded Pseudo Differential Distributed Amplifier (CPDDA)
  • Bandwidth (BW)
  • S Parameters

مراجع

[1] M. Drakaki, S. Siskos, A. Hatzopoulos, “A 0.5-20 GHz bandwidth enhanced distributed amplifier,” Microelectronic Engineering, vol. 90, no. 26, pp. 26-28, 2012.
[2] A.Pasca, M. Ciugudean, “Highly efficient, zero-Skew, integrated clock distribution networks using Salphasic principles,” Advances in Electrical and Computer Engineering, vol. 16, pp. 69 – 78, 2016.
[3] A. Ghadiri, K. Moez, “Wideband active inductor and negative capacitance for broadband RF and microwave applications,”
IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 4, pp. 1808 -1814, 2014.
[4] A. H. Mogheyse, H. MiarNaimi, “Two-dimensional distributed amplifier by2D-LC lattice,” IET Microwaves, Antennas & Propagation, vol. 10, pp.1581-1590, 2016.
[5] J. Hoffman, P. Chevalier, P. Schvan, “55-nm SiGe BiCMOS distributed amplifier topologies for time-interleaved 120-Gb/s fiber-optic receivers and transmitters,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 51, pp. 2040-2053, 2016.
[6] G. Piccinni, G. Avitabile, G. Coviello, C. Talarico, “Gm over ID design for UWB distributed amplifier,” 2016 IEEE 59th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), Abu Dhabi, 2016.
[7] H. Ahn, DJ. Allstot, “A 0.5-8.5 GHz fully differential CMOS distributed amplifier,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 37, pp. 985-993, 2002.
[8] A. Jahanian, P. Heydari, “A CMOS distributed amplifier with distributed active input balun
using GBW and linearity enhancing techniques,” IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques, vol. 60, pp. 1331-1341, 2012.
[9] M. Babaeinik, M. Dousti, M.B. Tavakoli, “A high bandwidth (DC-40 GHz) pseudo differential distributed amplifier in 0.18-μm RF CMOS,” Journal of Circuits, Systems, and Computers, vol. 26, pp. 1750191, 2017.
[10] B. Ballweber, R. Gupta, D. J. Allstot, “A fully integrated 0.5-5.5GHz CMOS distributed amplifier,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 35, pp. 231-239, 2000.
[11] L. Sanghyo, “A novel CPW balanced distributed amplifier using broadband impedance-transforming MEMS baluns,” Journal of Electrical Engineering Technology (JEET), vol. 8, no. 3, pp. 610-612, 2013.
[12] G. Nikandish, A. Medi, “Unilateralization of MMIC distributed amplifiers,” IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques, vol. 62, pp.3041-3052, 2014.
[13] M. Zakerhaghighi, A. Hakimi, “A Novel topology of variable gain distributed amplifier in 0.13μm CMOS Technology for UWB Applications,” Journal of Microelectronics,
Electronic Components and Materials, vol. 44, pp. 75-83, 2014.
[14] Y. Li, G.W. Ling, Y.Z. Xiong, “A cascaded distributed amplifier operating up to 110 GHz Using SiGe HBTs,” IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol.24, pp. 713-715, 2014.
[15] J. C. Kao, P. Chen, P.C. Huang, H. Wang, “A novel distributed amplifier with high gain, low noise, and high output power in 0.18-μm CMOS technology,” IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques, vol.61, pp.1533-1524, 2013.
[16] M. Umair, I. Nawaz, M. Kashif, “A comparative analysis of basic, cascoded and cascaded distributed amplifiers,” Applied Sciences and Technology (IBCAST),14th International Bhurban Conference, Pakistan, 2017.
[17] P. Sinsoontornpong, I. Roopkom, A. Worapishet, “Cascaded high-gain distributed amplifier configuration for enhanced gain-bandwidth product,” 2013 10th International Conference on Electrical Engineering/ Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology, Thailand, 2013.
[18] T.Y. Huang, Y.H. Lin, J.H. Cheng, J. C. Kao, T.W. Huang, H. Wang, “A high-gain low-noise distributed amplifier with low DC power in 0.18-μm CMOS for vital sign detection radar,” 2015 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, USA, 2015.
[19] J.F. Chang, Y.S. Lin, “DC ~ 10.5 GHz complementary metal oxide semiconductor distributed amplifier with RC gate terminal network for ultra-wideband pulse radio systems,” Microwaves, Antennas & Propagation, IET, vol. 6, pp. 127-134, 2012.
[20] J.F. Chang, Y.S. Lin, “A high-performance distributed amplifier using multiple noise suppression techniques,” IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 21, pp. 495-497, 2011.
[21] K. Entesari, A.R. Tavakoli, A. Helmy, “CMOS distributed amplifiers with extended flat bandwidth and improved input matching using gate line with coupled inductors,” IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques, vol. 57, pp. 2862, 2009.
[22] A. Ghadiri, K.Moez, “Compact transformer-based distributed amplifier for UWB systems,” IEEE Transactions Circuits and Systems II: Express Briefs, vol. 58, pp. 259-263,2011.
[23] P. Chen, P.C. Huang, J. J.Kuo, H.Wang, “A 22-31 GHz distributed amplifier based on high-pass transmission lines using 0.18 μm CMOS technology,” IEEE Microwave and Wireless Components letters, vol.21, pp. 160-162, 2011.
[24] A. Slimane, M. Trabelsi, M.S. Moussa, “Bandwidth improvement technique of distributed amplifiers using combined filtering structures,” International Journal of Electronics and Communications (AEU), vol. 65, pp. 777-782, 2011.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 30 مهر 1397
  • تاریخ بازنگری: 16 مهر 1398
  • تاریخ پذیرش: 09 آذر 1398
  • تاریخ اولین انتشار: 01 بهمن 1398

اشتراک گذاری

ارجاع به این مقاله

آمار