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0.18um CMOS可编程增益放大器

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龚 正 ， 冯 军
（ 东南大学 射频与光电集成 电路研究所 ， 南京 ２ ０ ９ ） １ ０ ６
摘
要： 介绍了一种基于 ０ １ ｎ ＭＯ 工艺， ．８ｔ ａＣ Ｓ 应用于 ５ Ｈｚ Ｇ 无线局域网（ Ａ 的可编程增益放大器（Ｇ ） ＷＬ Ｎ） Ｐ Ａ 。该 Ｐ Ａ Ｇ
采用分级可选放大器的系统结构 ， 电路 由交叉耦 合 的共 源共栅 放大器 和电流反馈 放大 器组成 。为消除工 艺角偏 差对增 核心
用 了 Ｏ Ｄ Ｏｒ ｏ ｏ ａ Ｆ ｅｕ ｎｙＤｉ ｓ ｎＭｕｔ ｌ Ｆ Ｍ（ ｔ ｇ ｎ ｌ ｒｑ ｅ ｃ ｖ ｉ ｌｐｅ ｈ ｉｏ ｉ —
的输人信号的同时需精确地控制放大器 的增益 ， 这
要求所设计的电路结构具有较高的线性度 。在这方 面， 近年来 Ｚ ｒａｉ Ｐ ． ｌ ａｇｒ和 ．Ｅ Ａｌｎ分别在他们的论 ｅ
维普资讯
第２ ９卷 第 ４期 ２０ ０ ６年 １ ２月
电 子 器 件
Ｃ ｉｅｅ Ｊ ｕｎ ｌＯ ｅ ｔｏ ｅ ｉ ｓ ｈｎｓ ｏｒ ａ ｆＥｌｃｒｎ Ｄ ｖｃ ｅ
ｖ０ ． ９ Ｎｏ ４ １２ ．
Ｄｅ ． ０ ６ ｃ ２ ０
０ １ ｝ ． ８ Ｌ ＣＭ ＯＳ Ｐ ｏ ｒ ｍｍａ ｌ ｉ ｍ ｒ ｇａ ｂ ｅＧａ ｎ Ａｍｐ ｉｉｒ ｌｆｅ
可编程增益放大器（ Ｇ ） Ｐ Ａ 应用领域广泛 ， 如无线
通信及音频和视频混合信号集成电路 。本次设计 的 Ｐ 应用于 ５Ｇ－ 无线局域 网接收系统 ， Ｃ Ｉ Ｉ ｚ 增益变化 的范 围为 ０ｄ Ｂ到 ４ Ｂ 步 长 １ｄ 。根 据 ＩＥ １ｄ ， Ｂ ＥＥ ８２１ａ ０．１ 标准， 所支持的信道带宽为 ２ ｚ ０ＭＨ 。由于采
ｖ ｎ ｅｇ ｉ ｓ ｌｔ ｎ ｏ Ｇ ｂ ｉｇａｆｃｅ ｒｍ ｈ ｉ ｅｅ ｃｓｏ ｒ ｃｓ ｏｎ ｒ ，ａｆ ｅａｊｓｍｅ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｒ ｏｕｉ ｆ Ａ ｅｎ ｆ ｔｄｆｏ ｔ ｅｄｆ ｒｎ ｅ ｆｐ ｏ ｅｓｃ ｒ ｅｓ ｉ ｄｕ ｔ ｎ ｔ ｎｅ ｏ Ｐ ｅ ｆ ｎ
ＧＯ ＮＧ Ｚ ｅ ｇ， ＥＮＧＪ ｎ ｈ ｎ Ｆ ｕ
（ｎｔｔｔ ｏ Ｉｓｉ ｅ ｆＲＦ ＆ＯＥ Ｉ ｓ ｏｔｅｓ ｉｅｓ ｙ，Ｎａ ｊｎ １０ ６ ｈ ｎ ） ｕ － －Ｃ ，Ｓ ｕｈａｔ ｖｒｉ Ｕｎ ｔ ｎ ｉｇ２ ０ ９ ，Ｃ ｉａ
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０ １ ｍ ＭＯ ． ８ｔ Ｃ ｉ Ｓ可 编 程增 益放 大 器
文Ｄ］ ｅ里介绍了用 Ｃ Ｓ０ １ ｍ工艺实 现， ＭＯ ． ８ 动态 范围分别为 ０ ４ Ｂ和 ０到 ６ Ｂ 增益步长为 １ 到 １ｄ ０ ， ｄ
关键 词 ： Ｃ ０１ ｎＣ Ｓ Ｐ ；．８ｔ ＭＯ 工艺； ａ 电流反馈放大器； 增益调节
中图分类号 ：Ｎ １ Ｔ ７３
文献标识码 ： Ａ
文章编号：Ｏ ５９９ （Ｏ７ ０－０ １ ４ １Ｏ －４Ｏ ２０ ） １ ３ － １ ０ Ｐ Ａ 主要 的设计难 点在于在处理大动态范 围 Ｇ
益精度的影响 ， 设计 中加入 了增益微调ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的机制 。后仿真结果表 明： ＧＡ电压增 益可在 ０ｄ Ｐ Ｂ到 ４ Ｂ之 间以 １ Ｂ步长变化 ， １ｄ ｄ 双
端输出的电压摆幅为 １ ， 、 并具有大于 １ ０ＭＨｚ ３ Ｂ带宽和小于 ２． 的静态功耗。 的一 ｄ １１ ｒ ｒ

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0.18um数字cmos工艺下的高增益运算放大器设计

0.18um数字cmos工艺下的高增益运算放大器设计

0.18um数字cmos工艺下的高增益运算放大器设计
在0.18um数字CMOS工艺下，设计高塔益运算放大器需要考虑到各种因素。

以下是一些设计考虑和技术要素:
1.确定设计目标:首先需要确定设计高增益运算放大器的目标，例如放大器的增益、带宽、功耗等。

这些目标将直接影响设计的选择和决策。

2.选择台适的放大器架构:根据设计目标，选择合适的放大器架构。

例如，可以采用两级或三级放大器架构,以实现较高的增益和带宽。

3.优化输入和输出阻抗:输入和输出阻抗是影响放大器性能的重要因素。

通过优化输入和输出阻抗，可以提高放大器的增益、带宽和线性度。

4.考虑电源电压和功耗:在数字CMOS工艺下，电源电压和功耗是必须要考虑的因素。

通过优化电路设计和选择台适的器件。

可以降低功耗并提高电源效率。

5.考虑工艺偏差和失配:在数字CMOS工艺中，由于制造工艺的偏差和失配，会影响放大器的性能。

因此，在设计时需要考虑到这些因素，并采取相应的措施进行补偿和调整。

6.进行仿真和测试:在设计完成后，需要进行仿真和测试以验证设计的正确性和性能。

通过仿真和测试，可以发现并解决设计中存在的问题，并进行优化和改进。

总之。

在0.18um数字CMOS工艺下设计高增益运算放大器需要综合考虑各种因素。

并进行优化和调整。

通过不断改进和迭代，可以获得高性能、可靠性的放大器设计。

制表：审核：批准：。

浅谈参考电压(Voltage Reference

浅谈参考电压(Voltage Reference

淺談參考電壓(Voltage Reference)CIC 林千智大多數的類比電路，都需要參考用的電壓、電流、或是『時間』。

參考電壓提供一個準則，如DAC或ADC的LSB大小、穩壓器(Regulator)的輸出電壓位準、電池充電器的開與關等，都是由參考電壓源或參考電流源所提供及決定。

近年來，由於製程的進步，以及環保的需求，使得系統操作電壓不斷地下降，舊式的各種參考電壓線路逐一失效。

本文將介紹於各個電壓下，一些典型的參考電壓產生方式。

基納(Zener)二極體與放電管(Glow-Discharge Voltage Regulator Tubes)真空管時期的參考電壓，由放電管所提供。

放電管內部填充惰性氣體，當外加電壓超過它的放電電壓後，它的屏極與陰極間會維持固定電壓，並發出霓虹燈般的亮光。

如圖1，它的實際應用方式與今日的基納二極體相似，以電阻充當電流源提供並限制放電管工作電流，形成一個分流式穩壓電路(shunt regulator)，一般放電管的規格大約在50V以上。

圖1 放電管的操作當半導體逐漸取代真空管後，以離散元件組合的類比電路板常使用基納二極體作為參考電壓源使用，使用上大致與放電管相似。

圖2 定電流源提供基納二極體操作電流使用基納的參考電壓源，輸出為基納二極體P/N介面的崩潰電壓。

如圖2，使用定電流源，或是電阻，提供並限制基納二極體工作電流。

由基納二極體產生的參考電壓，可以低至2V前後。

基納二極體與幾乎所有的主、被動元件一樣，特性都會隨著溫度變化而改變。

基納二極體操作時的兩端點電壓差，會隨著溫度的改變而改變。

因此正溫度係數的基納二極體，可以利用負溫度係數的P/N介面順向導通電壓做補償，如圖3，而得到零溫度係數的電壓輸出。

圖3 以負溫度係數P/N 介面 順向導通電壓進行補償 圖4 以VBE Multiplier放大P/N 接面電壓提供負溫度係數電壓的二極體，如圖4，常用"VBE multiplier"，得到一個可以放大倍率調整的P/N 順向導通電壓。

CMOS-0.18um 2.4GHz CMOS低噪声放大器的设计

CMOS-0.18um 2.4GHz CMOS低噪声放大器的设计



S11,S22,S21,S12
6.8、观察仿真结果（续）

噪声系数nf(2)及最佳噪声
6.9、性能要求及仿真结果对比
1. 2.
3.
4. 5. 6. 1. 2.
LNA指标为： 工作频率f=2.4GHz； 输出噪声系数nf(2)<1dB； 功率增益>15dB； 输入反射系数S(11)<-15dB； 输出反射系数S(22)<-15dB； 功耗小于5mW，本文偏置电压为1.2V，电流为2mA。 LNA仿真结果： 工作频率f=2.4GHz； 输出噪声系数nf(2)=0.62dB； 功率增益>23.5dB； 输入反射系数S(11)=-21.6dB； 输出反射系数S(22)=-32dB； 功耗等于2.09*1.2mW
6.5、输入输出端口，S参数仿真控件

输入输出端口及S参数 仿真控件选取的地方 见红圈，S参数控件的 设置见下一页
6.5、S参数仿真控件设置(续)

S参数仿真控件的设置如图，频率可以直接在控件外面 改，也可以在控件中改，如第二个红圈所示，设置为 1.6~3.2GHz，扫描间隔为1MHz，特别要主要在Noise栏 勾上计算噪声，并设置计算带宽为1.0Hz
噪声系数（或噪声温度）；功率增益；输入输出 反射系数；功耗；工作频带；
2.
1. 2. 3. 4.
输入、输出匹配负载阻抗均为50 完整设计步骤： 决定电路拓朴结构 选择合适的晶体管和其他电路器件 电路初步设计 用CAD软件进行设计、和仿真模拟
3. LNA电路结构和设计原则

本文设计的LNA工作在2.4GHz频率，属于窄带LNA，电路采用经典的共源 共栅源级电感负反馈结构，这种电路结构能够在输入阻抗匹配及功耗约束下 实现噪声的最优化，同时具有较好的增益。
0.18umCMOS工艺5GHzWLAN功率放大器的设计

0.18umCMOS工艺5GHzWLAN功率放大器的设计

0.18umCMOS工艺5GHzWLAN功率放大器的设计
随着互联网的普及,人们需求更高速率的无线局域网。

通过使用免许可证信息基础频段,无线局域网可以提供高达几十兆比特每秒的速率。

射频集成电路(RFIC)是无线通信领域中不可缺少的关键电路,是无线通信的主要瓶颈。

近年来,随着无线通信系统的容量和速率的提升,系统对RFIC的性能提出了更高的要求。

同时,为了满足产品化后高可靠性和低成本的要求,用CMOS工艺实现单片集成的RFIC正逐渐成为人们研究的一个热点。

本文研究了采用TSMC 0.18μm CMOS工艺应用于5 GHz无线局域网(WLAN)发射机的功率放大器的设计方法,并给出了仿真结果。

电路采用三级A类放大结构,在3.3V工作电压下,模拟得到的增益为25.9dB;1dB压缩点输出功率为24.7dBm;最大功率附加效率(PAE)为15%,可用于无线局域网802.11a标准的系统中。

本文先讨论了无线局域网的标准以及收发信机的结构特点。

然后详细分析各种功率放大器的电路结构和性能特点,并且讨论了放大器的线性化技术。

随后分别从六方面,即模块划分、稳定性分析、匹配网络设计、直流偏置设计、主放大电路设计以及静电保护电路设计来具体讲述功率放大器的电路设计细节,给出了电路各个模块的电路示意图和最终电路的结构图。

进而讲述功率放大器的版图设计。

先介绍了深亚微米CMOS工艺的特点,给出了射频CMOS电路版图需要考虑的几个因素。

为了适应电路环境的需要,本次设计对于工艺厂商提供的版图结构的一些改动。

最后给出了芯片的测试方法与结果以及结果分析。