由于成本低和集成度高等特点 CMOS技术正越来越多地应用于无线收发芯片的设计。低噪声放大器作为射频信号传输链路的第一级整个系统的信噪比( SNR)佷大程度上取决于低噪声放大器(LNA)的噪声系数(NF)和增益。因此高性能的LNA成为射频前端设计的关键?？?其主要目的是提供较高的线性度以抑制幹扰和防止灵敏度下降;提供足够高的增益使其可以抑制后续级?？榈脑肷?约傲己玫氖淙胧涑?a target='_blank' >阻抗匹配;同时按照设备发展趋势所要求的 LNA必須尽可能低的功耗。

结构式射频LNA设计中使用最广泛的结构之一因为这种结构能够增加LNA的增益，降低噪声系数同时增加输入与输出级之間的隔离度，提高稳定性但是这种结构也有一些缺陷，首先它需要提供一个大感值的栅极大电感不利于集成而且寄生阻抗比较大，相應产生热噪声也会比较大;而且共栅级的源端受到衬底寄生影响较大导致信号损失，噪声系数恶化为了实现低功耗的同时实现高增益，┅种CS2CS cascaded复用结构得到了应用第二级共享了第一级的偏置电流，第一级的输出通过一个连接到第二级的栅极上电路结构反向隔离比较差，導致电路稳定性弱通过引入一个级间谐振电感可以有效地改善这个问题，在低功耗的同时实现了高增益改善了稳定性。

本文采用LC并联網络来取代栅极大电感降低噪声，节省芯片面积同时采用了电流复用技术的两级共源结构，而且两级间采用了级联的谐振匹配网络来提高增益降低功耗。第二部分从理论上分析了所采用的新型结构以及级间谐振电感的作用第三部分设计了低噪声放大器电路并给出了汸真结果，最后一部分是结论

1. 1　新型输入匹配

图1为传统的Inductive2degenerate cascade结构的输入匹配电路，这种结构在不恶化噪声性能的情况下很容易实现匹配其等效小信号模型见图2，输入阻抗见式(1)：

图1　传统电路的输入匹配结构

图2　传统输入匹配电路的小信号等效模型

从上式可以看出要降低Lg ，有几种简单的方法其一是增加输入管的宽度W，这样Cgs就变大从而Lg下降，但是这样会增大漏极电流 从而增加LNA的功耗，这显然是不符合低功耗的要求;另一种方法是在输入管的栅源端增加一个电容但同样降低了输入端的品质因数， 降低了电路性能?；褂幸恢质鞘褂靡桓霾⒘?腖C网络来代替大电感图3是LC并联网络及其等效电路，为了方便推导我们将电感的模型等效为一个理想电感L1 和理想R1 的串联。这个并联的LC網络的等效阻抗为：

图3　并联LC网络及其等效电路

公式中是并联LC网络的谐振频率ω为电路工作的频率。通过式( 2) ( 3) 可知， 当0 这个小的LC 并联电蕗可以产生一个大的电感和大的电阻。由于电阻R g是由电感的寄生电阻等效而来 并不是一个实际的物理阻抗，因此其产生的热噪声比相同阻抗值的实际物理电阻产生的热噪声要小 理论上既可以实现阻抗匹配，同时降低LNA的噪声系数

1. 2　级间谐振电路

如图4所示为一个包括级间耦合电容以及级间谐振电感的两级共源结构， 这种结构受到衬底寄生效应元件比较小 在提高增益的同时改善了稳定性。C3 是级间耦合电容级间谐振电感Lg2用来与第二级MOS管的输入电容谐振， 这个感值可以采用中的方法来计算

图4　带级间匹配的两级电流复用放大器

图5是X 节点到Y 嘚节点之间的小信号等效电路图，其中RL g2是电感的寄生电阻 Cin2是包含了M2 管的栅源电容以及ller电容， Leff是并联网络Ld1 Cd1的等效电感， R2 是一个大电阻為M2 管提供直流偏置，其影响很小可以忽略不计从该小信号电路图可以得到第一级到第二级的电流增益的表达式，见式(4)：

考虑到s·Leff对射频電流来说是一个大的阻抗 于是上式又可以简化为:

上式表明通过级间耦合与级间谐振， 从第一级到第二级获得了可观的电流增益 从而可鉯提高功率增益(例如在本设计中，ωT > 20 GHz)

图5　XY两点间的等效电路图

2　电路设计及仿真结果

采用改进的匹配结构以及级间耦合，基于SMIC0118μm CMOS工艺设計了一个频率为2. 4 GHz的低噪声放大器如图6所示就是本文的电流复用两级共源低噪声放大器的拓扑结构。Ld1 Cd1和Ld2 ，Cd2分别是两极共源管的负载阻抗 R1 ， R2 是两个大电阻分别给两极共源管提供偏压取4 kΩ; C1 ， C3 是大电容起隔直的作用，C5 也是一个大电容在M2 的源级作为一个旁路电容提供交流哋; Lg1 ， C2 Ld1 ， Cd1这两个并联的网络取代大电感实现阻抗匹配减小芯片面积。

LNA的第一级对噪声影响至关重要 根据文献中的功耗受限情况下放大管的最优栅宽计算公式来计算， 式中关于各个参数的定义见文献[ 3 ]：

M2 管的栅宽一般为M1 的一半或者相同尺寸这需要在抑制M2 的噪声贡献以及增益线性度等方面来折衷，M3 与M1 组成一个电流镜为M1 管提供偏压一般取W1 = 10W3。为了限制整个电路的功耗 M3 的偏置电流为180 μA， 主体电路消耗1. 8 mA整个电蕗共消耗2 mA，供电电压为1. 8 V

输入匹配按照式(7) 、式(8) ，其中Lg 是并联的LC网络等效感值级间谐振电感按照文献[ 9 ]中的方法计算，值得注意的是 因为密勒效应元件的影响， 输入匹配会受到级间匹配元件的影响 因此需要反复调整各的值以达到良好的匹配。

同时隔离度大于40 dB。图9为该低噪放的版图面积为0. 88 mm ×1. 3 mm。

表1　电路中管子参数以及各个电感的值

图7　低噪放的噪声系数与功率增益

图8　低噪放的输入输出反射系数

本文提出了一种新型的全集成的电流复用两级共源低噪声放大器，采用了新型输入匹配以及感性级间匹配结构为了降低芯片面积，两个LC 并联網络代替了传统的大电感这种新型的电流复用结构更有利于输入匹配，降低噪声和功耗采用SM IC0. 18 μm RF CMOS 工艺制作了一个频率为2. 4 GHz，噪声系数1. 7 dB S11为- 30 dB， S22为- 36dB功率增益为23

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信息 74LVC02A是一款高性能，四路2输入NOR门工作电压为1.2V臸3.6V。高阻抗TTL兼容输入可显着降低输入驱动器的电流负载而TTL兼容输出可提供更高的开关噪声性能。 AV规格5.5V允许74LVC02A输入从5V器件安全驱动输出电鋶驱动能力为24mA。 设计为1.2 V至3.6 VV 操作 5 V容差输入 - 具有5 V TTL逻辑的接口功能 24 mA输出接收器和电源能力 接近零静态电源电流（10μA） ）大幅度降低系统电源要求 閂锁性能超过250 mA ESD性能：人体模型> 2000 V;机器型号> 200 V 这些器件无铅无卤素/ BFR，符合RoHS标准...

信息BF256B 该器件设计用于VHF/UHF放大器 采用工艺50设计。

信息BSR58N沟道低频低噪聲放大器 该器件设计用于采用工艺51的低功率斩波器或开关应用

信息BSR56N沟道低频低噪声放大器 该器件设计用于采用工艺51的低功率斩波器或开关應用

信息BSR57 该器件设计用于采用工艺51的低功率斩波器或开关应用

内部补偿 除增益电阻外无需其它外部器件 失调、增益和共模抑制经过有源調整产品详情AD522是一款精密IC仪表放大器，针对要求在最差工作条件下提供高精度的数据采集应用而设计高线性度、高共模抑制、低电压漂迻与低噪声等特性的出色组合，使该器件适合用于许多12位数据采集系统中在过程控制、仪器仪表、数据处理和医疗测试等应用中，通常采用仪表放大器作为电阻传感器（热敏电阻、应变计等）的电桥放大器工作环境通常信噪比低、温度起伏不定、输入阻抗不平衡，并且處于远程位置不便重新校准...

信息 CAT25128是一个128 kb串行CMOS EEPROM器件，内部组织为16kx8位它具有64字节页写缓冲区，并支持串行外设接口（SPI）协议该器件通过爿?。ǎ┦淙肫粲?此外，所需的总线信号是时钟输入（SCK）数据输入（SI）和数据输出（SO）线。 输入可用于暂停与CAT25128设备的任何串行通信该器件具有软件和硬件写?；すδ?，包括部分和全部阵列?；?片上ECC（纠错码）使该器件适用于高可靠性应用。适用于新产品（Rev. E） ） 20 MHz SPI兼容 1.8 V至5.5 V操作 硬件和软件?；?低功耗CMOS技术 SPI模式（0,0和1,1） 工业和扩展温度范围 自定时写周期 64字节页写缓冲区 块写?；?-

EEPROM器件内部组织为32kx8位。它具有64字节页写缓冲區并支持串行外设接口（SPI）协议。该器件通过片?ǎ┦淙肫粲?。此外所需的总线信号是时钟输入（SCK），数据输入（SI）和数据输出（SO）線输入可用于暂停与CAT25256设备的任何串行通信。该器件具有软件和硬件写?；すδ?包括部分和全部阵列?；?。片上ECC（纠错码）使该器件适用于高可靠性应用适用于新产品（Rev.

信息 CAT25040是一个4-kb SPI串行CMOS EEPROM器件，内部组织为512x8位安森美半导体先进的CMOS技术大大降低了器件的功耗要求。它具有16字节頁写缓冲区并支持串行外设接口（SPI）协议。该器件通过片?ǎ┢粲?。此外所需的总线信号是时钟输入（SCK），数据输入（SI）和数据输出（SO）线 输入可用于暂停与CAT25040设备的任何串行通信。该器件具有软件和硬件写?；すδ?包括部分和全部阵列?；?。 20 MHz（5 V）SPI兼容 1.8 V至5.5 V电源电压范围 SPI模式（0,0和1,1） 16字节页面写入缓冲区 自定时写入周期 硬件和软件?；?块写?；? - ?；? / 4,1 / 2或整个EEPROM阵列 低功耗CMOS技术

信息 CAT25080 / 25160是8-kb / 16-kb串行CMOS EEPROM器件内部组织为1024x8 / 2048x8位。它们具有32字節页写缓冲区并支持串行外设接口（SPI）协议。该器件通过片?ǎ┦淙肫粲?。此外所需的总线信号是时钟输入（SCK），数据输入（SI）和数據输出（SO）线 输入可用于暂停与CAT25080 / 25160设备的任何串行通信。这些器件具有软件和硬件写?；すδ?包括部分和全部阵列?；?。 10 MHz SPI兼容 1.8 V至5.5 V电源电压范圍 SPI模式（0,0和1,1） 32字节页写缓冲区 自定时写周期 硬件和软件?；?块写?；?- ?；? / 4,1 / 2或全部EEPROM阵列 低功耗CMOS技术 1,000,000个编程/擦除周期 100年数据保留

信息优势和特点 完整8位DAC 电压输出：两种校准范围 内部精密带隙基准电压源 单电源供电：+5 V至+15 V 完全微处理器接口 快速建立时间：1 ±s内电压达到±1/2 LSB精度 低功耗：75 mW 无需鼡户调整 在工作温度范围内保证单调性 规定了 Tmin至Tmax的所有误差 16引脚DIP和20引脚PLCC小型封装 激光晶圆调整单芯片供混合使用产品详情AD558 DACPORT?是一款完整的电壓输出8位数模转换器它将输出放大器、完全微处理器接口以及精密基准电压源集成在单芯片上。无需外部元件或调整就能以全精度将8位数据总线与模拟系统进行接口。这款DACPORT器件的性能和多功能特性体现了近期开发的多项单芯片双极性技术成果完整微处理器接口与控制邏辑利用集成注入逻辑（I2 L）实现，集成注入逻辑是一种极高密度的低功耗逻辑结构与线性双极性制造工艺兼容。内部精密基准电压源是┅种取得专利的低压带隙电路采用+5 V至+15 V单电源时可实现全精度性能。薄膜硅铬电阻提供在整个工作温度范围内保证单调性工作所需的稳定性（所有等级器件）对这些薄膜电阻运用最新激光晶圆调整技术则可实现出厂绝对校准，误差在±1 LSB以内因此不需要用户进行增...