بخشی از مقاله
چکیده :
یک قسمت مهم در طراحی مدارهای مجتمع فرکانس بالا ، تقویت کننده های کم نویز LNAٍ است . LNA نوع خاصی از تقویت کننده های الکترونیکی است که برای تقویت سیگنال های گرفته شده از آنتن بکار می رود ، استفاده از LNA سبب می شود که نویز طبقات بعد بوسیله بهره LNA کاهش یابد ولی نویز LNA به طور مستقیم در سیگنال دریافتی تزریق می شود ، برای داشتن حداقل نویز تقویت کننده باید تقویت مطلوبی در طبقه اول داشته باشد .
از تکنولوژی ترانزیستور CMOS بدلیل قابلیت تحمل توان پایین ، ارزان بودن این تکنولوژی نسبت به سایر تکنولوژی ها و قابلیت تجمیع بالا در طراحی تقویت کننده های کم نویز استفاده می شود .با کوچکتر شدن تکنولوژی پهنای باند تقویت کننده نیز افزایش می یابد بنابراین در فرکانس های بالا نیز پرکاربرد است .در این مقاله یک مدار تقویت کننده کم نویز در تکنولوژی 0.13um ارائه شده است ، که از اتصال دو طبقه مدار LNA تشکیل شده است که طبقه اول گیت مشترک با ساختار کسکود است و طبقه دوم نیز ساختار گیت مشترک با تکنیک حذف نویز می باشد .مدار در محدوده فرکانسی بین 1-32GHz به خوبی جواب می دهد ، و دارای بهره حدود 32dB است . این مدار را در اینجا با تکنولوژی 0.13um و با ولتاژ تغذیه 1.8 V طراحی می کنیم.
1مقدمه
اولین و به احتمال ضروری ترین جزء از سیستم های آنالوگ سر جلویی - front-end - تقویت کننده کم نویز یا LNA است .که هدف از آن تقویت سیگنال های دریافتی از آنتن با مقدار کمی اعوجاج ونویز می باشد .تقویت کننده کم نویز به عنوان اولین طبقه در مسیر گیرنده بیشترین سهم را در نویز گیرنده دارد وطراحی آن با توان کم و بهره بالا می تواند راهگشای یک سیستم بسیار ارزان باشد ، که تمام اجزای آن به همراه قسمت های دیجیتال روی یک تراشه قرار بگیرد .در طراحی یک تقویت کننده کم نویز عوامل مختلفی دخیل هستند که برقراری سازش بین آنها کار طراحی را مشکل تر می کند .در طراحی تقویت کننده های کم نویز عوامل مختلفی از قبیل عدد نویز ، بهره ، IIP3 یا نقاط تقاطع مرتبه سوم و توان مصرفی که برقراری سازش بین آنها کار طراحی را مشکل تر می کند.
انتخاب ساختار مناسب ، بایاس مناسب ترانزیستورها ، تعیین ابعاد آنها و طراحی صحیح مدارات تطبیق ورودی وخروجی و استفاده از روش های خطی سازی وکاهش نویز از مسائل مهمی است که باید در طراحی تقویت کننده های کم نویز مورد توجه قرار گیرد . در تکنولوژی ،CMOS بعلت ترارسانایی کم MOSFET ها، چون دستیابی به بهره بالا نیازمند جریان DC و در نتیجه توان تلفاتی زیاد است. بنابراین هدف طراحی تقویت کننده کم نویز فراپهن باند توزیع شده با تکنولوژی CMOS است که بتوان بدون افزایش شدید ترارسانایی و توان مصرفی، همزمان به بهره یکنواخت و زیاد به همراه عدد نویز پایین در یک باند فرکانسی پهن دست یافت.
در طراحی تقویت کننده کم نویز علاوه بر در نظر گرفتن توان و بهره و...، ملاحظات دیگری نیز هست که روی طراحی تاثیر می گذارد. که در بالا نیز ذکر شد .جدول زیر مقادیر نوعی قابلیت هایی که یک تقویت کننده کم نویز باید داشته باشد را نشان می دهد. از رایج ترین ساختارها در طراحی تقویت کننده های کم نویز فرا پهن باند بر مبنای تکنولوژی ،CMOSساختار سورس مشترک و ساختار کسکود می باشند. این دو ساختار هر دو بهره قابل قبول اما نه چندان بالایی دارند و از تطبیق ورودی خوبی نیز برخوردارند. اما این دو ساختار، هر دو در باند فرا پهن و به خصوص در انتهای باند - در نزدیکی فرکانس 10گیگا هرتز - ، عدد نویز بالایی دارند.
.2 مدار پیشنهادی : در اینجا، ساختاری متشکل از دو طبقه پیشنهاد شده است. طبقه اول شامل ساختار گیت مشترک [1]و طبقه دوم شامل یک ساختار کسکود[2] می باشد. استفاده از ساختار گیت مشترک به علت داشتن تطبیق مناسب در ورودی بسیار رایج است .تقویت کننده گیت مشترک، برای بدست آوردن تطبیق ورودی، ساختار مناسبی است. اما این ساختار بهره کافی ندارد. در ایجا برای طراحی مدار تقویت کننده کم نویز، یک طبقه کسکود به طبقه ی گیت مشترک اضافه می کنیم. هدف از دو طبقه کردن ساختار، دستیابی به بهره ی بالا می باشد.
