طراحی و شبیه‌سازی تقویت‌کننده کم نویز با بهره بالا و توان مصرفی پایین در فرکانس 2.4GHz برای سیستم های بی سیم

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 6، دوره 7، شماره 25، اردیبهشت 1395، صفحه 55-62   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

اسماعیل کریمی¹؛ ابراهیم بُرزآبادی^{* 2}

¹کارشناس ارشد - دانشکده مهندسی برق، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، اصفهان، ایران

²دانشیار /دانشگاه آزاد اسلامی، واحد نجف‌آباد

چکیده

در این مقاله به طراحی و شبیه‌سازی تقویت‌کننده کم نویز (LNA) در فرکانس 2.4GHz در فناوری CMOS پرداخته شده است. فرایند شبیه‌سازی با نرم‌افزار HSPICE RF انجام‌گرفته است. استفاده از ساختار کسکود به توان مصرفی پایین‌تر همراه با بهره ولتاژ و بهره توان بالاتر منجر می‌شود. شبکه‌ی تطبیق اضافه‌شده در این مقاله باعث بهبود پارامتر S11به مقدار قابل قبولی شده و باعث شده است که کنترل خوبی بر قسمت حقیقی امپدانس، از طریق انتخاب مناسب شبکه تطبیق در ورودی و خروجی، در مدار داشته باشیم. با انتخاب مناسب المان‌های مدار در این ساختار توانسته‌ایم بین پارامترهای مدار شامل عدد نویز، بهره، توان مصرفی و پایداری مصالحه مناسبی انجام‌ دهیم که به عدد نویز، ضریب انعکاس ورودی و توان مصرفی پایین همراه با بهره بالا منجر شده است. در فرکانس 2.4GHz و با ولتاژ تغذیه 1.8v، توان مصرفی 1.9mW و سایر پارامترهای مدار بدین‌صورت است: NF=1.21dB, Av=28dB, S11=-29.25dB, S12=-35.49dB, S21=18.46dB

کلیدواژه‌ها

تقویت‌کننده کم نویز(LNA)؛ تطبیق امپدانس؛ نویز فیگر (NF)؛ بهره؛ پایداری

مراجع

[1] N. Rani, S. Sharma, "Design of CMOS LNA for radio receiver using the cadence simulation tool", MIT International Journal of ECE, Vol. 3, pp. 63-68, 2013.

[2] S. Toofan, A. Rahmati, A. Abrishamifar, G.R. Lahiji, "A low-power and high-gain fully integrated CMOS LNA", Microelectronics Journal, Vol. 38, pp. 1150-1155, 2007.

[3}F. Bruccoleri, E.A. Klumperink, D.B. Nauta, "Wide-band CMOS low-noise amplifier exploiting thermal noise canceling", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 39, pp. 275-282, 2004.

[4] S.C. Blaakmeer, E.A. Klumperink, D.M. Leenaerts, D.B. Nauta, "Wideband balun-LNA with simultaneous output balancing, noise-canceling and distortion-canceling", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 43, pp. 1341-1350, 2008.

[5] F. Kalantari, N. Masoumi, F.S. Saadati, "A low power 90 nm LNA with an optimized spiral inductor model for WiMax front end", Proceeding of the IEEE/MWSCAS, pp. 172-176, 2006.

[6] B. Jeremy, "Design of a magnetically tunable low noise amplifier in 0.13 um CMOS technology", M.Sc. Dissertation, Dept. Electrical and Computer Engineering, Iowa State University, Graduate College, 2012.‏

[7] B. Razavi, "Design of analog CMOS integrated circuits", Boston, McGraw-Hill, 2001.

[8] M. Benmansour, P. Mukund, "A tuned wideband LNA in 0.25 μm IBM process for RF communication applications", Proceedings of the IEEE/ICVD, pp. 631-634, 2004.

[9] H.W. Chiu, S.S. Lu, Y.S. Lin, "A 2.17-dB NF 5-GHz-band monolithic CMOS LNA with 10mW DC powerconsumption", IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 53, pp. 813-824, 2005.

[10] B. Razavi, "RF microelectronics," Vol. 2, New York: Paul Boger, 2011.

[11] L. Belostotski, J.W. Haslett, "Noise figure optimization of inductively degenerated CMOS LNAs with integrated gate inductors", IEEE Trans. on Circuits and Systems, Vol. 53, pp. 1409-1422, 2006.

[12] B. Razavi, "RF microelectronics",Bol. 1, Prentice Hall New Jersey, 1998.

[13] R. Kundu, A. Pandey, S. Chakraborty, V. Nath, "A CMOS low noise amplifier based on common source technique for ISM band application", Microsystem Technologies, pp. 1-8, 2015.

[14] A.V. Do, C.C. Boon, M.A. Do, K.S. Yeo, A. Cabuk, "A subthreshold low-noise amplifier optimized for ultra-low-power applications in the ISM band," Microwave Theory and Techniques, IEEE Trans. on, Vol. 56, pp. 286-292, 2008.

[15] A.K. Bhardwaj, S. Singh, R. Sarin, "Low power high gain CMOS LNA for WLAN and ISM bandapplications," MIT International Journal of Electronics and Communication Engineering, Vol. 1, No. 1, pp. 1-4, Jan 2011.

[16] T.H. Lee, "The design of CMOS radio-frequency integrated circuits", Cambridge universitypress,2004.

[17] C.H. Chang, M. Onabajo, "Input impedance matching optimization for adaptive low-power low-noiseamplifiers," Analog Integrated Circuits and Signal Processing, Vol. 77, pp. 583-592, 2013.

[18]J. Manjula, S. Malarvizhi, "A 1GHz current reuse low noise amplifier with active inductor load", Proceeding of the IEEE/IMAC4S, pp. 211-215, Kottayam 2013.