跟着无线通讯技能的迅猛开展，无线终端小型化、低功耗、低成本、高功能已成为射频集成电路（RFIC）开展的必然趋势。以往的MOS管高频功能相对较差，传统的射频收发机首要选用GaAs、BiCMOS、Bipolar工艺完结，但价格昂贵，且不利于与CMOS 数字基带部分单片集成。近年来跟着亚微米、深亚微米CMOS技能的日趋老练、截止频率fT不断提高，CMOS工艺在功能上现已能满意RF需求，且CMOS 工艺具有成本低、集成度高、功耗小等特色，因而CMOS RFIC已成为国际上的研制热门。
在接纳机规划中，要得到杰出的整体体系功能，要害在于功能优越的前端， 低噪声放大器（LNA）是其间最要害的电路之一。LNA是接纳电路的榜首级，直接面临天线接纳的包括各种噪声的弱小信号，其特性对整个体系的噪声功能发生直接影响。LNA需求具有杰出的噪声系数，并供给满意的增益，以确保整个接纳体系具有最小NF；一起当接纳信号较大时，应有满意的线性度以减小信号失真。现代移动通讯设备的遍及使LNA低功耗规划变得日益重要，文献提出的PCSNIM技能是现在最佳的低功耗窄带LNA优化规划技能，能在低功耗束缚下，一起使噪声功能、输入匹配得到优化，但PCSNIM技能还有不足之处。本文归纳考虑增益、噪声、功耗、线性度、匹配等方针对整个收发体系的影响，进一步改善LNA电路结构，以取得最佳的体系功能。
本文以文献中的研究成果为起点，对SNIM和PCSNIM进行改善，运用SMIC RF 0.13μm工艺，完结应用于IEEE802.11a WLAN的单片集成LNA。模仿数据显现，该LNA功耗仅为3mW，增益14.3dB，噪声系数约为2.2dB，IIP3大于-3.6dBm，S11约为-23dB。经过规划实例仿真和测验比照，验证了理论剖析的正确性。本文办法对低功耗LNA规划有必定指导意义。
1、低功耗LNA规划办法
1.1 SNIM结构LNA剖析
图1很简单完结输入阻抗匹配，从信号源看到的网络输入阻抗Zin为：
其间Lg、Ls为片上平面螺旋电感，M1是共源放大管，共栅管M2起阻隔效果，削减M1栅漏电容的密勒效应。式（1）标明，当：
没有优化的SNIM电路中最佳噪声阻抗都远远大于源阻抗，所以能够运用式（6）、式（7）中Zopt与Cgs成反比的特色，添加M1管的尺度以增大Cgs、减小Zopt，终究完结电路的噪声匹配。而增大M1的尺度意味着要添加功耗（为了确保M1、M2都作业在饱满区且有必定的电压裕度，M1管的栅源电压能够改动的规模很小）。所以运用SNIM技能规划的LNA都有适当大的功耗，这不能满意对低功耗电路的要求。
1.2 PCSNIM 结构LNA剖析
依据上面推导剖析，能够在不改动M1管尺度的条件下，在M1管栅源上并联电容C1以直接增大栅源电容（如图2），完结功率束缚下的噪声和输入匹配。
从信号源看到的网络输入阻抗为：
由上述推导知：电容反应的引进会使源极负反应电感Ls增大，电感Ls增大导致体系增益下降及噪声功能在必定程度上的恶化；电容反应的引进还会使体系的等效跨导减小，导致体系增益减小20logk；使体系的截止频率减小为本来的1/k，必定程度上恶化了体系的噪声功能。
综上所述，尽管运用PCSNIM技能完结了功耗束缚下的输入匹配和噪声优化，但支付的价值也很大，特别是在低功耗要求下体系增益减小和体系高频特性的恶化［1］。
2、IPCSNIM 结构LNA剖析
由上面的剖析能够看出：对立的要害在于，并联电容C1的引进尽管完结了功耗束缚下的输入匹配和噪声优化，但也导致体系增益下降和高频特性恶化。而Ls首要起输入阻抗匹配效果，对体系的噪声特性影响很小。所以能够改动并联电容C1的方位以有用处理这个对立。
改善计划如图3所示。其间R1、M3为M1供给直流作业点，R2阻隔R1和M3的噪声对M1的影响，R2越大越好，一般为兆欧量级；电容C2效果与C1相似，起到下降最佳噪声阻抗的效果如式（9）、式（10）。
从信号源看到的网络输入阻抗为：
其间C2（约100fF）与PCSNIM中的C1持平。
源电感LS的首要效果是使输入阻抗发生50？赘的实部，完结输入阻抗匹配。抱负电感理论上不影响体系的Re［Zopt］，如式（6）、式（9）；LS很小（0.7nH），对Im［Zopt］的影响能够忽略不计，如式（7）、式（10）。因而改善电路的最佳噪声阻抗能够运用式（9）、式（10）核算。
3、规划案例和模仿成果
在实践芯片制作中，一般片上电阻的差错很大，约20%，R1的动摇直接影响体系的直流作业点，对体系的整体功能有很大影响；且R1约为1.5kΩ，运用片上电阻会占用较大的芯片面积。为了防止上述问题，能够用MOS电阻M4代替R1。这样不只节省了芯片面积，并且能够使电阻R1的精确度大大提高。
图2中的C2很小（只要100fF左右），实践片上电容越小，差错越大，可是C2的动摇对噪声功能影响很大。为了防止C2动摇对体系功能的影响，用M5 MOS电阻代替R2，运用M5源端到栅和衬底的寄生电容代替C2。这样M5不只能够像R2那样起到噪声阻隔的意图，并且能够彻底代替C2。这样大大节省了芯片面积，简化了体系的复杂性。归纳上述剖析，图4 给出了完好的低功耗LNA规划计划。
以下仿真成果是在SMIC RF 0.13μm工艺、单片集成架构、5.5GHz作业频率、1V作业电压下完结的。模仿成果比照如图5、图6、图7所示。
本文在对传统SNIM和PCSNIM结构剖析的基础上，针对SNIM功耗过大和PCSNIM增益较小的缺陷，提出了一种新的低功耗LNA规划架构。该计划在功耗、噪声和PCSNIM适当的条件下，充沛弥补了PCSNIM增益过小的缺陷，完结了与高功耗SNIM适当的增益。一起还完结了最优的输入阻抗匹配特性和高频特性。理论剖析和ADS 仿真成果非常符合，达到了预期规划方针。
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