超寬帶低噪聲放大器的設計驗證

于春永

摘 要：無線通信技術是現代通信的基礎，隨著技術的不斷進步發(fā)展，無線通信的頻率和帶寬要求越來越高，原有的窄帶寬通信技術已經無法滿足現今越來越龐大的通信數據的傳輸需求。為保障通信技術的需求，做好超寬帶低噪聲放大器的開發(fā)對于促進通信產業(yè)的發(fā)展有著極為重要的意義。在無線通信技術的應用過程中來自于WLAN信號和UWB信號之前相互干擾將會對通信質量造成嚴重的影響，因此應當設計出一種具有頻帶選擇性的多諧振負載網絡，通過構建一種具有頻帶選擇性的超寬帶低噪聲放大器以便最大限度地獲取高質量的信號確保通信質量。

關鍵詞：低噪聲放大器；頻帶選擇；超寬帶

中圖分類號：TN722 文獻標識碼：A

現今的無線通信正在向著高頻率、高帶寬的方向發(fā)展。現今所使用的UWB系統中所使用的頻段會受到WLAN信號的干擾，由于UWB信號是一種微弱的信號，其頻譜密度極低，甚至于要低于一些噪聲。因此，UWB信號受到WLAN信號的影響要遠大于其對WLAN所造成的影響微乎其微。在UWB信號和WLAN信號重疊使用的區(qū)域，UWB信號會在5GHz～6GHz的頻段內被WLAN信號所覆蓋，為獲得良好的UWB信號需要在信號接收器端對WLAN信號進行一定的屏蔽。本文通過采用實時放大與選擇的工作方式通過設計出一種具有頻帶自主選擇性的超寬帶放大器，使其能夠屏蔽來自授權頻帶信號干擾的同時對UWB信號的下逾帶和上邊帶進行放大，以便更好地獲得無線信號。

1.超寬帶低噪聲放大器的電路設計

超寬帶低噪聲放大器的電路設計分為：具有選擇性的多諧振負載網絡、低噪聲放大器兩個主要的方面。

1.1 具有頻帶選擇性的多諧振負載網絡

通過電路中對于諧振特性的研究表明，在低噪聲放大器的電路中通過選用具有頻帶選擇功能的多諧振負載網絡結構，既能夠對WLAN信號的干擾進行良好的屏蔽，同時還能夠使得UWB的信號具有較強的通過性。根據相關資料顯示，圖1中分別對3種不同形式的多諧振網絡結構進行了展示，（a）型結構中通過構建兩電容和兩電感分別并聯的結構形式使得此電路結構能夠實現寬頻帶上的選擇特性。（b）型結構采用的是電容的雙串聯、雙并聯的結構形式，通過引入調諧電容作為低噪聲放大器中的網絡優(yōu)化元件有效地提升了低噪聲放大器的頻帶選擇性。（c）型結構則是本文所討論的超寬帶低噪聲放大器的電路結構，通過在電路結構中加入調諧電容所采用的雙串聯雙并聯的結構形式在提升頻帶選擇性的同時也使得電路對于WLAN信號的屏蔽性大為加強。采用（c）型結構時，當通過頻率從低到高持續(xù)增加時，由于受到電感扼流的作用將會使得多諧振拓撲結構的阻抗值是持續(xù)增加的，通過相關的研究表明，多諧振負載阻抗的分子、分母項分別由角頻率的偶次項和奇次諧波分量所構成。通過研究測算，多諧振部分的工作頻段分布在吉赫茲頻段，在多諧振電路工作的過程中需要將電路中的電感和電容的量級控制在納亨級和皮法級。

1.2 超寬帶低噪聲放大器的結構部分

超寬帶低噪聲放大器是UWB接收機中極為重要的組成部分之一，為獲得良好的WLAN信號的屏蔽和UWB信號的獲取，其在設計時需要確保在很寬的頻帶范圍里提供盡量大的增益和將噪聲降至最低。因此，在超寬帶低噪聲放大器的結構部分中需要選用合理的電路拓撲結構。在超寬帶低噪聲放大器的結構設計中采用電感源極負反饋的共源共柵結構，并采用電流復用的電路結構，從而完成對于超寬帶低噪聲放大器電路的構建，完成構建的超寬帶低噪聲放大器如圖2所示，通過在M1源極部分引入串聯電感，通過電感的隔離作用從而使得整個超寬帶低噪聲放大器電路系統中幾乎不產生噪聲。在工作頻率內，加載在M1柵極上的電感與MOS管的等效電路中的輸入回路中的電容形成諧振用以實現與輸入阻抗的匹配。在超寬帶低噪聲放大器的結構中采用的兩個晶體管M1和M2將被置于同一偏置電路中，從而使得超寬帶低噪聲放大器中對于電流的功耗將下降一半。在超寬帶低噪聲放大器的工作中，高頻信號首先從超寬帶低噪聲放大器中晶體管M1的柵極流入，通過M1后從晶體管M1的漏極流出時將分內從電容流入晶體管M2最后再從晶體管M2的漏流出.超寬帶低噪聲放大器中的另外一路的高頻信號則串聯電感和電容與地連接。

2.超寬帶低噪聲放大器的仿真測試

通過對超寬帶低噪聲放大器的結構進行測試，通過仿真分析表明在超寬低噪聲放大器中選用多諧振負載選頻網結構后，UWB信號與WLAN信號相頻差在5.5GHz處達到最大，能夠達到89.725°，所采用的多諧振網絡結構能夠使得UWB信號與WLAN的干擾信號產生正交化，從而更好地對干擾信號進行篩選，以便將干擾、噪聲信號的影響降至最低。

結語

通過研究測算，在超寬帶低噪聲放大器的設計過程中通過引入多諧振負載選頻網絡以及引入電感源極負反饋的放大電路結構從而使得放大電路在噪聲和功率傳輸下獲得良好的性能。

參考文獻

[1]華明清，王志功，李智群.0.18μm CMOS 3.1GHz～10.6GHz超寬帶低噪聲放大器設計[J].電路與系統學報，2007，12（1）：44-47.

[2]宋睿豐，廖懷林，黃如，等.3.1GHz～10.6GHz超寬帶低噪聲放大器設計[J].北京大學學報（自然科學版），2007，43（1）：78-81.

[3]錢可偉，田忠.0.1GHz～2.8GHz超寬帶低噪聲放大器的研制[J].電子元件與材料，2008，27（8）：62-64.