CMOS LNA & mixer design.pdf

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【目　录】:



1 Introduction 1
2 Low Noise Amplifier 3
2.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 Basic Amplifier Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2.1 Selection of Amplifier Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2.2 Differential Stage or Inverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2.3 Linearity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.4 Using Coupled Inductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2.5 Effects of Transistor Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Noise Analysis of MOS Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3.1 Noise Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3.1.1 Drain Current Thermal Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3.1.2 Gate Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.1.3 Substrate Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3.1.4 Flicker Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3.2 Transistor Noise Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.3 Equivalent Noise Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.3.1 Two-Port Model for a MOS-Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.3.2 Two-Port Model for an Inverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.3.3 Noise Comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4 Transadmittance Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4.1 Input Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4.1.1 Calculation Using Simplified MOS Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4.1.2 Calculation Using Complete MOS Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4.1.3 Calculation Using New Simplified MOS Model . . . . . . . . . . . . . . 27
2.4.2 Gain of Transadmittance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.4.2.1 Calculation Using Simplified MOS Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4.2.2 Calculation Using New Simplified MOS Model . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4.3 Noise Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4.3.1 Noise Factor of Simplified MOS Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4.3.2 Noise Factor of New Simplified MOS Model . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.5 Transresistance Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.5.1 Input Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.5.2 Gain of Transresistance Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6 Voltage Follower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6.1 Input Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6.2 Output Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.6.3 Gain of Voltage Follower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.7 Overall Amplifier Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.7.1 Overall Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.7.2 Simulating Gain and Linearity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.7.3 Calculating the Noise Figure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3 Analysis of Conversion Gain Spread in Mixers 45
3.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2 An Image-Reject Mixer and the Effect of I/Q-Imbalance . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.1 Mixing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.2 Imbalance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.3 Conversion Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.3.1 Ideal Mixer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.3.2 Passive CMOS Mixer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.3.3 Numerical Calculation of the Time-Variant Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3.4 Conversion Gain and the Dependency on the Conductance . . . . . . . . . . . 58
3.4 Modelling and Statistical Properties of Mixer Image Rejection . . . . . . . . . . . . 58
3.4.1 Channel Conductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.4.2 Mixer Conductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.4.3 Image Rejection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.5 Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.5.1 Simulation Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.5.2 Channel Conductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.5.3 Image Rejection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.5.4 Additional simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.5.4.1 Changing the IF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.5.4.2 Varying the LO signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

babyface

楼主
我没什么钱可否发一份给我
babyface_chz@hotmail.com