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1、通信射频电路文献综述提高接收机线性度的设计方法课程名称：通信射频电路姓名： 指导老师：带有 MGTR 结构低噪声放大器的设计MGTR 提高线性度原理分析采用一种由PMOS管和NMOS管构成的3阶互调失真（IMD3）吸收单元可提高传统 CMOS共源共栅低噪声放大器（CMOS CascodeLNA）的线性度。该结构接于CMOS低噪声 放大器共源极输出端，它通过吸收漏极上IMD3电流信号来提高CMOS低噪声放大器的线 性度。如图2.9所示，虚线框内为线性化单元。下面来分析线性化原理。首先，低频下L、可近似短路，M源极小信号电流i是i 、 之和。i （Ms aux Bs,Bs,A s,Cd ,AA漏极
2、小信号电流）， i （ M 漏极小信号电流），展开成幂级数：s ,CCi= g v+ gv 2+ gV3d ,A1,Ags,A2, Ags,A3,Ags,Ai= g v+ gV2+ gV3s,C1,Csg,C2,Csg,C3,Csg,C又因为M源栅小信号电压v= v （M源栅小信号电压），并且可将v 展开成Csg ,C sg ,BBsg ,Bv ”的幂级数v = cv + cv2+ CJ3（为简化分析取其一阶近似即可，即sg , Asg,B1 gs,A2 gr,A3 gr,Av = cv ）,由于v 和v 信号是反向的，所以ci 0，贝Isg,B1 gs,Asg,Cgs, A1LjE （；.）
3、 +（1,北 + 1丫1,匸）人丿 + （抚,+ c+（乱# + 彳 字在强反型工作区，g d和g可同时取得负值，c1又为负值，因此可通过改变g消除3, A3, C13, Ci 3阶跨导，从而可消除输出电流73阶互调失真，提高LAN的线性度。IMD3吸收单元s , Bs , B支路的3阶互调电流来源于共源级输出，因而称之为IMD3吸收单元。通过改变g 3C曲线m3,C使其与g叠加的。曲线在工作点附近幅值趋于0,从而达到消除3阶互调失真，提高线m3,A性度的目的。图2.10给出了图2.9所示电路的跨导随着栅源电压变化曲线，其中，Gm为一阶跨导曲 线，Gm2为二阶跨导曲线，Gm3为三阶跨导曲线，l
4、inel为Gm3和Gm3B叠加之后的三阶 跨导曲线，使用SMIC0.18um CMOS工艺。由图2.10可知，当一阶跨导随着VGS的增加逐 渐增加，二阶跨导先随着VGS的增加逐渐增加至最大值，后随着VGS的增加逐渐减小，三 阶跨导在亚阈值区为正值，当晶体管处于强反型区时，三阶跨导变为负值。通过调整PMOS管的栅宽、偏置电压的值，使输出端总的三阶互调项趋于零值，从而可 以较大幅度地提高线性度。提高混频器线性度的技术混频器的线性度直接决定了接收机的动态范围 ，因此，如何提高混频器的线性度，是 混频器的关键设计技术之一。国内外的许多研究都致力于改善混频器的线性度。由于混频器 的线性度主要与驱动级和开
5、关对有关，因此改善混频器的线性度应该从提高驱动级的线性度 和提高开关对的线性度两个方面考虑。就整个CMOS混频器而言提高线性度技术主要有以下几种：A射频跨导电路结构当开关对处于理想工作状态时，混频器的非线性主要取决于输入级的非线性。一般情况 下混频器的的跨导有三种结构：全差分跨导结构、伪差分跨导结构和LC并联跨导结构，如 图 3.9 所示。伪差分结构跨导级可以增加混频器的输出摆幅，但跨导级没有共模抑制能力； 全差分跨导级可以提供很好的共模抑制能力，但混频器的输出摆幅受到一定的限制；而 LC 并联结构跨导级中的 LC 谐振电路在输入射频信号频率处谐振，对差分射频信号提供阻抗， 而对共模信号,LC
6、谐振电路却提供了一个很高的阻抗，因此它也具有一定的共模抑制能力， 而且电感本身不消耗电压摆幅，因此混频器的输出摆幅也不会受到影响。E 伞宦分跨导结构 (b)伪差分跨寸结构)LE并联納构射频跨导电路在电路设计中，可以根据性能指标，选择适合的射频跨导结构。在相同的条件下，其中 全差分射频跨导结构的混频器具有最好的二阶线性度，而伪差分结构混频器的三阶线性度 最好。B源级负反馈技术这种技术通过在驱动级晶体管的源级串联一个无源元件形成串联负反馈来提高驱动级的线性度，图3.10给出了吉尔伯特混频器的驱动级引入源简并元件z之后的电路。1 1Rktad.11 ad图3.10源级负反馈混频器电路负反馈使得电路的
7、线性得以改善，改善程度与反馈系数有关。对于具体的共源差分放 大器电路，其反馈形式有三种，电阻负反馈，电阻和电容并联负反馈和电感负反馈。但电 阻作源简并元件会引入热噪声，而且电阻本身会产生压降，这会导致电压余度的问题。电 感和电容不会引入额外的噪声，而且对高频谐波成分和交调成分具有一定的抑制能力。电 容反馈由于需要额外的偏置电路会导致电路的复杂化，通常采用源简并电感的技术来改善 线性度。文献491 分析了跨导管源极负反馈对于混频器线性度的影响，指出电感负反馈的 线性受频率影响较大，在GHz频率下，它的线性性能要比电阻负反馈好。文献5分析了电 阻电容并联负反馈对于混频器线性度的影响，指出其对三阶线
8、性和二阶线性失真都有改善 作用。C跨导线性度的提高Gilbert混频器中，跨导的线性度限定了整个混频器的线性度下限。因此，在设计中， 重要的是加大跨导的线性。其方法有：1)预矫正；2)改进型的Gilbert混频器来提高跨导 的线性度，如图3.11所示；3)逐段逼近的方法3，每一个差分对在一段输入范围内是线 性的，叠加起来就构成更大范围内的线性跨导，如图3.12所示。D.开关对共源节点谐振开关对引入的三阶交调积和二阶交调积与开关对共源节点的寄生电容有很大关系。为 了减小开关对共源节点处寄生电容对三阶交调点的影响，可以在共源节点并联一个电感到 地。该电感与共源级寄生电容在2fio处谐振，使得开关对
9、的共源节点在2i。处呈现一个低 阻抗，补充共源节点寄生电容充放电所需要的电流，减小开关对引入的三阶交调积和二阶多栅晶体管技术提高三阶跨导线性度技术多栅晶体管技术可以有效减小三阶跨导非线性的影响；同时，基本的多栅晶体管技术的 线性度改进受到二次谐波反馈效应的限制，改进的微分叠加技术和后失真技术等改进方法。 但是对于改进的微分叠加技术，设计者需要对二阶和三阶非线性分量进行协调设计，这使得 有效的线性度优化范围较小。对于后失真技术，由于失真抵消在放大器的输出实现，这种方 法对无源混频器输入阻抗的变化比较敏感。采用的带有额外栅源电容的多栅晶体管低噪声跨导级电路如图5.3 所示。同传统多栅晶体管低噪声放大器设计方法相同，偏置在弱反型区的辅助晶体管M2和M4取得合理的尺寸，用于抵消偏置在强反型区的核心跨导管M1和M3的三阶非线性。不同于传统的多栅晶体管低噪声放大器，图5.3中的电路添加了额外的栅源电容Cadd井團53带有额外栅源屯容的多栅晶怵管低II桑声跨导级frflin i heCDniwrt-. bkKk炸2RF- *Al 51. o
