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

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

2 دانشیار - دانشکده منهدسی برق، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، اصفهان، ایران

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


عنوان مقاله [English]

Design and Simulation of a Low-Noise Amplifier (LNA) with low power consumption and high gain in 2.4GHz frequency for wireless systems

نویسندگان [English]

  • Esmaeel Karimi 1
  • Ebrahim Borzabadi 2
1 Department of Electrical Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Esfahan, Iran
2 Department of Electrical Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Esfahan, Iran
چکیده [English]

Abstract: This paper presents the design and simulation of low-noise amplifier (LNA) with .18CMOS technology in 2.4GHz frequency addressed, the process HSPICE RF simulation software has been done. Using cascode structure leads to lower power consumption with higher voltage gain and power gain. Matching network was used in the design of this circuit has a very good improves on the parameter S11 and allows to have a good control on the real part of the impedance of circuit by appropriate selection of matching network in input and output. By right choosing of circuit elements in this structure can have an approllllojjpriate compromise among the circuit parameters like noise figure, gain, power and stability to reaching noise figure (NF), input reflection coefficient and low power consumption with high gain. In the 2.4GHz frequencyl with 1.8V supply voltage and 1.9 mW power consumption, the circuit parameters are: NF=1.21dB, Av=28.dB, S11=-29.25dB, S12=-35.49dB, S21=18.46dB

کلیدواژه‌ها [English]

  • Low-Noise Amplifier (LNA)
  • Impedance matching
  • noise figure
  • gain
  • Stability
[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.