11、CMOS射频集成电路的发展趋势

CMOS射频集成电路的发展趋势

1. 低噪声放大器（LNA）概述

低噪声放大器（LNA）是射频（RF）接收器的首个有源级，其首要任务是放大RF信号并抑制后续级的噪声贡献。对于一个n级级联系统，整体噪声系数由Friis方程给出：
[F_{total} = F_1 + \frac{F_2 - 1}{A_{p1}} + \frac{F_3 - 1}{A_{p1}A_{p2}} + \cdots]
其中，(F_i)和(A_{pi})分别是第(i)级的噪声系数和可用功率增益。因此，RF接收器第一级（LNA）的高增益（(A_{p1})）和低噪声系数（(F_1)）对于整体接收器的低噪声系数（(F_{total})）至关重要。

除了增益、噪声系数和输入匹配外，LNA的其他关键性能参数还包括稳定性、功耗、对工艺、电压和温度（PVT）变化的鲁棒性以及线性度，通常用二阶或三阶互调产物来表征。

2. 常见的LNA拓扑结构

2.1 共栅LNA

• 输入匹配 ：共栅LNA的输入阻抗(\frac{1}{g_m})设置为50Ω以实现所需的匹配。电感(L_s)调谐掉源节点处的寄生电容(C_{gs})和(C_{sb})，在工作频率下实现纯电阻性阻抗匹配。这种输入匹配本质上是宽带的，适用于宽带应用。
• 噪声系数 ：在输入匹配条件(\frac{1}{g_m} = R_s)下，忽略感应栅极噪声的小贡献，共栅LNA的噪声系数为：
  [F = 1 + \frac{\gamma}{\alpha} = 1 + \frac{4kT\gamma g_{