Уточненная модель МОП транзистора с частичным перекрытием затвора и проектирование малошумящего усилителя для ВЧ диапазона

Автор(и)

  • Индра Вижай Сингх журнал "Известия вузов. Радиоэлектроника", India
  • Мухмад Шах Алам Алигархский мусульманский университет, India
  • Г. А. Армстронг Университет Квинс в Белфасте, United Kingdom

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347013060010

Ключові слова:

частичное перекрытие затвора, неквази-статический, кремний-на-диэлектрике, малошумящий усилитель, низкомощный

Анотація

Предложена уточненная модель полевого SOI МОП транзистора с частичным перекрытием затвора по 90 нм технологии, которая учитывает неквази-статические и внешние паразитные эффекты. Полученные Y-параметры модели до 20 ГГц хорошо совпадают с результатами расчета в 2D ATLAS (ошибка ~5%), тогда как результаты квази-статической предикативной модели существенно отличаются (>20%). Рассчитанные граничная частота fT и максимальная частота колебаний fmax равны ~108 и ~130 ГГц соответственно. Определен коэффициент шума ≈2,8 дБ при IDS ≈ 0.64 мА, VDS = 1 В и Rge = 3 Ом. Малошумящий усилитель (МШУ) для работы в диапазоне 5,8 ГГц, рассчитанный с помощью предложенной модели, показал хорошее согласование входных (S11 ≈ –15 дБ) и выходных (S22 ≈ –16 дБ) характеристик, и коэффициента усиления S21 ≈ 15 дБ. Предложен коэффициент оценки качества МШУ FoMLNA, включающий коэффициент усиления мощности G, коэффициент шума F и потребление по постоянному току Pdc. Проведено сравнение различных МШУ при помощи FoMLNA и предложенной модели, которое показало практически трехкратное улучшение параметров рассмотренного усилителя.

Посилання

High-frequency characterization of sub-0.25-um fully depleted silicon-on-insulator MOSFETs / C. L. Chen, R. H. Mathews, J. A. Burns, P. W. Wyatt, D.-R. Yost, C. K. Chen, M. Fritze, J. M. Knecht, V. Suntharalingam, A. Soares, C. L. Keast // IEEE Electron Device Lett. — Oct. 2000. — Vol. 21, No. 10. — P. 497–499. — doi: http://dx.doi.org/10.1109/55.870613">10.1109/55.870613.

A High-frequency MOS transistor model and its effects on radio-frequency circuits / Steve H. Jen, Christian Enz, David R. Pehlke, Michael Schröter, Bing J. Sheu // Analog Integr. Circ. Signal Process. — May 2000. — Vol. 23. — P. 93–101. — doi: http://dx.doi.org/10.1023/A:1008399824651">10.1023/A:1008399824651.

Kang I. M. Non-quasi-static RF model for SOI FinFET and its verification / In Man Kang // J. Semiconductor Technol. Sci. — June 2010. — Vol. 10, No. 2. — P. 160–164.

Kang I. M. Non-quasi-static small-signal modelling and analytical parameter extraction of SOI FinFETs / In Man Kang and Hyungcheol Shin // IEEE Trans. Nanotechnol. — May 2006. — Vol. 5, No. 3. — P. 205–210. — doi: http://dx.doi.org/10.1109/TNANO.2006.869946">10.1109/TNANO.2006.869946.

Drain current response delay of FD-SOI MOSFETs in RF operation / Yoshiyuki Shimizu, Gue Chol Kim, Bunsei Murakami, et al. // IEICE Electron. Expr. — 2004. — Vol. 1, No. 16. — P. 518–522. — doi: http://dx.doi.org/10.1587/elex.1.518">10.1587/elex.1.518.

Kranti A. Source/Drain engineered ultra low power analog/RF UTBB MOSFETs / A. Kranti, J. P. Raskin, G. A. Armstrong // Ultimate Integration on Silicon : 12th IEEE Int. Conf. ULIS-2011 : Proc. of conf. — doi: http://dx.doi.org/10.1109/ULIS.2011.5757997">10.1109/ULIS.2011.5757997.

Singh I. V. Design of low noise amplifier using 90nm gate underlap SOI MOSFETs for millimeter-wave applications / Indra Vijay Singh, M. S. Alam, G. A. Armstrong // Multimedia, Signal Processing and Communication Technologies : IEEE Int. Conf. IMPACT-2011 : Proc. of conf. — doi: http://dx.doi.org/10.1109/MSPCT.2011.6150501">10.1109/MSPCT.2011.6150501.

ATLAS manual-2011. — Режим доступа : http://www.silvaco.com ">http://www.silvaco.com.

University of California at Berkeley, USA. — Режим доступа : http://www.device.eecs.berkeley.edu/PTM ">http://www.device.eecs.berkeley.edu/PTM.

Suryagandh S. S. A device design methodology for sub-100-nm SOC applications using bulk and SOI MOSFETs / S. S. Suryagandh, M. Garg, J. C. S. Woo // IEEE Trans. Electron Devices. — 2004. — Vol. 51, No. 7. — P. 1122–1128. — doi: http://dx.doi.org/10.1109/TED.2004.829872">10.1109/TED.2004.829872.

Caddemi A. On wafer-scaled GaAs HEMTs: Direct and robust small signal modelling up to 50 GHz / Alina Caddemi, Giovanni Crupi, Alessio Macchiarella // Microw. Opt. Technol. Lett. — Aug. 2009. — Vol. 51, No. 8. — P. 1958–1963. — doi: http://dx.doi.org/10.1002/mop.24492">10.1002/mop.24492.

Prabakaran R. K. A Novel approach to the design of MESFET-based MMIC switches using common-gate parameter extraction / Rajesh Kumar Prabakaran, Ananjan Basu, Shiban K. Koul // IETE J. Res. — 2011. — Vol. 57, No. 5. — P. 407–412. — doi: http://dx.doi.org/10.4103/0377-2063.90149">10.4103/0377-2063.90149.

Tsividis Y. Operation and modeling of the MOS transistor / Y. Tsividis. — 2nd ed. New York : McGraw-Hill, 1999.

Small signal and HF noise performance of 45 nm CMOS technology in mmW range / L. Poulain, N. Waldhoff, D. Gloria, F. Danneville, G. Dambrine // Radio Frequency Integrated Circuits Symposium : IEEE RFIC-2011 : Proc. of Symp. — doi: http://dx.doi.org/10.1109/RFIC.2011.5940646">10.1109/RFIC.2011.5940646.

Park J.-T. Multiple-Gate SOI MOSFETs: device design guidelines / Jong-Tae Park and Jean-Pierre Colinge // IEEE Trans. Electron Devices. — 2002. — Vol. 49, No. 12. — P. 2222–2229. — doi: http://dx.doi.org/10.1109/TED.2002.805634">10.1109/TED.2002.805634.

Advanced Design Sytem (ADS-2011). — Режим доступа : http://www.agelent.com ">http://www.agelent.com.

A new millimeter-wave small-signal modeling approach for pHEMTs accounting for the output conductance time delay / G. Crupi, D. M. M. Schreurs, A. Raffo, A. Caddemi, G. Vannini // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. — 2008. — Vol. 56, No. 4. — P. 741–746. — doi: http://dx.doi.org/10.1109/TMTT.2008.918147">10.1109/TMTT.2008.918147.

Doris B. Device design considerations for ultra-thin SOI MOSFETs / B. Doris // Technical Digest of IEEE Int. Electron Devices Meeting : IEDM’03. — 2003. — P. 631–634. — doi: http://dx.doi.org/10.1109/IEDM.2003.1269360">10.1109/IEDM.2003.1269360.

Lim T. Ch. The impact of the intrinsic and extrinsic resistance of double gate SOI on RF performance / Tao Chuan Lim and G. A. Armstrong // Solid State Electron. — 2006. — Vol. 50, No. 5. — P. 774–783. — doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.sse.2006.04.010">10.1016/j.sse.2006.04.010.

Lee T. H. The Design of CMOS Radio frequency Integrated Circuits / T. H. Lee. — 2nd ed. — Cambridge University Press, 2003.

A simple figure of merit of RF MOSFET for low noise amplifier design / Ickhyun Song, Jongwook Jeon, Hee-Sauk Jhon, Junsoo Kim, Byung-Gook Park, Jong Duk Lee, Hyungcheol Shin // IEEE Electron Device Lett. — 2008. — Vol. 29, No. 12. — P. 1380–1382. — doi: http://dx.doi.org/10.1109/LED.2008.2006863">10.1109/LED.2008.2006863.

Asgaran S. A 4-mW monolithic CMOS LNA at 5.7GHz with the gate resistance used for input matching / Saman Asgaran, M. Jamal Deen, Chin-Hung Chen // IEEE Microwave Wireless Compon. Lett. — April 2006. — Vol. 16, No. 4. — P. 188–190. — doi: http://dx.doi.org/10.1109/LMWC.2006.872128">10.1109/LMWC.2006.872128.

Wang Y. S. 5.7 GHz Low-power variable-gain LNA in 0.18 µm CMOS / Y. S. Wang and L.-H. Lu // Electron. Lett. — 2005. — Vol. 41, No. 2. — P. 66–68. — doi: http://dx.doi.org/10.1049/el:20057230">10.1049/el:20057230.

Опубліковано

2013-06-24

Як цитувати

Сингх, И. В., Алам, М. Ш., & Армстронг, Г. А. (2013). Уточненная модель МОП транзистора с частичным перекрытием затвора и проектирование малошумящего усилителя для ВЧ диапазона. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 56(6), 3–18. https://doi.org/10.20535/S0021347013060010

Номер

Розділ

Оригінальні статті