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

Автор(и)

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

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.

##submission.downloads##

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

Том 56 № 6 (2013)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2013 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.