Исследование линейности интермодуляционной характеристики МШУ для беспроводной локальной сети при оптимальном смещении

Автор(и)

  • Индра Вижай Сингх журнал "Известия вузов. Радиоэлектроника", Індія
  • Мухмад Шах Алам Алигархский мусульманский университет, Індія

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347015050015

Ключові слова:

нелинейная схема, двойной затвор, кремний-на-диэлектрике, малошумящий усилитель, МШУ, малая мощность, SOI

Анотація

В работе представлено исследование влияния эффекта изменения технологических параметров новых полевых МОП-транзисторов со структурой SOI (Silicon–on–Insulator) и частичным перекрытием затвора MOSFET (metal–oxide–semiconductor field–effect transistor) на линейность каскодного малошумящего усилителя (МШУ), применяющегося в беспроводных локальных сетях (WLAN). С помощью количественной оценки линейности МШУ посредством точки пересечения третьего порядка (IP3) в работе даны рекомендации по определению оптимального размера спейсера (spacer) s, толщины пленки TSi, градиента легирующей примеси d и длины затвора LG полевого транзистора с частичным перекрытием затвора для повышения линейности МШУ. На основе нового показателя качества МШУ (FoMLNA), включающего коэффициент усиления сигнала по мощности G, показатель IP3, коэффициент шума NF и потребляемую мощность Pdc, установлено, что показатель качества FoMLNA для конфигурации с двойным затвором (DG) намного выше, чем для конфигурации с одиночным затвором (SG) при оптимальном напряжении смещения затвора VOD = 75 мВ. Это обусловлено комбинированным эффектом повышения коэффициента усиления G и показателя IP3 в конфигурации с двойным затвором. При сравнении с доступными экспериментальными данными для 0,18 мкм балк-технологии установлено, что при использовании новых полевых МОП-транзисторов со структурой SOI и частичным перекрытием затвора с длиной затвора LG = 60 нм (эффективная длина затвора Leff = 92 нм) оптимально спроектированный МШУ с оптимальным смещением обеспечивает двукратное повышение предлагаемого показателя качества FoMLNA. При оптимальном смещении МШУ получены следующие показатели: коэффициент шума NF ~ 2,27 дБ, IP3 ~ +7,75 дБм, G ~ 20,86 дБ, потребляемая мощность 2,5 мВт.

Посилання

A 5.8-GHz two-stage high-linearity low-voltage low noise amplifier in a 0.35-μm CMOS technology / Ren-Chieh Liu, Chung-Rung Lee, Huei Wang, Chorng-Kuang Wang // Radio Frequency Integrated Circuits : IEEE RFIC Symp., 3–4 June 2002, Seattle, WA, USA : proc. — IEEE, 2002. — P. 221–224. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/RFIC.2002.1012036.

Zhang H. Linearization Techniques for CMOS low noise amplifiers: A tutorial / Heng Zhang, Edgar Sanchez-Sinencio // IEEE Trans. Circuits Syst. I: Regular Papers. — Jan. 2011. — Vol. 58, No. 1. — P. 22–36. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TCSI.2010.2055353.

Optimally designed moderately inverted double gate SOI MOSFETs for low-power RFICs / Dipankar Ghosh, Mukta Singh Parihar, G. Alastair Armstrong, Abhinav Kranti // Semicond. Sci. Tech. — 2012. — Vol. 27, No. 12. — P. 125004. — DOI : http://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/27/12/125004.

Park S. Design of a 1.8 GHz low-noise amplifier for RF front-end in 0.8 μm CMOS technology / Sungkyung Park, Wonchan Kim // IEEE Trans. Cons. Electron. — Feb. 2001. — Vol. 47, No. 1. — P. 10–15. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/30.920413.

Kaya S. Optimization of RF linearity in DG-MOSFETs / Savas Kaya, Wei Ma // IEEE Electron Device Lett. — May 2004. — Vol. 25, No. 5. — P. 308–310. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/LED.2004.826539.

Kranti A. Nonclassical channel design in MOSFETs for improving OTA gain-bandwidth trade-off / Abhinav Kranti, G. A. Armstrong // IEEE Trans. Circuits Syst. I: Regular Papers. — Dec. 2010. — Vol. 57, No. 12. — P. 3048–3054. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TCSI.2010.2071470.

Lee T.-Y. High frequency characterization and modelling of distortion behaviour of MOSFETs for RF IC design / Tzung-Yin Lee, Yuhua Cheng // IEEE J. Solid-State Circuits. — Sept. 2004. — Vol. 39, No. 9. — P. 1407–1414. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/JSSC.2004.829376.

Kranti A. Gate length scaling and microwave performance of double gate nanotransistors / Abhinav Kranti, Tsung Ming Chung, Jean-Pierre Raskin // Int. J. Nanosci. — Dec. 2005. — Vol. 4, No. 5–6. — P. 1021–1024. — DOI : http://dx.doi.org/10.1142/S0219581X05004005.

Razavi B. RF Micro-Electronics / B. Razavi. — Prentice-Hall, 1998.

RF distortion characterisation of sub-micron CMOS / L. F. Tiemeijer, R. van Langevelde, O. Gaillard, R. J. Havens, P. G. M. Baltus, P. H. Woerlee, D. B. M. Klaassen // Solid-State Device Research : 30th European Conf., 11–13 Sept. 2000 : proc. — IEEE, 2000. — P. 464–467. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/ESSDERC.2000.194815.

Alam M. S. Investigation of gate underlap design on linearity of operational transconductance amplifier / M. S. Alam, A. Kranti, G. A. Armstrong // Engineering and Computer Science : World Congress WCECS 2010, October 20–22, 2010, San Francisco, USA. — IEEE, 2010. — Vol. 2.

Impact of high-κ offset spacer in 65-nm node SOI devices / Ming-Wen Ma, Chien-Hung Wu, Tsung-Yu Yang, Kuo-Hsing Kao, Woei-Cherng Wu, Shui-Jinn Wang, Tien-Sheng Chao, Tan-Fu Lei // IEEE Electron Device Lett. — Mar. 2007. — Vol. 28, No. 3. — P. 238–241. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/LED.2007.891282.

Non-linearity analysis of FinFETs / A. Cerdeira, M. Aleman, V. Kilchitska, N. Collaert, K. de Meyer, D. Flandre // Devices, Circuits and Systems : 6th Int. Caribbean Conf., 26–28 April 2006, Playa del Carmen : proc. — IEEE, 2006. — P. 9–12. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/ICCDCS.2006.250827.

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

International Technology Roadmap for Semiconductors. 2011 edition.

Silvaco ATLAS-2011, www.silvaco.com.

Wong H. Y. The gate misalignment effects of the sub-threshold characteristics of sub-100 nm DG-MOSFETs / Hiu Yung Wong, Kyoungsub Shin, M. Chan // Electron Device Meeting : IEEE Hong Kong Meeting, 2002 : proc. — IEEE, 2002. — P. 91–94. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/HKEDM.2002.1029164.

Advanced Design System (ADS) 2012, www.agilent.com.

Lee T. H. The design of CMOS radio-frequency integrated circuits / T. H. Lee. — UK Cambridge University Press, 1998.

Arora R. Operating voltage constraints in 45-nm SOI nMOSFETs and cascode cores / Rajan Arora, John D. Cressler // IEEE Trans. Electron Devices. — Jan. 2013. — Vol. 60, No. 1. — P. 132–139. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TED.2012.2227967.

Wang Y. S. 5.7 GHz low-power variable-gain LNA in 0.18 µm CMOS / Y. S. Wang, L.-H. Lu // Electron. Lett. — 20 Jan. 2005. — Vol. 41, No. 2. — P. 66–68. — DOI : http://dx.doi.org/10.1049/el:20057230.

Kwon I. An accurate behavioral model for RF MOSFET linearity analysis / Ickjin Kwon, Kwyro Lee // IEEE Microwave Wireless Compon. Lett. — Dec. 2007. — Vol. 17, No. 12. — P. 897–899. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/LMWC.2007.910518.

Baki R. A. Distortion in RF CMOS short-channel low-noise amplifiers / Rola A. Baki, Tommy K. K. Tsang, Mourad N. El-Gamal // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. — Jan. 2006. — Vol. 54, No. 1. — P. 46–56. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TMTT.2005.860897.

Pedro J. C. Intermodulation Distortion in Microwave and Wireless Circuits / Jose Carlos Pedro, Nuno Borges Carvalho. — Artech House, Inc., 2003. — 450 p.

Design considerations for fully depleted SOI transistors in the 25–50 nm gate length regime / R. J. Luyken, T. Schulz, J. Hartwich, L. Dreeskornfeld, M. Stadele, W. Rosner // Solid-State Electron. — July 2003. — Vol. 47, No. 7. — P. 1199–1203. — DOI : http://dx.doi.org/10.1016/S0038-1101(03)00038-8.

Kang S. Linearity analysis of CMOS for RF application / Sanghoon Kang, Byounggi Choi, Bumman Kim // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. — Mar. 2003. — Vol. 51, No. 3. — P. 972–977. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TMTT.2003.808709.

Toole B. RF circuit implications of moderate inversion enhanced linear region in MOSFETs / B. Toole, C. Plett, M. Cloutier // IEEE Trans. Circuits Syst. I: Regular Papers. — Feb. 2004. — Vol. 51, No. 2. — P. 319–328. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TCSI.2003.822400.

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. — Dec. 2008. — Vol. 29, No. 12. — P. 1380–1382. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/LED.2008.2006863.

High gain, low noise cascode LNA with RF amplifier at 5.8 GHz using T-matching networks / Abu Bakar Ibrahim, Abdul Rani Othman, Mohd Nor Hussain, Mohammad Syahrir Johal // Advancements in Electronics and Power Engineering : 2nd Int. Conf. ICAEPE’2012, June 30–July, 2012, Bali : proc. — URL : http://www.academia.edu/3121327/high_gain_low_noise_cascode_LNA_with_RF_amplifier_at_5.8GHz_using_T-matching_network.

RF noise of 65-nm MOSFETs in the weak-to-moderate-inversion region / Jinglin Shi, Yong Zhong Xiong, Kai Kang, Lan Nan, Fujiang Lin // IEEE Electron Device Lett. — Feb. 2009. — Vol. 30, No. 2. — P. 185–188. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/LED.2008.2010464.

Noise modeling for RF CMOS circuit simulation / Andries J. Scholten, Luuk F. Tiemeijer, Ronald van Langevelde, Ramon J. Havens, Adrie T. A. Zegers-van Duijnhoven, Vincent C. Venezia // IEEE Trans. Electron Devices. — Mar. 2003. — Vol. 50, No. 3. — P. 218–232. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TED.2003.810480.

##submission.downloads##

Опубліковано

2015-05-17

Як цитувати

Сингх, И. В., & Алам, М. Ш. (2015). Исследование линейности интермодуляционной характеристики МШУ для беспроводной локальной сети при оптимальном смещении. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 58(5), 3–17. https://doi.org/10.20535/S0021347015050015

Номер

Том 58 № 5 (2015)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2015 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.