Сверхширокополосный малошумящий усилитель на основе активной катушки индуктивности с подавлением помех беспроводной локальной сети

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021010039

Ключові слова:

сверхширокополосный, МШУ, малошумящий усилитель, подавление помех, активная катушка индуктивности

Анотація

В статье предложен сверхширокополосный малошумящий усилитель (МШУ) в диапазоне частот 3,1–10,6 ГГц на основе топологии активной катушки индуктивности. МШУ разработан для обеспечения постоянного коэффициента усиления и подавления помех от беспроводной локальной сети в диапазоне частот 5–6 ГГц. В работе представлена активная катушка индуктивности на основе топологии резистора обратной связи, интегрированная с МШУ. Использование активной катушки индуктивности вместо стандартной спиральной КМОП катушки обеспечивает выигрыш по площади, добротности и значению индуктивности. Активная катушка индуктивности обеспечивает относительно равномерное значение индуктивности на частотах 5–6 ГГц и используется для работы режекторного фильтра на кристалле, с максимальным затуханием 45 дБ на центральной частоте ~5,6 ГГц. МШУ спроектирован и работает по стандартной КМОП-технологии 0,18 мкм. Спроектированный МШУ обеспечивает усиление 20 дБ и коэффициент шума менее 3,7 дБ в различных диапазонах частот. Обратные потери на входе (S11) и выходе (S22) составляют менее –10 и –12 дБ, соответственно, в указанном диапазоне частотного спектра, при этом усилитель занимает площадь кристалла 0,54 мкм2. Разработанный МШУ имеет высокий равномерный коэффициент усиления, высокое подавление помех, минимальные значения обратных потерь и низкий коэффициент шума в диапазоне 3,1–10,6 ГГц. Данный МШУ рекомендуется к использованию во входных каскадах различных устройств.

Посилання

N. Li, W. Feng, X. Li, “A CMOS 3–12-GHz ultrawideband low noise amplifier by dual-resonance network,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 27, no. 4, pp. 383–385, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2017.2679203.

R. Jafarnejad, A. Jannesari, J. Sobhi, “A linear ultra wide band low noise amplifier using pre-distortion technique,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 79, pp. 172–183, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2017.05.046.

V. Singh, S. Arya, M. Kumar, “A 0.7 V, ultra-wideband common gate LNA with feedback body bias topology for wireless applications,” J. Low Power Electron. Appl., vol. 8, no. 4, p. 42, 2018, doi: https://doi.org/10.3390/jlpea8040042.

N. Koirala, R. K. Pokharel, A. I. A. Galal, H. Kanaya, K. Yoshida, “Design of a Low Noise Amplifier with integrated notch filter for interference rejection in ultra-wideband systems,” in 2011 China-Japan Joint Microwave Conference Proceedings, CJMW 2011, 2011, pp. 409–412, uri: https://ieeexplore.ieee.org/document/5774018.

H. Rastegar, S. Saryazdi, A. Hakimi, “A low power and high linearity UWB low noise amplifier (LNA) for 3.1–10.6GHz wireless applications in 0.13μm CMOS process,” Microelectron. J., vol. 44, no. 3, pp. 201–209, 2013, doi: https://doi.org/10.1016/j.mejo.2013.01.004.

S. Pandey, P. N. Kondekar, K. Nigam, D. Sharma, “A 0.9V, 3.1–10.6 GHz CMOS LNA with high gain and wideband input match in 90 nm CMOS process,” in 2016 IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems (APCCAS), 2016, pp. 730–733, doi: https://doi.org/10.1109/APCCAS.2016.7804079.

N. Koirala, A. Anand, R. K. Pokharel, H. Kanaya, K. Yoshida, “A highly attenuative CMOS LNA at 5-6 GHz using negative G M circuit for UWB applications,” Microw. Opt. Technol. Lett., vol. 55, no. 4, pp. 894–899, 2013, doi: https://doi.org/10.1002/mop.27464.

I. Hwang, I. Kwon, “Ultra-wideband CMOS low-noise amplifier with active interferer rejection,” IEICE Electron. Express, vol. 13, no. 16, pp. 20160597–20160597, 2016, doi: https://doi.org/10.1587/elex.13.20160597.

C.-P. Liang, P.-Z. Rao, T.-J. Huang, S.-J. Chung, “Analysis and design of two low-power ultra-wideband CMOS low-noise amplifiers with out-band rejection,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 58, no. 2, pp. 277–286, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2009.2037855.

Y. Gao, Y. Zheng, B.-L. Ooi, “A 0.18-μm CMOS UWB LNA with 5 GHz interference rejection,” in 2007 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Symposium, 2007, pp. 47–50, doi: https://doi.org/10.1109/RFIC.2007.380830.

Г. Т. Ахмед, А. С. Елкорани, Д. А. Салиб, “Планарная сверхширокополосная антенна с двумя частотами режекции на основе наклоненных эллиптических разомкнутых кольцевых резонаторов,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 62, no. 3, pp. 147–157, 2019, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347019030038.

Д. Тхирипурасундари, Д. С. Эммануел, “Питаемая копланарным волноводом щелевая антенна с настраиваемой полосой заграждения для ультраширокополосных систем,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 56, no. 6, pp. 19–27, 2013, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347013060022.

А. Кумар, М. К. Сингх, “Планарная микрополосковая СШП антенна с Т-образной щелью с провалом в полосе пропускания,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 61, no. 8, pp. 476–484, 2018, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347018080058.

Б. Премалатха, М. В. С. Прасад, М. Б. Р. Мурти, “Многополосные режекторные антенны для СШП применения,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 62, no. 12, pp. 715–725, 2019, doi: https://doi.org/10.20535/S002134701912001X.

V. Singh, S. K. Arya, M. Kumar, “A 3–14 GHz, self-body biased common-gate UWB LNA for wireless applications in 90 nm CMOS,” J. Circuits, Syst. Comput., vol. 28, no. 04, p. 1950056, 2019, doi: https://doi.org/10.1142/S0218126619500567.

Y. Y. Tey, H. Ramiah, N. M. Noh, “Design of low noise, flat gain CMOS-based ultra-wideband low noise amplifier for cognitive radio application,” IETE J. Res., vol. 63, no. 4, pp. 514–522, 2017, doi: https://doi.org/10.1080/03772063.2017.1301227.

E. Sobotta, G. Belfiore, F. Ellinger, “Ultra compact multi-standard low-noise amplifiers in 28 nm CMOS with inductive peaking,” Int. J. Microw. Wirel. Technol., vol. 10, no. 1, pp. 47–57, 2018, doi: https://doi.org/10.1017/S1759078717001076.

R. Jafarnejad, A. Jannesari, J. Sobhi, “Pre-distortion technique to improve linearity of low noise amplifier,” Microelectron. J., vol. 61, pp. 95–105, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.mejo.2017.01.006.

B. Park, S. Choi, S. Hong, “A low-noise amplifier with tunable interference rejection for 3.1- to 10.6-GHz UWB systems,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 20, no. 1, pp. 40–42, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2009.2035963.

R.-C. Liu, K.-L. Deng, H. Wang, “A 0.6-22-GHz broadband CMOS distributed amplifier,” in IEEE Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Symposium, 2003, pp. 103–106, doi: https://doi.org/10.1109/RFIC.2003.1213903.

A. I. A. Galal, R. K. Pokharel, H. Kanay, K. Yoshida, “Ultra-wideband low noise amplifier with shunt resistive feedback in 0.18μm CMOS process,” in 2010 Topical Meeting on Silicon Monolithic Integrated Circuits in RF Systems (SiRF), 2010, pp. 33–36, doi: https://doi.org/10.1109/SMIC.2010.5422832.

M. Chandra Praveen, V. Vaithianathan Venkatesan, J. Raja, R. Srinivasan, “Active inductor based differential Low Noise Amplifier for ultra wide band applications,” in 2012 International Conference on Recent Trends in Information Technology, 2012, pp. 401–406, doi: https://doi.org/10.1109/ICRTIT.2012.6206797.

M. M. Reja, I. Filanovsky, K. Moez, “A compact CMOS UWB LNA using tunable active inductors for WLAN interference rejection,” in 2011 IEEE International Symposium of Circuits and Systems (ISCAS), 2011, pp. 281–284, doi: https://doi.org/10.1109/ISCAS.2011.5937556.

M. U. Nair, Y. Zheng, Y. Lian, “An active inductor based low-power UWB LNA,” in 2007 IEEE International Conference on Ultra-Wideband, 2007, pp. 813–816, doi: https://doi.org/10.1109/ICUWB.2007.4381056.

X. Ma, B. Duan, Y. Yang, “A 500–600 MHz GaN power amplifier with RC–LC stability network,” J. Semicond., vol. 38, no. 8, p. 085003, 2017, doi: https://doi.org/10.1088/1674-4926/38/8/085003.

J. Manjula, S. Malarvizhi, “Active inductor based tunable multiband RF front end design for UWB applications,” Analog Integr. Circuits Signal Process., vol. 95, no. 2, pp. 195–207, 2018, doi: https://doi.org/10.1007/s10470-018-1168-7.

N. Saifullah, Z. Zakaria, A. Salleh, S. R. Ab Rashid, A. Bruster, “Integrated low noise amplifier with notch filter using DMS technique for ultra-wideband application,” in 2016 3rd International Conference on Electronic Design (ICED), 2016, pp. 56–61, doi: https://doi.org/10.1109/ICED.2016.7804606.

M. R. Salehi, A. Abiri, H. Shahraki, “Design of a 4-10 GHz low noise amplifier based on coupled inductors for communication systems,” in Proceedings of the 5th International Conference on Communications, Computers and Applications, MIC-CCA 2012, 2012, pp. 35–40, uri: https://ieeexplore.ieee.org/document/6516780.

F. Akbar, M. Atarodi, S. Saeedi, “Design method for a reconfigurable CMOS LNA with input tuning and active balun,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 69, no. 1, pp. 424–431, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2014.10.019.

M. I. Malek, S. Saini, “Improved two stage ultra-wideband CMOS low noise amplifier with out band rejection using low noise active inductor,” in 2015 International Conference on Signal Processing and Communication Engineering Systems, 2015, pp. 157–161, doi: https://doi.org/10.1109/SPACES.2015.7058237.

J.-J. Wang, D.-Y. Chen, S.-F. Wang, R.-S. Wei, “A multi-band low noise amplifier with wide-band interference rejection improvement,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 70, no. 3, pp. 320–325, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2015.12.010.

J.-J. Wang, D.-Y. Chen, “LNA with wide range of gain control and wideband interference rejection,” Int. J. Electron., vol. 103, no. 10, pp. 1748–1758, 2016, doi: https://doi.org/10.1080/00207217.2016.1138528.

Прототип разработанного UWB МШУ для изготовления микросхемы

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-01-30 — Оновлено 2021-01-30

Як цитувати

Коирала, Н. (2021). Сверхширокополосный малошумящий усилитель на основе активной катушки индуктивности с подавлением помех беспроводной локальной сети. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(1), 31–42. https://doi.org/10.20535/S0021347021010039

Номер

Том 64 № 1 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 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.