一个基于g的低功耗LNA用于Ka频段应用

科学领域:

• 电气工程 电气工程
• 无线电频率 (RF) 和微波工程
• 半导体设备的设计设计

背景情况:

• 对于高频通信系统的需求,特别是n257频段的5G新无线电 (NR),需要高效的低噪音放大器 (LNA).
• 传统的LNA设计经常面临电力消耗,噪声性能和高频率 (如Ka频段) 的增益之间的权衡.
• gm/ID方法为优化在中度倒置中晶体管性能提供了有希望的方法,这对于低功率射频电路设计至关重要.

研究的目的:

• 设计和模拟一个低功耗,低噪音放大器 (LNA),优化为Ka频段 (28GHz) 5G NR应用.
• 首次将gm/ID方法应用于高频段 (Ka频段),探索其在RF/MW场景中的好处.
• 通过平衡增益,噪声数据和功耗来实现高功率 (FoM).

主要方法:

• 使用45nm在绝缘体 (SOI) 技术实现一个cascode LNA架构.
• 应用gm/ID方法来优化在中度逆转区域中的晶体管运行,以提高效率.
• 进行了布局后的模拟,以评估电路性能,包括增益,噪声数字和返回损失.

主要成果:

• 设计的LNA从0.9V的电源中实现了1.98mW的非常低的功耗.
• 放大器以28GHz的中心频率工作,适用于5G NR n257频段.
• 布局后的模拟显示增益为11.4dB,噪声值 (NF) 为3.8dB,输入返回损失 (IRL) 优于12dB.
• 与传统方法相比,该设计表现出了显著的优点 (FoM),性能指标与其他设计相比,但功耗显著降低.

结论:

• 在Ka频段LNA设计中有效地应用了gm/ID方法,证明了其在高频段的可行性.
• 拟议的LNA为需要高性能和超低功耗的5G Ka频段应用提供了具有竞争力的解决方案.
• 这种设计有助于推进下一代无线通信系统的高效射频前端组件.