يك تقويت‌كننده كم‌نويز و گين متغير با جابجايي فاز كم در باند فركانسي Ka در تكنولوژي CMOS

A Ka-Band Low Phase-Shift CMOS Variable Gain Low Noise Amplifier

در اين مقاله، به طراحي يك تقويت‌كننده كم‌نويز با گين متغير در باند فركانسي Ka پرداخته شده است. اين تقويت‌كننده بصورت ديجيتالي با استفاده از شبكه كليدزني، قابليت تغيير گين سيگنال ورودي را با دقت پنج بيت يا 32 حالت دارد. طراحي اين مدار برپايه تركيب دو مدار تقويت‌كننده كم‌نويز (LNA) و تقويت‌كننده گين‌متغير (VGA) با ساختار سورس-مشتركِ كسكود و سلف degenerative انجام گرفت و از تكنيكهايي از جمله شبكه LC-ladder براي تطبيق بين طبقاتي بهتر و همچنين طبقه بافر گيت-مشترك در خروجي براي استقلال تطبيق امپدانس خروجي در مقابل تغييرات گين مدار استفاده شد. در نهايت، در ساختار پيشنهادي، با تقسيم شبكه كليدزني به دو قسمت براي دريافت عدد نويز بهتر، در محدوده تغيير گين 15 dB (از 5.324 dB تا 20.4 dB)، عدد نويزي معادل 5.6 dB ، پهناي باند 5.34 GHz و S11 و S22 كمتر از -14 dB حاصل گرديد. در اين ساختار، براي به حداقل رساندن جابجايي فازي كه در اثر تغييرات گين مدار ايجاد مي‌گردد، با ايدۀ بكارگيري سلف جبرانساز، مقدار شيفت فاز حدود 40 درجه كاهش يافت. بطوريكه در پهناي باندي معادل 1.5 GHz مقدار آن كمتر از 5 درجه مي‌باشد.

In this paper, a Low Noise Variable Gain Amplifier in Ka-frequency band is designed. This amplifier is digitally controlled by using switching transistors which change the gain with an accuracy of 5-bit resolution (32 steps). The output phase shift should be minimized within a Dynamic Range of 15 dB. The proposed structure includes a Low Noise Amplifier and a Variable Gain Amplifier, with common-source structure and degenerative inductor. In the proposed structure, the main gain is achieved by LNA and the switching control bits are used in two stages of the VGA. Simulation illustrates a Noise Figure of 5.6 dB; bandwidth of 5.34 GHz; S11, S22 less than -14 dB and Dynamic Range of 15 dB. By using a “compensating inductor” in the source of switching transistors, the amount of phase shift was reduced, such that within the bandwidth of 1.5 GHz it is less than 5 degrees. The post-layout simulation results, show a Dynamic Range of 18.7 dB; a bandwidth of 2.5 GHz; Noise Figure of 6.4 dB and return losses less than -10 dB. In addition to it, In EM analysis, all inductors and major RF paths are evaluated by “Sonnet” software.