GHz无线区域网路CMOS低杂讯放大器之设计-国立暨南国际大学.PDFVIP

5.2GHz 無線區域網路CMOS 低雜訊放大器之設計 5.2GHz 無線區域網路CMOS 低雜訊放大器之設計 1 2* 許源佳 、許孟烈 1 國家晶片系統設計中心 2 國立暨南國際大學 電機工程學系 * E-mail: sheu@ncnu.edu.tw 摘要 隨著科技的進步，人與人之間的聯繫與溝通，已由有線傳送進步到無線傳輸，使得無線 通訊系統(wireless communication system)蓬勃發展。在無線通訊系統中，射頻前端電路(RF front end)因為操作頻率較高，仍多採用成本高且整合性低的特殊製程，近年來由於CMOS 製 程的快速發展，射頻前端電路也逐漸使用製作成本低與系統整合性高的CMOS 製程製作。本 論文中，將探討一應用在5.2GHz 無線區域網路(wireless local area network, WLAN)射頻前端 的低雜訊放大器(low noise amplifier, LNA)之設計。 吾人利用台灣積體電路製造公司(TSMC)之 0.25µm CMOS 製程設計一應用在 5.2GHz 無 線區域網路的低雜訊放大器，並透過國家晶片系統設計中心(Chip Implementation Center, CIC) 進行實作與測試。吾人所設計的串接式(cascade)低雜訊放大器可提供 15dB 的增益、3.4dB 的 雜訊指數及26mW 的功率消耗；使用晶片電感(on-chip inductor)的疊接式(cascode)低雜訊放大 器提供 7dB 的增益、5.86dB 的雜訊指數及 7.5mW 的功率消耗；使用打線電感(bond-wire inductor)的疊接式低雜訊放大器提供8.3dB 的增益、5.74dB 的雜訊指數及7.5mW 的功率消耗。 壹、前言 隨著科技的進步，人與人之間的聯繫與溝通，已經由有線傳送進步到個人的無線通訊系 統(wireless communication system)，達到隨時隨地的便利方式。然而人們對無線通訊的質與量 的需求不斷提高，未來無線通訊所提供的服務除了包括語音、數據、影像的多媒體資訊傳輸 外，更重要的是與網際網路的結合。由於通訊技術的發展及操作頻段的增加，可使頻寬增加 以增大傳輸資料量，帶來更多的效益，因此有不少的無線區域網路(wireless local area network; WLAN)標準被提出來，IEEE 802.11a 即是規範在5.2GHz 之下的無線區域網路標準[1]。 在傳統無線通訊系統的電路設計上，特別是射頻前端電路(RF front end)，因為元件特性 的需求，大都採用成本較高的化合物半導體或 Bipolar 的特殊製程。但在基頻電路(baseband) 一般則使用整合性高且成本較低的CMOS 製程，因此造成射頻前端與基頻電路整合的問題， 而無法有效的降低成本。近年來由於 CMOS 製程技術的快速進展，閘通道長度(gate channel length)不斷地縮短，使得它在高頻上也有不錯的特性，因此憑著CMOS 低成本，高整合性的 特質，微波積體電路已逐漸使用 CMOS 元件來實現，體積小、重量輕的單石微波積體電路 (monolithic microwave integrated circuits; MMIC)將成為設計之主流，這不但能夠增加系統的整 合性，也可以降低製作上的成本。 由於在無線通訊系統的接收器(receiver)中，第一級的雜訊指數(noise figure; NF)決定整個 接收端的雜訊特性，對訊號傳輸品質有很大的影響，而低雜訊放大器(low noise amplifier, LNA) 是射頻電路最前端的元件，使接收端具有高增益(gain)、低雜訊的特性，才能確保整個系統有 最佳的性能，因此