Design Of Tunable Single Band And Concurrent Low Noise Amplifier - Eshghabadi, Hamidreza Ameri (2015)
Penguat hingar rendah (LNA) merupakan kunci utama binaan blok rantaian penerimaan kerana ia bertujuan untuk menguatkan isyarat sambil menambah hingar seminima yang mungkin. Sehubungan itu, beberapa jenis teknik bagi meminimumkan hingar LNA diperkenalkan. PCSNIM (kuasa terhad dengan hingar dan input sepadan serempak) dilihat antara teknik yang banyak diberikan perhatian. Namun, berdasarkan kepada kajian sebelum ini, ia menghadkan keupayaan gandaan LNA. Bagi menyelesaikan permasalahan ini dan menyokong keperluan pelbagai jalur, tesis ini mempersembahkan empat jenis rekaan LNA (LNA1 hingga LNA4) berdasarkan sumber induktif merosot (ISD) untuk meliputi jalur tunggal (contoh: IEEE802.11.b/g, Bluetooth) dan serempak (contoh: WIFI). LNA1 disasar untuk menyelesaikan isu gandaan yang rendah bagi jalur tunggal LNA dengan penambahbaikan pada keluarannya. Bagi mendapatkan penerimaan serempak untuk dua jalur frekuensi (24.5/5.2 GHz piawaian WIFI), LNA3 direka berasaskan topologi yang sama untuk LNA1. LNA ini dilaksanakan dalam struktur penuh-bersepadu untuk menyahkan penggunaan komponen luaran cip. Rekaan LNA2 dan LNA4 terhasil daripada masalah anjakan frekuensi selepas proses fabrikasi LNA1 dan LNA3. Bagi menangani isu ini, struktur boleh tala menggunakan varaktor digunakan pada padanan masukan/keluaran LNA2 dan sistem baru GPAPU (unit analog boleh program kegunaan umum) diperkenal dan dilaksana kepada struktur penguat boleh tala-serempak (LNA4). Kesemua kaedah dibuktikan secara simulasi dan pengukuran. LNA1, LNA2 dan LNA3 difabrikasi menggunakan teknologi 0.13 μm CMOS manakala LNA4 direka hanya pada tahap pra susun atur simulasi. Untuk LNA1, pengukuran gandaan hadapan dan hingar memberikan nilai 19.84 dB dan 2.59 dB. Bagi masukan/keluaran sepadan, nilai diperolehi adalah -9.39 dB dan -39.23 dB. LNA1 menggunakan arus terus 4 mA daripada bekalan kuasa 1.2 V. Sementara itu, terdapat anjakan frekuensi sebanyak 260 MHz pada keluaran LNA1. Ini disebabkan proses toleransi semasa fabrikasi. Nilai pengukuran bagi gandaan hadapan dan hingar bagi LNA2 adalah 14.62 dB dan 3.73 dB dengan kuasa arus terus 5 mW. Untuk julat talaan, 140 MHz pada masukan dan 50 MHz pada keluaran berjaya dicapai untuk padanan masukan/keluaran. Berdasarkan kepada struktur talaan varaktor pada masukan dan keluaran LNA2, nilai dapatan (terutamanya NF) berubah-ubah bergantung kepada padanan masukan/keluaran. Ini bertujuan untuk mencapai fungsi boleh tala jika dibandingkan dengan LNA1. Nilai pengukuran yang diperoleh bagi gandaan hadapan LNA3 ialah 17.11 dB pada 2.45 GHz dan 10.42 dB pada 5.2 GHz dengan kuasa arus terus 4.8 mW. Nilai pengukuran bagi padanan masukan dan keluaran pula adalah -19.48 dB dan -39.23 dB bagi jalur rendah manakala -25.51 dB dan -10.46 dB bagi jalur tinggi. Nilai hingar yang diukur untuk LNA3 ialah 4.09 dB pada jalur rendah dan 10.47 dB untuk jalur tinggi. Nilai yang diperoleh bagi bacaan gandaan dan nilai hingar berbeza daripada jangkaan awal. Ini kerana, terlihatkan anjakan frekuensi sebanyak 1 GHz pada jalur atas yang dipengaruhi oleh proses perubahan semasa fabrikasi. Daripada hasil simulasi, LNA4 menunjukkan gandaan hadapan yang dicapai bagi jalur rendah ialah 21 dB dan jalur tinggi 18 dB. Untuk nilai hingar, 2.53 dB diperolehi bagi jalur rendah dan 2.96 dB bagi jalur tinggi dengan kuasa arus terus 5.5 mW. Bagi rangkaian keluaran untuk LNA4, julat nilai boleh tala yang diperolehi ialah 300 MHz. Kesimpulannya, kaedah penambahbaikan gandaan yang digunakan bagi LNA1 berfungsi dengan jayanya dan isu nilai gandaan yang rendah berasaskan teknik PCSNIM dapat diselesaikan. Begitu juga masalah anjakan frekuensi dalam penguat jalur tunggal diatasi menggunakan struktur boleh tala LNA2. Tambahan pula, penguat PCSNIM serempak penuh-bersepadu (LNA3) yang direka dan dilaksanakan berjaya menerima frekuensi-frekuensi bagi piawaian WIFI secara serempak. Akhir sekali, struktur boleh tala yang baru (GPAPU) diperkenalkan dan terbukti berfungsi berdasarkan kepada keputusan simulasi LNA4.