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关于LNA匹配的疑问

时间:10-02 整理:3721RD 点击:
很多书的理论解释如下:
Zin = sLg +1/sCgs+ gm1*Ls/Cgs= sLg +1/sCgs+wt*Ls
合理选择Ls,使之Zin的实部=50ohm,然后根据Ls选择Lg,使得sLg +1/sCgs项谐振。
(其中Lg是输入电感,Ls是源负反馈电感。做过LNA的朋友应该对这个公式很熟悉了)
我的问题是:
以上的理论解释是否仅限于片外没有匹配元器件的情况?假设片外的匹配器件可以足够多(当然纯属假设),理论上应该是可以匹配到任何值的。
如果是这样,我觉得可以去掉片内的源反馈电感,毕竟太占面积了。
请赐教。

自己顶一个!

该式并不仅限于片外没有匹配元器件的情况(和片外器件无关),假设片外的匹配器件可以足够多,同时Lg,Ls不为0,理论上确实是可以匹配到任何值的,但是你去掉片内的源反馈电感,Ls=0,Zin就没有了实部,不管你片外怎么匹配,都搞不到50欧的,Ls要保留,哪怕是寄生电感。关于面积大的问题,如果允许片外匹配,你可以取较小的Ls,使实部为几欧到10几欧,到片外就随便你弄了

不太明白,为什么必须要Zin有一个实部,才能通过片外匹配到50ohm?
难道就不能通过片外器件直接匹配到50ohm?

LNA就是把匹配集成进去了么,你如果把匹配坐在片外,跟晶体管没什么太大区别了,而且加外围电路比片内占用的面积更大吧

如果没有实部,在Smith阻抗圆图上,Zin位于半径为1的最外一圈圆上。在Smith导纳圆图上,Yin位于半径为1的最外一圈圆上,是同一个圆,Zin接入一个无源无耗的匹配网络,如果是串联电感或电容,它就在阻抗圆图上移动,如果是并联电感或电容,它就在导纳圆图上移动,因为是同一个圆,无论怎么移,都弯不进圆内,更谈不上到达原点了,它能到达纯阻的只有2个点,0和无穷大。
如果不熟悉圆图,也可以这么理解:一个纯电抗的Rin,接入一个纯电抗的网络,整个网络仍然是纯电抗,它不存在阻性分量
本人认为,阻抗匹配在LNA中的地位只排第3,因为要兼顾噪声匹配到最佳源阻抗,s11弄到-15db就差不多了,噪声系数和增益是重点

如果那样的话,matching Q会很大,导致匹配网络的寄生电阻噪声被放大得相当大。

buckaroo的意思是如果LNA片内没有实部的话,匹配网络的Q会很大,噪声会很差?

我做LNA也流过几次片,感觉没有用源极负反馈电感的情况下也没有出现匹配困难,噪声系数差的问题。
所以不太想得明白原因。

如果没有LS,LNA输入阻抗是容性,考虑栅电阻,等效并联阻抗很大,几k,这样匹配至50ohm的话,片外网络Q
很高,对器件很敏感,很挑剔,根本不可能应用,如果你不匹配,那就会遇到不匹配的一系列问题,至于这个影响有
多大我也不是很清楚,李基熙书上有对不匹配的讲解



1)这是一个反映基本原理和概念的式子,不是精确式,它忽略了Rs,Rg,Cs,gmb,适合手工估算,和实际及仿真不完全吻合的,一切实际的MOS管都有寄生Rs,Ls,Rg,所以实部不会完全=0,在ft很高的情况下尤其如此。RF MOS管模型本身就含有Ls,即使外部直接接地
2)实际元件组成的匹配网络,不可能是无耗的,或多或少一定有实数分量的,L,C模型都含有R或G
3)实部全部由寄生Rs,Ls,Rg贡献,工艺一点点的偏差就会引发大幅变化,这不是一个好的设计思路

在本帖中,您提到了栅电阻,那么,请教一下,栅上的等效电阻,一般在Gohm量级上,是吗?
谢谢。

即使没有Ls,LNA的输入阻抗也会有一定的实部存在,其实最主要不是因为栅电阻,而是由于Cgd的存在
小编可以简单推一下,很多rfic的讲义上有,考虑Cgd、gm、(ro//Cds),不难推出实部的存在。
理论上单纯用片外元件,在单个频点肯定是可以匹配到15 ohm的。
但如果是要从一个很大的阻抗直接转到50ohm,Q值很高会带来问题(前面buckaroo也提到了,我这里再具体说一下)
1.匹配网络的Q值越高,单纯片外电感的Q值的带来的损耗就越大,不利于噪声系数,一般片外的电感在几个g的频率下,Q值也就30~50之间。
2.粗略讲,匹配网络的Q值越高,S11<-10dB(或-15dB)的带宽就越窄,即使是窄带通信系统,在考虑到PVT corner,以及片外元件通常的5~10% variation情况下,未必能全部cover。如果你要做产品,这是不可接受的,除非你只是发paper。
3.如果用多级级联来降低Q,用的电感数目就会增加,带来的Q值损耗和成本也会显著增加,测试时也更不方便,更没人这么干。
即使对于窄带系统,一般片外的匹配网络Q值不要超过7~8。如果宽带就更要注意了。

现在的深亚微米,28/40/55nm,Ft足够高
很多产品里的LNA都是inductorless,NF也都足够用了,看看MTK每年的isscc paper就知道了

感谢分享~

你好 可否告知是哪年的isscc论文 我把2011 2012 2013 2014 2015的都找了也没找到 如果能提供下载地址 万分感谢啊!

ISSCC2014---20.7<A Multi-Band Inductor-Less SAW-Less 2G/3G-TDSCDMA Cellular Receiver in 40nm CMOS>
ieee上随便一搜induct less LNA就有无数paper了

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