LNA and MIXER FOR MULTI-BAND WCDMA

kevinwjs · 发表于 2011-4-13 17:37:20

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1 Introduction 11
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2 Design objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3 Organization of this thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2 System Considerations and design speciﬁcations 15
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2 UTRA-FDD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 Spread spectrum (SS) communication techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 CDMA and Wideband CDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.5 General WCDMA system considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.6 UTRA-FDD test cases and WCDMA receiver speciﬁcations . . . . . . . . . . . . 19
2.6.1 Noise Figure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.6.2 Second order intercept point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.6.3 Third order intercept point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.6.4 Gain of LNA+Mixer combination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.6.5 Input referred 1dB cross compression point (ICCP1) . . . . . . . . . . . . 25
52.6.6 Power consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.7 Individual speciﬁcations for LNA and mixer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3 Low Noise Ampliﬁer 27
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2 Choice of LNA topology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.3 Noise cancelation topology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.3.1 Principle of noise cancelation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.3.2 An added beneﬁt: cancelation of distortion of matching transistor . . . . . 29
3.3.3 Comparison of noise cancelation topologies . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4 Achieving input matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.5 Trade offs between noise ﬁgure, linearity and power consumption . . . . . . . . . 35
3.5.1 Effect of gain in the input arm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.5.2 Optimum bias point for linearity, Noise ﬁgure and low power consumption 37
3.6 Design of the LNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.6.1 Improvements to reduce noise factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.6.2 Cross-coupling of input to further reduce noise factor . . . . . . . . . . . . 43
3.6.3 Choice of bias current in the output arm of the LNA . . . . . . . . . . . . 44
3.6.4 Choice of voltage gain and bias current in the input arm of the LNA . . . . 45
3.6.5 A new method to reduce the noise contribution due to R1 . . . . . . . . . . 47
3.7 Simulation results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.7.1 Power Consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.7.2 Transconductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
63.7.3 Input matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.7.4 Noise Figure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.7.5 IIP2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.7.6 Out-of-band IIP3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4 Mixer 55
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2 Passive mixer topology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2.1 Noise contribution of TIA in conventional passive mixer topology . . . . . 56
4.2.2 A new approach to reduce noise contribution of the TIA . . . . . . . . . . 57
4.2.3 Complete schematic of the mixer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3 Design of the transimpedance ampliﬁer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3.1 General considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3.2 Design of the TIA opamp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.3.3 Complete schematic of TIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.3.4 Common-mode stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.4 Choice of Local Oscillator (LO) waveform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.4.1 sine wave versus square wave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.4.2 Effect of LO duty cycle on mixer gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.4.3 Additional advantages of 25% duty cycle LO . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.5 25% duty cycle LO generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.6 Design of the mixer to meet the stringent IIP2 requirement . . . . . . . . . . . . . 76
4.7 Mixer simulation results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
74.7.1 Power consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.7.2 Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.7.3 Noise Figure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.7.4 Out-of-band IIP3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.7.5 IIP2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5 LNA+Mixer simulation results and performance comparison 83
5.1 LNA+mixer simulation results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.1.1 Gain (speciﬁcation: 36dB typical, 32dB worst case) . . . . . . . . . . . . . 84
5.1.2 Input matching (speciﬁcation: s11 < −15dB) . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.1.3 Noise Figure (speciﬁcation: 2.5dB typical, 3.5dB worst case) . . . . . . . . 85
5.1.4 Out-of-band IIP3 (speciﬁcation : -10dBm @ Tx frequency offset) . . . . . 86
5.1.5 IIP2 (speciﬁcation: minimum 50dBm @ Tx frequency offset) . . . . . . . 87
5.1.6 Input referred 1dB cross compression point (speciﬁcation: -25dBm) . . . . 89
5.1.7 Power consumption (Speciﬁcation: 25mA from 1.2V supply) . . . . . . . 90
5.2 performance comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6 Layout 93
6.1 Layouts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.1.1 LNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.1.2 Mixer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.1.3 Top level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.2 Post-layout simulation results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
86.2.1 LNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.2.2 Mixer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7 Conclusions and future work 101
7.1 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.1.1 LNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.1.2 Mixer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.2 Recommendations for future work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
A Analysis of negative feedback using two port network theory 105
A.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
A.2 Analysis of feedback using 2-port networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

A.3 voltage-current feedback or y-feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

DESIGN OF LNA and MIXER FOR MULTI-BAND WCDMA.pdf (2.32 MB, 下载次数: 746 )

biqwezsln · 发表于 2011-4-13 17:55:13

非常感谢。

daojx · 发表于 2011-4-13 19:18:25

thnka alot

walkman2012 · 发表于 2011-4-14 21:18:35

恭喜发财，楼主

chujn · 发表于 2011-4-18 09:21:10

下来看看，谢谢。

xlteam2 · 发表于 2011-4-22 17:33:41

good material

happyboy93 · 发表于 2011-4-25 22:25:32

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xcairfic · 发表于 2011-4-25 22:37:56

回复 1# kevinwjs

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xdcmos · 发表于 2011-5-6 08:28:43

经典的书籍

peter0426 · 发表于 2011-6-27 19:33:03

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[资料] LNA and MIXER FOR MULTI-BAND WCDMA

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