关于LNA电路稳定性,Kf<1能正常工作吗

橘子汽水

LNA电路是一级shunt feedback push-pull结构，一般仿真的时候都是后面接passive mixe+TIA看，不会接输出端口看Kf参数，最近一次把LNA输出接port查看的时候发现Kf并不大于1，而是差不多在0.8这样一个值。请问是因为一级电路的隔离度太差导致的吗？该怎么考虑优化

瞬态仿真看会有一点ringing，当时不会振荡


另外，我仿真了一下已流片验证的两个接收机中的LNA电路，相似的应用背景，几百MHz的频段，窄带。Kf似乎都不好（<1）

橘子汽水

LNA输入接方波信号，输出端会有ringing

ictrh

能提供一下电路图吗

橘子汽水

ictrh 发表于 2023-6-10 14:12
能提供一下电路图吗

一级LNA，输出经过电容直接接到passive mixer；仿真Kf的时候是通过psp读到Mixer输入端的等效输入阻抗（ZM1）,将这个阻抗值port作为LNA负载来做sp Kf仿真

ictrh

我觉得kf需要全频段大于1，不然进方波，因为方波的频率分布式全频段的，只要有一部分kf小于1肯定会震荡。
然后就是你这个电路，应该是类反相器形式的，为什么反馈只反馈到PMOS输入呢，蛮奇怪的。
还有就是你输出端没匹配，不知道你频率做的多少的，我做的频率输出端一般是要匹配的，如果你不稳定的频段是你需要匹配的频段，匹配之后应该会变好。
可以发一下稳定性曲线。
你看看我说的有没有问题，可以讨论下。

橘子汽水

ictrh 发表于 2023-6-11 14:03
我觉得kf需要全频段大于1，不然进方波，因为方波的频率分布式全频段的，只要有一部分kf小于1肯定会震荡。
...

1.频段基本上是在小于1GHz的几个ISM频段（433M、470M、915M）


2.NMOS是通过电流镜实现电流偏置（依靠电流偏置控制LNA的电流大小），PMOS做这样一个反馈是实现输出端的DC稳定，PVT也会好一点

3.关于输出匹配的问题，因为不是单独做LNA模块，做的是一个射频前端是current mode的receiver，LNA是一个跨导模型（论文里现在比较多叫做LNTA）。输出端接的passive mixer可以等效成开关模型（有一个等效的导通阻抗），Mixer之后接TIA。我一般考虑会让LNA的输出端的负载阻抗（基本上是LNA和Mixer之间导通阻抗）尽量小，一方面这样的整体NF会好一点，还有就是LNA的输出端Voltage swing比较小，大信号下的线性度性能会更好

4.另外关于Kf的话，似乎教材里的说法如果小于1是条件稳定，并不代表绝对不稳定。但一般射频电路设计（常见于PA）里面会把Kf大于1作为基本条件


接收前端的基本思路是参考这篇论文Analysis and Optimization of Direct-ConversionReceivers With 25% Duty-Cycle Current-DrivenPassive Mixers
类似的文章一般都不会再把LNA当做一个功率增益模型，也就是不看S21，而是把LNA当做一个Gm模型来思考
似乎做这个频段一般不会去注意输出匹配的问题（不知道是频段问题还是我的设计方法不当）

ictrh

1.确实是可以，如果LNA的输出阻抗小，此时可以传递电压而用阻抗来分析。用S参数分析一般是前后级的输出和输入阻抗为统一量级时，此时既不能等效理想电压模型也不能等效理想电流模型，只能等效成功率源分析。
2.稳定性的话最好是kf>1,而且kf大于1也不是绝对稳定条件，还有一个附加条件|Delta|<1。尽量做到绝对稳定，虽然我还没有理解条件稳定，但是从实际测试结果来说条件稳定很容易震荡。
3.DC稳定不是很理解，有没有可供参考的论文分享一下，感谢。
我做的频率比较高，都是10G以上了，有些经验可能不太适用，互相学习。

No-one

感觉你仿真没有问题，结果确实有问题。应该要保证kf>1的，而且应该全频段都大于1，裕度越大越好。这种稳定是无条件稳定吧。只在工作频段内的问题可能会有问题，因为你不知道会有什么频率的信号耦合进来引起电路震荡

橘子汽水

No-one 发表于 2023-6-11 18:58
感觉你仿真没有问题，结果确实有问题。应该要保证kf>1的，而且应该全频段都大于1，裕度越大越好。这种稳定 ...

想请教一下，仿真验证Kf是否>1绝对稳定的前提是要做好S22的输出匹配吗？我这个电路在设计的时候并没有去做输出匹配，S22会比较差，Kf差不行有可能是因为输出匹配不好吗

No-one

橘子汽水 发表于 2023-6-11 20:05
想请教一下，仿真验证Kf是否>1绝对稳定的前提是要做好S22的输出匹配吗？我这个电路在设计的时候并没有去 ...

输入输出都会影响电路的稳定性的。S22不好，如果大于0了肯定也会引起震荡的，但LNA和Mixer之间一般也不用刻意匹配，因此S22不好应该是正常的。可以尝试一下提高稳定性的办法，负反馈，串并电阻等。频率高的时候，试试中和电容什么的