シミュレーション検討

図3-24にシミュレーション回路を示す。メインアンプ段は容量C^S, C¹, 抵抗R^B1, R^f1, R^f2, NMOS M^ia, M^ib, 定電圧源V^B1, V^DD1でノイズキャンセル段は容量C², C³, C^L, 抵抗 R^B2, R^B3, NMOS M², M³, 定電圧源V^B2, V^B3, 定電流源i^resによって構成される。信号抑 制部はR^f1とR^f2により構成される。容量C^S, C¹, C², C³は直流電流が流れるのを阻止す るために付いており、小信号的な特性についての変化はほぼ無視できる。定電圧源V^B1, V^B2, V^B3、抵抗R^B1, R^B2, R^B3はそれぞれのNMOSのゲート端子にバイアスするために 付いている。定電流源i^resはM²およびM³のトランスコンダクタンスg^m2, g^m3を調整す るために付いている。v^sは入力で R^Sは伝送線路の特性インピーダンス(R^S=50Ω)であ る。シミュレーションにはCadence社Spectre TSMC 0.90µmCMOSプロセスを用い た。各素子の素子値はC^S = C¹ = C² = C³ = 1nF, (W/L)^Mia = (W/L)^Mib = 47µm/130nm, V^DD1

= 1.2V, V^B1 = 550mV, R^B1 = 50kΩ, (W/L)^M3 = 25µm/130nm, V^DD2 = 1.2V, R^B2 = R^B3 = 50k Ω, C^L = 1pFのように設定した。また (W/L)^M2はノイズキャンセルアンプA^v,cの利得を 変化させるため適宜調整した。R^f1 と R^f2 はメインアンプ段の特性の変化を防ぐため R^f1+R^f2 = 370Ω一定となるように設定した。V^B2およびV^B3は各 R^f1および R^f2に対し て、M²とM³が飽和領域で動作するよう設定した。従来のフィードフォワード型ノイズ キャンセルLNAと異なる点はM²のゲートへの入力信号である。従来回路では図3-24

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のノードxが入力されていたが、本回路は信号抑制部Rf1とRf2の間のノードaから入 力される。

図3-24 シミュレーション回路

信号抑制部の検証を行った。Rf1+Rf2 = 370Ω一定の条件で、Rf2を0Ωから50Ωを変 化させたときのノード aの小信号成分をシミュレーションした。入力 vsは小信号電圧

振幅23ｍV、周波数が849MHzとした。図3-25にシミュレーション結果を示す。この

結果よりRf2が大きくなるにつれてvaが小さくなっていくことがわかる。

図3-25 vaのトランジェント波形

ノイズキャンセルの検証を行った。Av,cとRf2を変化させたときのNFをシミュレー

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ションした。シミュレーション結果を図3-26(a)に示す。NFは周波数が1GHzのとき の値である。Rf2が小さいほど NFが小さい（雑音性能が改善されている）ことがわか る。また図3-26(b)は、各 Rf2におけるノイズキャンセル点でのNF(周波数 1GHz)とそ の時の消費電力を表す。Rf2を小さくすればNFが小さく（雑音性能が良く）なり、Rf2

を大きくすれば消費電力が小さくなることがわかる。

(a) Av,cに対するNFの変化 (b)Rf2に対する消費電力とNFの関係 図3-26 シミュレーション結果

次に歪みキャンセルの検証を行った。Rf1=350Ω, Rf2=20ΩとしてAv,cを変化させたと きのIIP3 の変化をシミュレーションした。79MHzと81MHzの2 トーン信号を入力 とし、79MHzを基本波、77MHzを3次相互変調歪みとした。

シミュレーション結果を図3-27 に示す。今回の結果では歪みキャンセル条件が式(3-56)とほぼ一致した。

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図3-27 Av,cに対するIIP3の変化

設計の一例として、Rf1 = 350Ω, Rf 2= 20Ωとした場合のSパラメータS11, S21およ びNFをシミュレーションした。基本的なパラメータは前述のとおりである。Av,cにつ いてはノイズキャンセル条件Av,c = 4.83と歪みキャンセル条件Av,c = 6、その中間値Av,c

= 5.42の三種類を設定した。SパラメータおよびNFの周波数特性のシミュレーション

結果を図3-28(a)に示す。次に各Av,cにおける1GHz時のNF、IIP3、消費電力のシミ ュレーション結果図3-28(b)を示す。IIP3については79MHzと81MHzの2トーン信 号を入力とし、79MHzを基本波、77MHzを3次相互変調歪みとした。図3-28(a)より 各Av,cによるS パラメータの違いはほぼないことがわかった。IIP3 についてもほぼ同 じことが言える。しかし消費電力では差が出ており、Av,cが4.83と6の場合を比較する と1.64mW差が出た（Av,c = 4.83を基準とするとAv,c = 6のとき消費電力は19%増加し た）。今回のシミュレーション結果では Av,cはノイズキャンセル条件を満たすとき、消 費電力の点で良いという結果が得られた。

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(a)S11, NF S21の周波数特性

(b)各Av,cに対するNF, IIP3, 消費電力の変化 図3-28 シミュレーション結果