Signal-Suppression Feed Forwardを用いた広帯域LNAの低消費電力 ノイズキャンセル技術

Gunma-univ. Kobayashi Lab

Signal-Suppression Feed Forward

（信号抑制フィードフォワード）

を用いた広帯域LNAの低消費電力

ノイズキャンセル技術

興 大樹, ○河内 智, 李 从兵, 神山 雅貴, 高橋 伸夫(群馬大学) 馬場 清一(豊橋技術科学大学), 壇 徹 (オン・セミコンダクター) 小林 春夫 (群馬大学) 平成27年度 電子回路研究会 高知市文化プラザかるぽーと

アウトライン

2

・

研究背景と目的

・信号抑制フィードフォワードノイズキャンセル技術

－概要

－雑音解析

－歪み解析

－信号抑制技術

・シミュレーション

－動作確認

－設計例

・まとめと今後の課題

アウトライン

3

・

研究背景と目的

・信号抑制フィードフォワードノイズキャンセル技術

－概要

－雑音解析

－歪み解析

－信号抑制技術

・シミュレーション

－動作確認

－設計例

・まとめと今後の課題

研究背景と目的

4

受信側

低雑音増幅器:Low Noise Amplifier(LNA)

・・・後段で処理できるレベルまで、雑音・歪みを付加することなく信号を増幅する 送信側 電力増幅器:Power Amplifier(PA) ・・・できるだけ大きな電力にして信号をアンテナから送信する IQ-Mixer BPF SW or DUP LNA PA A/D D/A PLL 無線トランシーバ回路 受信回路 送信回路

研究背景と目的

5

受信側

低雑音増幅器:Low Noise Amplifier(LNA)

_{→消費電力は小さいが常に動作（受信信号がいつ来るかわからため） →トランシーバ回路の}低消費電力化を目指す 送信側 電力増幅器:Power Amplifier(PA) →消費電力は大きいが送信時のみ動作 IQ-Mixer BPF SW or DUP LNA PA A/D D/A PLL 無線トランシーバ回路 受信回路 送信回路

従来のフィードフォワードノイズキャンセルLNAの概要

6 v_s Rs R_f M_i x + v_o y -A_v,c i_n,Mi : 雑音電圧 : 小信号電圧 キャパシタやインダクタを使わない構成 M_iのチャネル雑音電流i_n,Mi（支配的な雑音）をキャンセル 広帯域で低雑音なLNA！

従来回路のフィードフォワードノイズキャンセル原理

7 v_s Rs R_f M_i x + v_o y -A_v,c i_n,Mi : 雑音電圧 : 小信号電圧 M_iのチャネル熱雑音電流i_n,Mi（支配的な雑音源）をノードxに帰還 ノイズキャンセルアンプA_v,cで反転増幅 ノードyの雑音と加算してノイズをキャンセル （同様の原理でM_iで発生する歪みもキャンセル可能）

従来回路の課題と提案回路

8 v_s Rs R_f M_i x + v_o y -A_v,c i_n,Mi : 雑音電圧 : 小信号電圧 ノイズキャンセルアンプA_v,cにより新たに電力を付加 ノイズキャンセルアンプA_v,cの消費電力を抑える手法の提案 『信号抑制フィードフォワードノイズキャンセルLNA』 従来回路の課題：消費電力が大きくなりやすい

アウトライン

9

・

研究背景と目的

・信号抑制フィードフォワードノイズキャンセル技術

－概要

－雑音解析

－歪み解析

－信号抑制技術

・シミュレーション

－動作確認

－設計例

・まとめと今後の課題

信号抑制フィードフォワードノイズキャンセルLNAの概要

10 v_s R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_A -A_v,c + vout v_y メインアンプ ノイズ帰還 ＋ Signal-Suppression ノイズキャンセルアンプ 消費電力を抑えつつ、低雑音化を目指す R_f2によるA_v,cの小信号入力v_aの抑制 A_v,cで発生する消費電力を抑える A_v,cによるノイズキャンセル

アウトライン

11

・

研究背景と目的

・信号抑制フィードフォワードノイズキャンセル技術

－概要

－雑音解析

－歪み解析

－信号抑制技術

・シミュレーション

－動作確認

－設計例

・まとめと今後の課題

雑音解析（M

_i

について）

12 v_out v_y v_s= 0 R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_a + i_n,Mi -A_v,c 𝑣_{𝑛,𝑎,𝑀𝑖} = 𝑅_𝑆 + 𝑅_𝑓2 𝑖_{𝑛,𝑀𝑖} 𝑣_{𝑛,𝑦,𝑀𝑖} = 𝑅_𝑆 + 𝑅_𝑓1 + 𝑅_𝑓2 𝑖_{𝑛,𝑀𝑖} 𝑣_{𝑛,𝑜𝑢𝑡,𝑀𝑖} = 𝑣_{𝑛,𝑦,𝑀𝑖} + −𝐴_𝑣,𝑐 𝑣_{𝑛,𝑎,𝑀𝑖} M_iのノイズ電流i_n,Miのみを入力として各ノードの雑音電圧を計算 𝑣_{𝑛,𝑜𝑢𝑡,𝑀𝑖} = 𝑅_𝑆 + 𝑅_𝑓1 + 𝑅_𝑓2 − 𝐴_𝑣,𝑐 𝑅_𝑆 + 𝑅_𝑓2 𝑖_{𝑛,𝑀𝑖}

雑音解析（M

_i

について）

13

𝑣_{𝑛,𝑜𝑢𝑡,𝑀𝑖} = 𝑅_𝑆 + 𝑅_𝑓1 + 𝑅_𝑓2 − 𝐴_𝑣,𝑐 𝑅_𝑆 + 𝑅_𝑓2 𝑖_{𝑛,𝑀𝑖} = 0 とするA_v,cをA_v,c,Mi

𝐴_{𝑣,𝑐,𝑀𝑖} = 𝑅𝑆+𝑅_𝑅 𝑓1+𝑅𝑓2 𝑆+𝑅𝑓2 = 1 + 𝑅_𝑓1 𝑅_𝑆+𝑅_𝑓2 ・・・Miのノイズキャンセリング条件 v_out v_y v_s= 0 R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_a + i_n,Mi -A_v,c

雑音解析(R

_f1

について)

14 i_n,Rf1 v_out v_y v_s= 0 R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_a + -A_v,c 𝑣_{𝑛,𝑎,𝑅𝑓1} = 0 ・・・R_f2やR_Sに電流が流れないため 𝑣_{𝑛,𝑦,𝑅𝑓1} = 𝑅_𝑓1𝑖_{𝑛,𝑅𝑓1} 𝑣_{𝑛,𝑜𝑢𝑡,𝑅𝑓1} = 𝑣_{𝑛,𝑦,𝑅𝑓1} + −𝐴_𝑣,𝑐 𝑣_{𝑛,𝑎,𝑅𝑓1} R_f1のノイズ電流i_n,Rf1のみを入力として各ノードの雑音電圧を計算 𝑣_{𝑛,𝑜𝑢𝑡,𝑅𝑓1} = 𝑅_𝑓1𝑖_{𝑛,𝑅𝑓1} ・・・R_f1のノイズは1倍で出力

雑音解析(R

_f2

について)

15 i_n,Rf2 v_out v_y v_s= 0 R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_a + -A_v,c 𝑣_{𝑛,𝑎,𝑅𝑓2} = 𝑅_𝑓2𝑖_{𝑛,𝑅𝑓2} + 𝑣_𝑥 = 𝑅_𝑓2𝑖_{𝑛,𝑅𝑓2} ・・・R_Sに電流が流れないため 𝑣_{𝑛,𝑦,𝑅𝑓2} = 𝑣_{𝑛,𝑎,𝑅𝑓2} = 𝑅_𝑓2𝑖_{𝑛,𝑅𝑓2} ・・・R_f1に電流が流れないため 𝑣_{𝑛,𝑜𝑢𝑡,𝑅𝑓2} = 𝑣_{𝑛,𝑦,𝑅𝑓2} + −𝐴_𝑣,𝑐 𝑣_{𝑛,𝑎,𝑅𝑓2} R_f2のノイズ電流i_n,Rf2のみを入力として各ノードの雑音電圧を計算 𝑣_{𝑛,𝑜𝑢𝑡,𝑅𝑓2} = (1 − 𝐴_𝑣,𝑐)𝑅_𝑓2𝑖_{𝑛,𝑅𝑓2}

雑音解析(R

_f2

について)

16 𝑣_{𝑛,𝑜𝑢𝑡,𝑅𝑓2} = (1 − 𝐴_𝑣,𝑐)𝑅_𝑓2𝑖_{𝑛,𝑅𝑓2} = 0 とするA_v,cをA_v,c,Rf2 𝐴_{𝑣,𝑐,𝑅𝑓2} = 1 ・・・R_f2のノイズキャンセリング条件 i_n,Rf2 v_out v_y v_s= 0 R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_a + -A_v,c

雑音解析まとめ

17 i_n,Rf2 v_out v_y v_s= 0 R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_a + -A_v,c i_n,Rf1 i_n,Mi 𝑣_{𝑛,𝑜𝑢𝑡} 2 = 4𝑘𝑇𝐵 𝑅_𝑆 + 𝑅_𝑓1 + 𝑅_𝑓2 − 𝐴_𝑣,𝑐 𝑅_𝑆 + 𝑅_𝑓2 2𝛾𝑔_𝑀𝑖 + 𝑅_𝑓1 + 1 − 𝐴_𝑣,𝑐 2𝑅_𝑓2

入力としてi_n,Miとi_n,Rf1とi_n,Rf2を考えた場合

𝐴_{𝑣,𝑐,𝑎𝑙𝑙} = 𝑅𝑆+𝑅𝑓1+𝑅𝑓2 𝑅𝑆+𝑅𝑓2 𝛾𝑔𝑀𝑖+𝑅𝑓2

𝑅_𝑆+𝑅_𝑓2 2𝛾𝑔_𝑀𝑖+𝑅_𝑓2 で 𝑣𝑛,𝑜𝑢𝑡 2

が最少 （トータルのノイズキャンセル条件）

ノイズキャンセル段を含めた雑音解析

18 v_s R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_a + v_out v_y v_s R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_a v_y v_out M₃ M₂ -A_v,c 𝐴_𝑣,𝑐 = 𝑔𝑀2 𝑔_𝑀3 𝐹 = 1 + 𝐹_𝑀𝑖 + 𝐹_𝑅𝑓1 + 𝐹_𝑅𝑓2 + 𝐹_{(𝑔𝑀2+𝑔𝑀3)} 𝐹_𝑀𝑖 = 𝑅𝑆+𝑅𝑓1+𝑅𝑓2−𝐴𝑣,𝑐 𝑅𝑆+𝑅𝑓2 𝐴_{𝑣,𝑐𝑜𝑟𝑒} 2 𝛾𝑔_𝑀𝑖 𝑅_𝑆 𝐹_𝑅𝑓1 = 1+𝑔𝑀𝑖𝑅𝑆 𝐴_{𝑣,𝑐𝑜𝑟𝑒} 2 𝑅_𝑓1 𝑅_𝑆 𝐹_𝑅𝑓2 = (1+𝑔𝑀𝑖𝑅𝑆) 1−𝐴𝑣,𝑐 𝐴_{𝑣,𝑐𝑜𝑟𝑒} 2 𝑅_𝑓2 𝑅_𝑆 𝐹(𝑔𝑀2+𝑔𝑀3) = 1+𝑔_𝑀𝑖𝑅_𝑆 𝑔_𝑀3𝐴_{𝑣,𝑐𝑜𝑟𝑒} 2 𝛾 𝑔_𝑀2+𝑔_𝑀3 𝑅_𝑆 ※𝐴_𝑣,𝑐 = 𝑔𝑀2 𝑔_𝑀3 𝐴_{𝑣,𝑐𝑜𝑟𝑒} = 𝑣𝑦 𝑣_𝑥 = 1 − 𝑅𝑓1 + 𝑅𝑓2 𝑔𝑚𝑖

雑音指数FのExcel計算

19 v_s R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_a v_y v_out M₃ M₂ 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 2 4 6 8 10 F A_v,c R_f1=350Ω, R_f2=20Ω, g_Mi=20mS, R_S=50Ω, g_M2=9.6mS, g_M3を変動でA_v,c=g_M2/g_M3を変化 F_Mi F_Rf1 F_Rf2 F_(gM2+gM3) F_total 𝐹 = 1 + 𝐹_𝑀𝑖 + 𝐹_𝑅𝑓1 + 𝐹_𝑅𝑓2 + 𝐹_{(𝑔𝑀2+𝑔𝑀3)}

アウトライン

20

・

研究背景と目的

・信号抑制フィードフォワードノイズキャンセル技術

－概要

－雑音解析

－歪み解析

－信号抑制技術

・シミュレーション

－動作確認

－設計例

・まとめと今後の課題

歪み解析

21 v_out v_y v_s= 0 R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_a + i_NL -A_v,c 𝑣_{𝑁𝐿,𝑎} = 𝑅_𝑆 + 𝑅_𝑓2 𝑖_𝑁𝐿 𝑣_{𝑁𝐿,𝑦} = 𝑅_𝑆 + 𝑅_𝑓1 + 𝑅_𝑓2 𝑖_𝑁𝐿 𝑣_{𝑁𝐿,𝑜𝑢𝑡} = 𝑣_{𝑁𝐿,𝑦} + −𝐴_𝑣,𝑐 𝑣_{𝑁𝐿,𝑎} M_iの非線形電流i_NLのみを入力として各ノードの電圧を計算 ※𝑖_𝐷𝑆 = 𝑔_𝑀𝑖𝑣_𝑋 + 𝛼₁𝑣_𝑥2 + 𝛼₂𝑣_𝑥3 + ・・・ = 𝑔_𝑀𝑖𝑣_𝑥 + 𝐼_𝑁𝐿 𝑣_{𝑁𝐿,𝑜𝑢𝑡} = 𝑅_𝑆 + 𝑅_𝑓1 + 𝑅_𝑓2 − 𝐴_𝑣,𝑐 𝑅_𝑆 + 𝑅_𝑓2 𝑖_𝑁𝐿

歪み解析

22 𝑣_{𝑁𝐿,𝑜𝑢𝑡} = 𝑅_𝑆 + 𝑅_𝑓1 + 𝑅_𝑓2 − 𝐴_𝑣,𝑐 𝑅_𝑆 + 𝑅_𝑓2 𝑖_{𝑁𝐿,𝑀𝑖} = 0 とするA_v,cをA_v,c,NL 𝐴_{𝑣,𝑐,𝑁𝐿} = 𝑅𝑆+𝑅_𝑅 𝑓1+𝑅𝑓2 𝑆+𝑅𝑓2 = 1 + 𝑅_𝑓1 𝑅_𝑆+𝑅_𝑓2 ・・・Miの歪みキャンセル条件 v_out v_y v_s= 0 R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_a + i_NL -A_v,c

アウトライン

23

・

研究背景と目的

・信号抑制フィードフォワードノイズキャンセル技術

－概要

－雑音解析

－歪み解析

－信号抑制技術

・シミュレーション

－動作確認

－設計例

・まとめと今後の課題

信号抑制技術の概要

24 v_out v_y R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_a + -A_v,c 抵抗R_f2によってノイズキャンセルアンプA_v,cへの小信号入力v_aを抑える ノイズキャンセルアンプA_v,cの消費電力を低減 （雑音性能と消費電力間で自由度を持つ）

Signal-Suppression技術

25 v_out v_y R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_a + -A_{v,c v} y v_a v_out M₃ M₂ ↓ g_m=一定のとき、 V_GS-V_TH→小でI_D→小 𝑔_𝑚 = 2𝐼𝐷 𝑉_𝐺𝑆 − 𝑉_𝑇𝐻 信号抑制によりv_aへ入力される小信号を抑制 ↓ M2による非線形成分の考慮が減る ↓ V_GS,M2を下げることができる （※キャンセル段の消費電力はM2のIDに依存） 信号抑制技術によりノイズキャンセルアンプA_v,cの消費電力を抑制

信号抑制技術

26 v_out v_y R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_a + -A_{v,c v} y v_a v_out M₃ M₂ 𝑣_𝑎 = 1 − 𝑅_𝑓2𝑔_𝑀𝑖 𝑣_𝑥 0 < 𝑅_𝑓2𝑔_𝑀𝑖 < 2 で 𝑣_𝑎 < 𝑣_𝑥 となる (※ノードaの小信号と雑音の関係により実際に使えるのは0 < 𝑅_𝑓2𝑔_𝑀𝑖 ≤ 1 ) （ 1< 𝑅_𝑓2𝑔_𝑀𝑖 < 2の範囲ではv_aがv_xと逆位相になる ）

雑音と歪みと消費電力（ここまでのまとめ）

27 v_s R_s R_f1 M_i v_x R_f2 v_A -A_v,c + vout v_y Rf2 大 小 ノイズ性能 電力 線形性 ※R_f1 + R_f2 = 一定とする

アウトライン

28

・

研究背景と目的

・信号抑制フィードフォワードノイズキャンセル技術

－概要

－雑音解析

－歪み解析

－信号抑制技術

・シミュレーション

－動作確認

－設計例

・まとめと今後の課題

ノイズキャンセルのシミュレーション

29 R_s

v

_S R_f1 C1 _y C3 V_DD1 R_B3 V_B3 V_DD2 M_ia M₂ M₃ M_ib V_B1 R_B1 x C_S R_{f2 a} C₂ R_B2 V_B2 v_o C_L i メインアンプ ノイズキャンセル段 ・R_f2, A_v,c=g_M2/g_M3を変化させたときの ノイズキャンセル効果(NF) 歪みキャンセル効果(IIP3) の確認 ・各R_f2のノイズキャンセル点におけるNFと消費電力の比較

ノイズキャンセルのシミュレーション

30 R_s

v

_S R_f1 C1 _y C3 V_DD1 R_B3 V_B3 V_DD2 M_ia M₂ M₃ M_ib V_B1 R_B1 x C_S R_{f2 a} C₂ R_B2 V_B2 v_o C_L i メインアンプ ノイズキャンセル段 M_ia=M_ib=W/L=47um/130nm R_f1+R_f2=370ΩでR_f2を変化 V_DD1=1.2V, V_B1=550mV R_B1=50kΩ C_s=C₁=1nF M₃=W/L=25um/130nm M₂=W/L= 変化, i=調整 V_DD2=1.2V, V_B3=1V, V_B2=調整, R_B2=R_B3=50kΩ C2=C3=1[nF] tsmc 90nm CMOSプロセスを使用

シミュレーション結果(1/3)

31 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 NF[ dB] Av,c Av,c vs NF @1GHz Rf2=0Ω Rf2=10Ω Rf2=20Ω Rf2=30Ω Rf2=40Ω Rf2=50Ω ・A_v,cによるノイズキャンセル効果 ・R_f2によるノイズキャンセル点の変化 ・R_f2によるNFの変化

シミュレーション結果(2/3)

32 0 1 2 3 4 5 6 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 10 20 30 40 50 NF[d B] Po w er [mW] Rf2[Ω] Av,c vs 消費電力、NF Power NF R_f2によるNFと消費電力間のトレードオフの関係 ※A_v,cは各R_f2のノイズキャンセル条件を満たしたときの値 𝐴_{𝑣,𝑐,𝑎𝑙𝑙} = 𝑅𝑆+𝑅𝑓1+𝑅𝑓2 𝑅𝑆+𝑅𝑓2 𝛾𝑔𝑀𝑖+𝑅𝑓2 𝑅_𝑆+𝑅_𝑓2 2𝛾𝑔_𝑀𝑖+𝑅_𝑓2

シミュレーション結果(3/3)

33 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 0 2 4 6 8 10 II P3 [dBm] Av,c Av,c vs IIP3[dBm] A_v,cによる歪みキャンセルを確認(キャンセル条件A_v,c=6) （※IIP3は849MHzと851MHzを入力したときの基本波:849MHzとIM3:847MHz）

アウトライン

34

・

研究背景と目的

・信号抑制フィードフォワードノイズキャンセル技術

－概要

－雑音解析

－歪み解析

－信号抑制技術

・シミュレーション

－動作確認

－設計例

・まとめと今後の課題

R

_f2

=20Ωのときの周波数特性（設計の一例として）

35 R_s

v

_S R_f1 C1 _y C3 V_DD1 R_B3 V_B3 V_DD2 M_ia M₂ M₃ M_ib V_B1 R_B1 x C_S R_{f2 a} C₂ R_B2 V_B2 v_o C_L i メインアンプ ノイズキャンセル段 M_ia=M_ib=W/L=47um/130nm R_f1=350Ω, R_f2=20Ω V_DD1=1.2V, V_B1=550mV R_B1=50kΩ C_s=C₁=1nF M3=W/L=25um/130nm M₂=W/L= 245um/130nm, 305um/130nm, 275um/130nm i=調整, V_DD2=1.2V, V_B3=1V, V_B2=調整, R_B2=R_B3=50kΩ, C₂=C₃=1[nF] M2は(ノイズキャンセル点, 歪みキャンセル点, その中間)で シミュレーション

シミュレーション結果（1/2）

36 -20 -15 -10 -5 0 0 2 4 S1 1[d B] frequency[GHz] frequency vs S11 0 1 2 3 4 5 0 2 4 NF[ dB] frequency frequency vs NF 0 5 10 15 20 0 2 4 S 21 [dB] frequency[GHz] frequency vs S21 A_v,c=6 (歪みキャンセル条件) A_v,c=5.42 (中間値) A_v,c=4.83 (ノイズキャンセル条件)

シミュレーション結果（2/2）

37 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.83 5.415 6 NF[d B] Av.c NF(1GHz) 8 8.2 8.4 8.6 8.8 9 9.2 9.4 9.6 9.8 10 4.83 5.415 6 消費電力 [mW ] Av.c 消費電力 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 4.83 5.415 6 II p3[dB m ] Av.c IIP3 A_v,cをノイズキャンセル条件に寄せる ⇒低NF、低消費電力実現 A_v,cを歪みキャンセル条件に寄せる ⇒IIP3の改善（小） ﾉｲｽﾞｷｬﾝｾﾙ 歪みｷｬﾝｾﾙ _{ﾉｲｽﾞｷｬﾝｾﾙ 歪みｷｬﾝｾﾙ} ﾉｲｽﾞｷｬﾝｾﾙ 歪みｷｬﾝｾﾙ

アウトライン

38

・

研究背景と目的

・信号抑制フィードフォワードノイズキャンセル技術

－概要

－雑音解析

－歪み解析

－信号抑制技術

・シミュレーション

－動作確認

－設計例

・まとめと今後の課題

まとめと今後の課題

39 まとめ ・広帯域向けLNAの低消費電力・低雑音化技術として信号抑制フィードフォワード ノイズキャンセル技術を提案した ・帰還抵抗R_f2を調整することにより、雑音性能‐消費電力間に自由度を与える ・ノイズキャンセル効果、低消費電力化、歪みキャンセル効果の確認した ・一設計例を挙げ、その周波数特性を示した 今後の課題 ・設計の最適化 ・帰還部の工夫

参考文献

40

[1] F. Bruccoleri, E. A. M. Klumperink, B. Nauta, “Wide-Band CMOS Low-Noise Amplifier Exploiting Thermal Noise Canceling,” IEEE Journal of Solid-State

Circuits, vol.39, no.2, pp.275-282 (Feb. 2004).

[2] C.-F. Li, S.-C. Chou, G.-H. Ke, P.-C. Huang,“ A Power-Efficient Noise Suppression Technique Using

Signal-Nulled Feedback for Low-Noise Wideband Amplifiers,” IEEE Trans on Circuits and Systems II:

Express Brief, vol.59, no.1, pp.1-5 (Jan. 2012).

[3] C.-F. Li, S.-C. Chou, P.-C. Huang, “A

Noise-Suppressed Amplifier with a Signal-Nulled Feedback for Wideband Applications”, IEEE Asian

付録 MOSの線形性と消費電力の関係

41

参考『Linearization Techniques for CMOS Low Noise Amplifiers: A Tutorial 』 I_D[A] g_m2 [A/V2_] g_m3 [A/V3_] g_m1 [A/V] V_GS[V] V_GS[V] V_GS[V] V_GS[V] 2次, 3次ともにV_GS→大で線形性が良くなる 微分 微分 微分

付録：シミュレーション補足

42 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 2 4 6 8 10 AC20dB(1GHz) AC20ｄB(1GHz) Miに雑音電流源のモデルとして、Miと並列に交流電流源をつけてAC解析したもの メインアンプ単体でのNF・・・1GHzで5.4~5.5dB

Q & A

43 Q. 従来回路との利得の性能差はどのようになっているか A. 従来回路はアンプ段+ノイズキャンセル段の二箇所で信号増幅を行っているのに対し、提案回路では信 号抑制技術によりノイズキャンセル段の増幅は行わず、アンプ段の増幅のみとなるため、利得は従来回 路のほうが高性能となる。 Q. 帰還抵抗Rｆ2のノイズが出力に出てしまうということは、これ以上この回路での工夫は難しい。何か考えが あるのかどうか A. 帰還抵抗とは別に信号抑制用のノードをキャパシタで作成するという方向を考え、実際にシミュレーショ ン等を行いました。結果は今回のスライドに示しませんでしたが、やはり従来回路よりノイズが増えてしま う結果となりましたが、似たような方向性で検討は可能だと思われる。 Q. メインアンプ段、ノイズキャンセル段での増幅優先と消費電力のトレードオフは考えているか A. メインアンプ段で優先的に増幅を行い、ノイズキャンセル段の増幅を抑えることで消費電力を抑える提案 です。なので、ノイズキャンセル段に多少の信号増幅を任せ、メインアンプの消費電力を抑える方向の検 討は行えておりません。 Q. メインアンプ段、ノイズキャンセル段での増幅優先と消費電力のトレードオフは考えているか A. メインアンプ段で優先的に増幅を行い、ノイズキャンセル段の増幅を抑えることで消費電力を抑える提案 です。なので、ノイズキャンセル段に多少の信号増幅を任せ、メインアンプの消費電力を抑える方向の検 討は行えておりません。