CMOS Cascode Low Noise Amplifier (CCLNA) Design for Nanosensor Applications

Abstract

Запропоновано схему підсилювача з низьким рівнем шуму Cascode Low Noise Amplifier (CCLNA) із використанням стандартної технології CMOS 0,18 мкм міліметрової хвилі (ммВт). Пропонована схема CMOS CCLNA досягла максимального підсилення перетворення 17,4 дБ, NF в дБ і потужності 22,3 мВт в діапазоні mmW Ka. Вхідні та вихідні коефіцієнти відбиття добре узгоджені з менш ніж – 10 дБ на частоті діапазону Ka з гарним коефіцієнтом стоячої хвилі за напругою (VSWR). Коефіцієнт зворотної передачі S12 менше – 12 дБ, що вказує на те, що підсилювач LNA має покращену ізоляцію між входом і виходом, коефіцієнт стабільності більше одиниці для реалізації підсилювача. Конструкція CCLNA на основі SoC для дослідження рівня схеми з аналітичними рівняннями також довела, що результати моделювання схожі зі схемою, придатною для додатків наноелектроніки з вихідною потужністю 2 дБм, частотою переходу (fT) 64 ГГц і максимальною робочою частотою (fmax) 96 ГГц, що свідчить про ефективність запропонованого методу, придатного для наносенсорних додатків. Обґрунтування ефективності моделювання RADAR (Radio Detection and Ranging) підтверджує, що приймач, розроблений із запропонованим підсилювачем LNA, підходить для конструкції приймача на високих mmW частотах.

A design of Cascode Low Noise Amplifier (CCLNA) circuit is proposed using standard 0.18 µm millimeter wave (mmW) CMOS technology. The proposed CMOS CCLNA circuit has achieved a maximum conversion gain of 17.4 dB, NF of dB and a power of 22.3 mW at mmW Ka band. The input and output reflection coefficients are well matched with less than – 10 dB at the Ka band frequency with good Voltage Standing Wave Ratio (VSWR). The reverse transmission coefficient S12 is less than – 12 dB, indicating that the LNA has improved isolation between input and output, the stability factor is greater than one for the amplifier realization. The SoC-based CCLNA design for circuit level examination with analytical equations also proved that the simulation outcomes were prone to the design suitable for nanoelectronic applications for an output power of 2 dBm, transition frequency (fT) of 64 GHz and maximum operation frequency (fmax) of 96 GHz, which significantly shows the efficiency of the proposed method suitable for nanosensor applications. The justification of Radio Detection and Ranging (RADAR) front end simulation performance validates that the receiver designed with proposed LNA is suitable for the receiver design at high mmW frequencies.