Analisi e progetto di un cascode Low Noise Amplifier ad 1GHz

Il problema affrontato nell’elaborato è l’analisi e il progetto di un LNA a RF in tecnologia CMOS, utilizzato in applicazioni DECT, PCS e GPS. Le specifiche a cui tale circuito deve soddisfare sono:
- frequenza di lavoro pari ad 1GHz;
- figura di rumore non superiore a 2dB;
- potenza dissipata non maggiore di 15mW;
- adattamento ingresso e uscita a 50Ω
- input return loss(S11) dell’ordine di -8dB;
- output return loss(S22) dell’ordine di -15dB;
- guadagno di tensione dell’ordine di 20dB
- reverse isolation(S12) dell’ordine di -45dB

I parametri tecnologici ai quali si fa riferimento per il dimensionamento del circuito sono quelli relativi alla tecnologia N5BO MOSIS 0.5 e la tensione di alimentazione è di 1V.

Come visto dai calcoli e dalle simulazioni eseguite, le specifiche imposte sono state rispettate.

Il primo capitolo della trattazione è stato dedicato allo studio dell’LNA all’interno di un sistema di ricetrasmissione, e allo studio della teoria del rumore nei circuiti elettronici, richiamando anche concetti fondamentali sul dispositivo MOS.
Il secondo capitolo è interamente dedicato allo studio delle componenti di rumore di un dispositivo MOS, e al calcolo della figura di rumore complessiva di tale dispositivo.
Il terzo capitolo si occupa di una descrizione più dettagliata di un LNA e dei parametri che lo caratterizzano, ed illustra metodologie di progettazione a RF.
Si passa quindi all’analisi e al dimensionamento del circuito finale: a tal proposito il contributo personale apportato è stato quello di ricavare delle relazioni analitiche che permettano di dimensionare i componenti del circuito, nonché simulazioni che ne verifichino l’attendibilità con i software PSPICE e APLAC RF 8.0 Student Version.
E’ stata rigorosamente ricavata nell’elaborato la relazione che permette di trovare la W_opt dei dispositivi MOS (ovvero la larghezza di gate ottimizzata tenendo conto della figura di rumore e della potenza dissipata dal dispositivo) ed è stata mostrata la convenienza della configurazione cascode a degenerazione di source induttiva: si riesce quindi ad avere contemporaneamente una ridotta figura di rumore, una ridotta potenza dissipata e un guadagno di tensione relativamente elevato. Inoltre lo stadio cascode favorisce un ottimo isolamento tra ingresso e uscita grazie all’eliminazione della capacità "a ponte" di Miller. Sono stati di ausilio per la realizzazione della trattazione diversi articoli inglesi (citati nella bibliografia dell’elaborato) e tutorial per l’utilizzo di APLAC.