Analysis and performance improvement in high frequency wide-band LNAs

Analyse et amélioration des performances dans les LNA large bande haute fréquence

• Auteur / Autrice : Masoumeh Sabzi
• Direction : Tchanguiz Razban-Haghighi, Yann Mahé, Mahmoud Kamarei
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 31/08/2021
• Etablissement(s) : Nantes en cotutelle avec University of Teheran
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Nasser Masoumi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdolali Abdipour, Valérie Vigneras, Abdolreza Nabavi, Jean-Marie Paillot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdolali Abdipour, Valérie Vigneras

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de télécommunications à large bande

Amplificateurs haute fréquence

Amplificateurs faible bruit

Mots clés libres

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Résumé

Dans cette thèse, 3 approches différentes pour l’amélioration des performances des LNA large bande haute fréquence sont présentées. Dans la première section, une nouvelle méthode d’optimisation basée sur le calcul analytique pour les LNA à plusieurs étages est présentée. Cette approche optimise le gain et la NF en considérant simultanément l’effet du bruit de l’étage suivant. Les résultats de la simulation et du circuit fabriqué montrent qu’en utilisant cette méthode d’optimisation, la NF globale des LNA à plusieurs étages peut être réduite. Dans la deuxième approche, la technique d’amplification parallèle dans la conception LNA est étudiée pour obtenir les meilleures performances de cette topologie. En utilisant cette méthode, les performances du LNA peuvent s’améliorer pour obtenir un gain plus élevé, une meilleure adaptation d’impédance d’entrée, une meilleure linéarité et une meilleure robustesse sans dégradation de la NF. Dans la troisième section, une nouvelle topologie d’annulation de bruit dans les LNA à porte commune pour améliorer les performances de ces topologies est présentée. Pour l’étage de suppression de bruit, un étage de source commune à dégénérescence inductive est utilisé, ce qui peut conduire à une meilleure adaptation simultanée du bruit et de l’impédance. Les calculs des paramètres de bruit représentent la condition d’annulation de bruit requise. Les résultats obtenus montrent qu’en utilisant cette approche, une meilleure correspondance de NF, de gain et d’impédance d’entrée peut être obtenue.

In this thesis, 3 different approaches for performance improvement of high-frequency wide-band LNAs are presented. In the first section, a new optimization method based on analytical calculation for multi stage LNAs is presented. This approach optimizes gain and NF simultaneously considering the effect of following stage’s noise. The simulation and fabricated circuit results represents that by using this optimization method, overall NF of multi-stage LNAs can be reduced. In the second approach, parallel amplifier technique in LNA design is investigated to achieve the best performance of this topology. By using this method the performance of the LNA can improve to achieve higher gain, better input impedance matching, better linearity and robustness without degradation in NF. In the third section, a new noise cancellation topology in common-gate LNAs for improvement of this topologies’ performance is presented. For noise canceling stage, inductively degenerated common source stage is utilized which can leads to better simultaneously noise and impedance matching. The noise parameter calculations represents the required noise cancellation condition. The obtained results show that using this approach, better NF, gain and input impedance matching can be obtained.