Vad är brustalet för en MOS-baserad RF-krets?

Brustalet för en MOS (Metal-Oxide-Semiconductor)-baserad RF-krets (Radio Frequency) är en kritisk parameter som kvantifierar försämringen av signal-till-brus-förhållandet (SNR) när signalen passerar genom kretsen. I den här bloggen ska jag fördjupa mig i vad brussiffran är, varför den spelar roll i MOS-baserade RF-kretsar och hur våra MOS-erbjudanden kan bidra till bättre prestanda i detta avseende.

Förstå brusfiguren

Brustalet (NF) för en krets definieras som förhållandet mellan ingångs-SNR och utgångs-SNR. Matematiskt kan det uttryckas som:

[ NF = \frac{SNR_{in}}{SNR_{out}} ]

Normalt uttrycks brustalet i decibel (dB) med formeln (NF_{dB}= 10\log_{10}(NF)). Ett lägre brustal indikerar att kretsen lägger till mindre brus till insignalen, vilket är mycket önskvärt i RF-tillämpningar.

I en MOS-baserad RF-krets kan brus härröra från flera källor. En av de primära källorna är termiskt brus, även känt som Johnson-Nyquist-ljud. Detta brus genereras på grund av den slumpmässiga rörelsen av laddningsbärare (elektroner eller hål) i de ledande materialen i MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). Effektspektraltätheten för termiskt brus ges av ( S_{v}=4kTR ), där (k) är Boltzmanns konstant (( 1.38\times10^{-23}\ J/K )), (T) är den absoluta temperaturen i Kelvin, och (R) är resistansen.

En annan betydande källa till brus i MOSFET:er är flimmerbrus, även kallat 1/f-brus. Flimmerbrus har en effektspektral densitet som är omvänt proportionell mot frekvensen ((S_{v}\propto\frac{1}{f})). Det orsakas av infångning och avfångning av laddningsbärare vid halvledaroxidgränssnittet i MOSFET.

Vikten av brussiffror i MOS - Based RF Circuits

I RF-tillämpningar som trådlösa kommunikationssystem, radarsystem och satellitkommunikation är ett lågt brustal avgörande av flera skäl.

Signaldetektering

I en mottagare är förmågan att upptäcka svaga signaler direkt relaterad till brussiffran för front-end-kretsen. En lägre brussiffra gör att mottagaren kan upptäcka svagare signaler ovanför brusgolvet. Till exempel, i en mobiltelefonmottagare kan en frontförstärkare med lågt brus förbättra mottagarens känslighet, vilket gör att den kan ta emot signaler från ett större avstånd eller i en mer bullrig miljö.

Signalkvalitet

Ett lågt brustal hjälper till att bibehålla kvaliteten på den mottagna signalen. När bruset som tillförs av kretsen är minimalt bevaras de ursprungliga signalegenskaperna bättre. Detta är särskilt viktigt i applikationer där signalen innehåller komplexa moduleringsscheman, såsom i trådlösa 5G-kommunikationssystem.

Systemprestanda

Brustalet för enskilda komponenter i ett RF-system kan ha en kumulativ effekt på systemets totala prestanda. I en kaskad av RF-komponenter (t.ex. förstärkare, mixers) bestäms det totala brustalet för systemet av brussiffrorna och förstärkningarna för varje komponent. Enligt Friis formel ges den totala brussiffran (F_{total}) för en kaskad av (n) komponenter av:

[ F_{total}=F_1+\frac{F_2 - 1}{G_1}+\frac{F_3 - 1}{G_1G_2}+\cdots+\frac{F_n - 1}{G_1G_2\cdots G_{n - 1}} ]

där (F_i) är brustalet för (i)-te komponenten och (G_i) är förstärkningen för (i)-te komponenten. Denna formel visar att bullertalet för den första komponenten i kaskaden har den mest betydande inverkan på den totala bullersiffran.

Våra MOS-erbjudanden och bullerfigurer

Som MOS-leverantör förstår vi vikten av låg ljudnivå i RF-applikationer. Våra MOSFETs är designade med avancerad teknik för att minimera bullerbidragen.

Avancerad processteknik

Vi använder toppmoderna halvledartillverkningsprocesser för att optimera den fysiska strukturen hos MOSFET:erna. Till exempel, genom att minska tjockleken på oxidskiktet och förbättra gränssnittskvaliteten mellan halvledaren och oxiden, kan vi minska flimmerbruset. De avancerade processerna hjälper också till att minska motståndet i de ledande kanalerna, vilket i sin tur minskar det termiska bruset.

Designoptimering

Vårt designteam fokuserar på att optimera layouten och förspänningen av MOSFET:erna för att uppnå ett lågt brustal. Genom att noggrant välja enhetens dimensioner och driftsförhållanden kan vi minimera bruskällorna samtidigt som den önskade förstärkningen och andra prestandaparametrar bibehålls.

Materialval

Vi använder högkvalitativa halvledarmaterial i våra MOSFETs. Materialens renhet och kristallstruktur kan ha en betydande inverkan på brusprestandan. Genom att använda material med hög renhet kan vi minska antalet defekter och föroreningar som kan bidra till bullergenerering.

Relaterade produkter för hälsotillämpningar

Utöver våra MOS-erbjudanden för RF-kretsar, har vi även en rad produkter för hälsotillämpningar. Du kan utforskaIcke aktiv ätlig jäst,Jästcellvägg, ochJästpolysackaridpå vår hemsida.

Kontakta oss för upphandling

Om du är intresserad av våra MOS-produkter för dina RF-kretsdesigner eller har några frågor angående brussiffran och dess konsekvenser, uppmuntrar vi dig att kontakta oss för upphandlingsdiskussioner. Vårt team av experter är redo att hjälpa dig att välja rätt MOSFET för dina specifika applikationer och att tillhandahålla teknisk support.

Referenser

1. Razavi, B. "RF Microelectronics". Prentice Hall, 1998.
2. Sedra, AS, & Smith, KC "Microelectronic Circuits". Oxford University Press, 2010.
3. Pozar, DM "Mikrovågsteknik". Wiley, 2011.