A 14.7mW Blocker-Tolerant Wideband Receiver Using a Transformer-Based N-Path Passive-LNA and a 2nd-Order TIA Achieving 110MHz RF-BW and 13dBm OB-IIP3

作者: Gengzhen Qi (中山大学), Pui-In Mak (澳门大学)

DOI: 10.1109/A-SSCC60305.2024.10849137

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核心参考量

维度	数值/信息
工艺节点	28nm CMOS
芯片面积	0.55 mm²
供电电压	1.1V
功耗	12.6 – 14.7 mW（GmB 静态 8.4mW + LO ~2.1mW/GHz）
RF 频率范围	2 – 3 GHz
RF 带宽	110 MHz（可调 61–110MHz）
电压增益	12.2 – 13.5 dB
DSB NF	3.4 – 3.8 dB
OB-IIP3	13 dBm (@Δf=5×BW)
OB-IIP2	57 dBm
B-1dB	-4.5 dBm
OB 抑制	34 dB @~2×BW 偏移
S11	< -10 dB
群延迟变化	< 6.5 ns
0dBm Blocker NF	8.6 dB (@Δf=4×BW)
HFRR3, HFRR5	>19 dB（谐波折叠抑制）
LO 相噪	-161.8 dBc/Hz @100MHz 偏移

架构创新点

1. Transformer-based N-Path Passive-LNA

• 升压变压器：阻抗比 ~7，耦合系数 k=0.88
• 提供无源电压增益（免外部 Balun）
• 单端 RF 输入

2. 电感吸收输入寄生电容

• L1 的感性可吸收 RF 输入端寄生电容
• 扩展 RF 覆盖范围

3. 二阶 TIA（复共轭极点）

• 自然频率 = (gmB/(RF·CB2·CB3))^0.5
• 宽通带 + 陡峭滤波特性

4. 小开关 SWB 替代串联电阻

• 提升变压器 N-path 环路的 Q 值

5. 变压器固有低通滤波

• 9GHz 处 25dB 衰减
• 有效抑制 3 次/5 次谐波折叠

与 SOTA 对比 (Fig.6)

指标	This Work	JSSC'15 [2]	ISSCC'15 [3]	ISSCC'21 [5]	JSSC'22 [4]	ASSCC'23 [6]
滤波器阶数	4	2	2	6	2	4
RF BW (MHz)	110	10	4	160	20	50
增益 (dB)	12.2–13.5	50	38	36	9.8	10.7–12.7
DSB NF (dB)	3.4–3.8	1.8–2.2	1.5–2.9	2.7–3.6	3.4–4.8	5.3–6.2
OB-IIP3 (dBm) @5×BW	13	5*	8*	13	23.5	18.2
功耗 (mW)	12.6–14.7	27–40	11	65.6–114.8	17.8–38.2	11.1–15.9

*Estimated from figure

核心优势

在保持可比 NF 和线性度的前提下，实现了 >10× 通带带宽扩展 和 >5dB OB-IIP3 提升。

论文原图

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