一种带隙自偏置的宽高频低噪声放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种带隙自偏置的宽高频低噪声放大器，旨在解决现有技术低噪声放大器源简并结构的电流失配问题、以及避免直流偏置的不理想带来的影响。该带隙自偏置的宽高频低噪声放大器，包括低噪声放大电路和带隙基准电路，其中带隙基准电路的电流量受控于数控单元，带隙基准电路输出的电流经过镜像成倍放大作为低噪声放大电路的偏置电流；低噪声放大电路采用共源共栅结构，信号从In端口输入经片内电感L1接至晶体管Q8的基极，在In端口与电感L1之间的结点引出支路串联电容C4接地；信号在晶体管Q8经过电压‑电流反馈，在晶体管Q9的集电极输出端得到放大，并通过缓冲单元Buf输出，完成信号的低噪声放大功能。

Wide band low noise amplifier with band gap self bias

The invention discloses a high frequency low noise amplifier bias since the wide band gap, which aims at solving the existing technology of low noise amplifier and a current source in structure mismatch problem, and avoid the DC bias of the impact is not ideal. Wide frequency low noise amplifier of the bandgap bias, including low noise amplifier circuit and bandgap reference circuit, wherein the bandgap reference circuit, the amount of current is controlled by the control unit, the current output gap reference circuit after image multiplied the bias current as low noise amplifier; low noise amplifier circuit with common source the gate structure, the signal from the In input port base by on-chip inductor L1 is connected to the transistor Q8, between the In port and the inductance of the L1 node lead branches series capacitor C4 grounding; signal in transistor Q8 after voltage current feedback, amplified in the transistor collector output end of the Q9, and through Buf buffer unit complete output, low noise signal amplification function.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低噪声放大电路。
技术介绍
作为射频接收机的第一个电路模块，低噪声放大器(LNA，lownoiseamplifier)具有将有效信号(signal)放大，同时抑制噪声(noise)的功能，而带隙基准(Bandgap)电路则为低噪声放大器电路提供电压或电流偏置。整个电路的工作机制是，带隙基准电路产生一个与温度、工艺以及电源电压相关性小的基准电压/电流，并将该信号加入到低噪声放大器中；在带隙电压的偏置下，低噪声放大器的静态工作点得以确定，即确保了需要的输入匹配(S11，inputmatch)，信号增益(S21，powergain)和较小的噪声系数(NF，noisefigure)等指标，这时信号就可以以较小的损耗输入低噪声放大器，并通过该电路进行放大，同时在保证较小噪声的前提下，噪声信号的幅度得以有效的抑制。低噪声放大器是对天线接收到的射频信号进行合理幅值的放大，这就需要在宽带输入范围内实现输入阻抗的匹配，避免能量损耗以及对天线的反射干扰，实现较低的低噪声系数，提高接收机灵敏度；获得足够的增益和增益平坦度以减少后级电路的噪声影响以及非线性失真；并且应具有较低的功耗，避免过多的能量损耗，造成不必要的损失。带隙电路则是通过二极管电路产生与温度和工艺等相关性小的电压，将该电压进行输入，输入到低噪声放大器中。在设计该电路时的原则为：具有良好的抗外界性能(抗温度变化，抗工艺变化以及抗电源电压变化)并且应减小外电路对带隙电路的影响(如减小低噪声放大器对带隙电路的影响)。目前的大多数电路设计拟将带隙基准偏置做在片外，进行片外测试和片外偏置，或将带隙电路单独制作，将其产生的带隙电压信号输入到低噪声放大器中。现有技术一：浙江省嘉兴联星电子有限公司拥有的专利技术“一种宽电源电压工作的低噪声放大器偏置电路”(公布号CN103178788A，申请号201310036309.1，申请日2013.01.29)中公开了一种是用于宽电源电压工作的低噪声放大器偏置电路。如图1所示，该电路包括主偏置电路，偏置稳定反馈支路和一个偏置电流源电路。偏置稳定反馈电路的两个三极管为互补的两类管型，使偏置稳定反馈支路的直流压降接近于零。该电路的原理如下：通过偏置电流源产生电路产生偏置电流，输入到主偏置电路和偏置稳定反馈支路，然后通过偏置稳定反馈支路的反馈性能，稳定主偏置电路，将最终的偏置电压加入到主放大电路中。该电路主要存在以下缺点：1.反馈支路的电压压降为零虽可以实现地电压裕度，但由于该方案牺牲了三极管Q2、Q4的电压偏置，两管会进入线性区，难以实现良好的反馈作用。2.低噪声放大器的Q0晶体管采用的源简并结构，将电感Ls串联在源极，实现晶体管Q1和Q0的匹配。虽然在DC频率下，电感并不会引入偏差，但由于片内实现的电感都具有较高的电阻成分，因此Q0的直流环境与Q1并不相同。电感的寄生电阻会引入电流上的误差。3.偏置电路给出了参考电流Iref，但是并没有提出该电流的电路结构，也未给出其噪声，抗工艺参数等条件，因此电路并不完善。现有技术二：美国佐治亚学校的PrabirK.Saha等人提出一种Pi型匹配网络的高频低噪声放大器(会议名称：RWS页号：203-206年份：2012)。该电路的结构如图2所示，采用单级Cascode结构，提高输入和输出的隔绝，采用并联-并联反馈实现小信号的50欧姆阻抗，并采用输入Pi型网络实现了宽带匹配。该电路存在以下缺点：电路只有LNA组件，并无偏置部分，所以需要外部电路的调整来实现静态工作点。
技术实现思路
本专利技术公开了一种带隙自偏置的宽高频低噪声放大器，旨在解决现有技术低噪声放大器源简并结构的电流失配问题、以及避免直流偏置的不理想带来的影响。本专利技术的技术方案如下：一种带隙自偏置的宽高频低噪声放大器，包括低噪声放大电路和带隙基准电路，其中带隙基准电路的电流量受控于数控单元，带隙基准电路输出的电流经过镜像成倍放大作为低噪声放大电路的偏置电流；低噪声放大电路采用共源共栅结构，信号从In端口输入经片内电感L1接至晶体管Q8的基极，在In端口与电感L1之间的结点引出支路串联电容C4接地；信号在晶体管Q8经过电压-电流反馈，在晶体管Q9的集电极输出端得到放大，并通过缓冲单元Buf输出，完成信号的低噪声放大功能。在以上方案的基础上，本专利技术还进一步作了如下具体优化：所述电容C4由pad(接线垫板)的寄生电容提供。所述带隙基准电路包括启动电路部分、主体电路部分和电流输出电路部分；在主体电路部分中：晶体管Q6、Q7和R3组成PTAT电路结构，晶体管Q6的集电极经电阻R2、晶体管Q7的集电极经电阻R4共同接至晶体管Q4的发射极，使得流入晶体管Q6、Q7这两个支路的电流相等；晶体管Q5与晶体管Q4构成镜像结构，并在晶体管Q5发射极设置适配的电阻R5，使晶体管Q5发射极的电压与晶体管Q4的发射极的电压相同，使晶体管Q5所在支路提供精确稳定的电流IR5；电流输出电路部分采用MOS晶体管构建两级电流镜，所述晶体管Q5的集电极接第二级电流镜一侧的漏极，同时还接第一级电流镜的共栅结点，使得电流IR5在第二级电流镜另一侧的漏极输出一个镜像且与需要相比较小的电流Iref。(由于电流是成倍放大，但为了使参考电流的Iref值降低以优化功耗，故而在此处提出需要相比较小的电流。)所述启动电路部分中存在一正一负的两路反馈，其中正反馈实现电路向简并点的收敛，负反馈实现电路稳定，负反馈的环路增益大于正反馈的环路增益。在晶体管Q5发射极设置适配的电阻R5采用两种温度系数的电阻串联。数控单元的控制信号接至一组MOS晶体管M12、M14的栅极，M12、M14的漏极共接至所述第二级电流镜另一侧的漏极。数控单元的控制信号输出端D1、D2分别经两个smith触发器S1和S2连接MOS晶体管M12、M14的栅极。本专利技术通过联合设计的带隙基准电路将高性能电流输出，并采用数控单元对电流量进行进一步的控制，并将电流进行镜像，产生低噪声放大器的偏置电流，稳定电路性能。另外，低噪声放大器采用非源简并结构，在确保宽高频性能的同时，实现电流镜的性能进一步优化。具体有以下优点：1.采用未加源极电感的Q8，避免了额外引入的寄生电阻，避免造成噪声性能的恶化和偏置不匹配。2.电流偏置未引入额外线性区电路，避免直流偏置的不理想。3.该电流适用于超宽频带的低噪声放大器。附图说明图1为现有技术一的示意图。图2为现有技术二的示意图。...

【技术保护点】
一种带隙自偏置的宽高频低噪声放大器，其特征在于：包括低噪声放大电路和带隙基准电路，其中带隙基准电路的电流量受控于数控单元，带隙基准电路输出的电流经过镜像成倍放大作为低噪声放大电路的偏置电流；低噪声放大电路采用共源共栅结构，信号从In端口输入经片内电感L1接至晶体管Q8的基极，在In端口与电感L1之间的结点引出支路串联电容C4接地；信号在晶体管Q8经过电压‑电流反馈，在晶体管Q9的集电极输出端得到放大，并通过缓冲单元Buf输出，完成信号的低噪声放大功能。

【技术特征摘要】
1.一种带隙自偏置的宽高频低噪声放大器，其特征在于：包括低噪声放大电路和带
隙基准电路，其中带隙基准电路的电流量受控于数控单元，带隙基准电路输出的电流经过
镜像成倍放大作为低噪声放大电路的偏置电流；低噪声放大电路采用共源共栅结构，信号
从In端口输入经片内电感L1接至晶体管Q8的基极，在In端口与电感L1之间的结点引出支路
串联电容C4接地；信号在晶体管Q8经过电压-电流反馈，在晶体管Q9的集电极输出端得到
放大，并通过缓冲单元Buf输出，完成信号的低噪声放大功能。
2.根据权利要求1所述的带隙自偏置的宽高频低噪声放大器，其特征在于：所述电容
C4由pad(接线垫板)的寄生电容提供。
3.根据权利要求1所述的带隙自偏置的宽高频低噪声放大器，其特征在于：所述带隙
基准电路包括启动电路部分、主体电路部分和电流输出电路部分；
在主体电路部分中：晶体管Q6、Q7和R3组成PTAT电路结构，晶体管Q6的集电极经电
阻R2、晶体管Q7的集电极经电阻R4共同接至晶体管Q4的发射极，使得流入晶体管Q6、Q7
这两个支路的电流相等；晶体管Q5与晶体管Q4构成镜像结构，并在晶体管Q5发射极设置
适配的电阻R5，使晶体管Q5发射极的电压与晶体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振荣，庄奕琪，井凯，曾其发，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61