一种射频低噪声放大器及其实现方法技术

本发明专利技术公开了一种射频低噪声放大器及其实现方法，该射频低噪声放大器包括：交叉耦合输入级电路，用于将输入射频信号Input1+/‑在低电流消耗下进行低噪声放大获得中间输出信号Input2/Outout1；供电电路，用于利用电源电压产生该交叉耦合输入级电路以及交叉耦合输出级电路工作所需的电压VDD2以及VDD1；交叉耦合输出级电路，用于将该中间输出信号Input2/Outout1在低电流消耗下进行高增益放大获得射频输出Output2，本发明专利技术实现了一种低电压低功耗低噪声高增益的射频低噪声放大器。

【技术实现步骤摘要】
一种射频低噪声放大器及其实现方法
本专利技术涉及一种射频低噪声放大器及其实现方法，特别是涉及一种低电压低功耗低噪声高增益的射频低噪声放大器及其实现方法。
技术介绍
射频低噪声放大器主要用于射频接收机中，根据不同应用需求对低噪声放大器(LNA)的设计要求会有所不同。有的应用要求高性能的低噪声放大器，有的应用要求低电压低功耗的低噪声放大器，等等。通常高性能低噪声放大器的功耗会非常的高，主要是由于它对后级电路性能的影响比较重大，所以在此类低噪声放大器的设计过程中会放宽对功耗的限制。但是也有些具体应用对于功耗的要求比较高，例如一些可穿戴的无线通信设备，长时间的监控设备等等，对于功耗是严格限制的。随着CMOS工艺的发展，短沟道CMOS工艺设计的电路或者芯片的功耗也在逐渐降低，但是仍然无法满足超低功耗的需求。除了采用短沟道CMOS工艺之外，目前主要的低电压低功耗技术主要有折叠电路结构，电流复用，亚阈值区技术等等。但是它们在电路的噪声、增益方面有一定的局限性。因此，研究低电压、低功耗、低噪声、高增益的低噪声放大器具有非常重要的科研意义和现实意义。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之目的在于提供一种射频低噪声放大器及其实现方法，以实现一种低电压低功耗低噪声高增益的射频低噪声放大器，低电压低功耗低噪声高增益的射频无线通信的发展需求。为达上述及其它目的，本专利技术提出一种射频低噪声放大器，包括：交叉耦合输入级电路，用于将输入射频信号Input1+/-在低电流消耗下进行低噪声放大获得中间输出信号Input2/Outout1；供电电路，用于利用电源电压产生该交叉耦合输入级电路以及交叉耦合输出级电路工作所需的电压VDD2以及VDD1；交叉耦合输出级电路，用于将该中间输出信号Input2/Outout1在低电流消耗下进行高增益放大获得射频输出Output2。进一步地，该交叉耦合输入级电路包括第一NMOS管M1a、第二NMOS管M1b、第一反馈电容C2a、第二反馈电容C2b、第一源极退化电感L1a、第二源极退化电感L1b以及第一交叉耦合电容C1a、第二交叉耦合电容C1b，同相输入射频信号Input1+连接至该第一源极退化电感L1a的一端、该第二交叉耦合电容C1b的一端、第一反馈电容C2a的一端以及第一NMOS管M1a的源极，反相输入射频信号Input1-连接至该第二源极退化电感L1b的一端、第一交叉耦合电容C1a的一端、第二反馈电容C2b的一端以及第二NMOS管M1b的源极，该第一与第二源极退化电感L1a、L1b的另一端接地，该第一交叉耦合电容C1a的另一端与该第一NMOS管M1a的栅极连接至第一偏置电压Vb1a，该第二交叉耦合电容C1b的另一端与该第二NMOS管M1b的栅极连接至第二偏置电压Vb1b，该第一反馈电容C2a的另一端与该第一NMOS管M1a的漏极、该供电电路以及交叉耦合输出级电路相连组成同相中间输出信号Input2/Outout1+节点，该第二反馈电容C2b的另一端与该第二NMOS管M1b的漏极、该供电电路以及交叉耦合输出级电路相连组成反相中间输出信号Input2/Outout1-节点。进一步地，该交叉耦合输入级电路通过调整该第一源极退化电感L1a、第二源极退化电感L1b获得设定的低噪声。进一步地，该交叉耦合输入级电路通过调整第一反馈电容C2a、第一反馈电容C2b、第一交叉耦合电容C1a、第二交叉耦合电容C1b实现电流二次复用的目的。进一步地，该交叉耦合输出级电路包括第三NMOS管M2a、第四NMOS管M2b、第一负载电感L2a、第二负载L2b以及交第三交叉耦合电容C3a、第四交叉耦合电容C3b，第三NMOS管M2a的源极、第四交叉耦合电容C3b与第一反馈电容C2a相连组成同相中间输出信号Input2/Outout1+节点，该第四NMOS管M2b、第三交叉耦合电容C3a与第二反馈电容C2b相连组成反相中间输出信号Input2/Outout1-节点，该第三交叉耦合电容C3a的另一端与该第三NMOS管M2a的栅极连接至第三偏置电压Vb2a，该第四交叉耦合电容C3b的另一端与该第四NMOS管M2b的栅极连接至第四偏置电压Vb2b，该第三NMOS管M2a的漏极与该第一负载电感L2a的一端相连组成同相射频输出节点Output2+，该第四NMOS管M2b的漏极与该第二负载电感L2b的一端相连组成反相射频输出节点Output2-，该第一负载电感L2a、第二负载电感L2b的另一端接该电压VDD1。进一步地，该电压VDD2通过电阻连接至该同相中间输出信号Input2/Outout1+节点与反相中间输出信号Input2/Outout1-节点。进一步地，该交叉耦合输出级电路通过调整第三交叉耦合电容C3a、第四交叉耦合电容C3b以达到电流复用的目的。为达到上述目的，本专利技术还提供一种射频低噪声放大器的实现方法，包括如下步骤：步骤一，利用电源电压产生交叉耦合输入级电路以及交叉耦合输出级电路工作所需的电压VDD2以及VDD1；步骤二，利用交叉耦合输入级电路将输入射频信号Input1+/-在低电流消耗下进行低噪声放大获得中间输出信号Input2/Outout1；步骤三，利用交叉耦合输出级电路将该中间输出信号Input2/Outout1在低电流消耗下进行高增益放大获得射频输出Output2。进一步地，于步骤二中，通过调整该交叉耦合输入级电路中的源极退化电感以获得设定的低噪声，并调整该交叉耦合输入级电路反馈电容与交叉耦合电容以达到电流二次复用。进一步地，于步骤三中，通过调整该交叉耦合输出级电路中的交叉耦合电容以达到电流复用的目的。与现有技术相比，本专利技术一种射频低噪声放大器及其实现方法通过采用电路分布式供电的方式降低多级电路对供电电压的要求，并且保证各级电路可以正常的工作，以此来实现低电压的设计目的，通过改变各级电路的供电电压来实现电压分布的最优化，本专利技术还通过调整两级耦合电容的容值来实现电流的再大程度的复用，进而实现超低功耗的设计目的，并通过优化两级电路的耦合电容来实现两级电路MOS管的跨导最大化以实现高增益以及低噪声的设计目的。附图说明图1为本专利技术一种射频低噪声放大器的电路示意图；图2为本专利技术一种射频低噪声放大器的实现方法的步骤流程图。具体实施方式以下通过特定的具体实例并结合附图说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其它优点与功效。本专利技术亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本专利技术的精神下进行各种修饰与变更。图1为本专利技术一种射频低噪声放大器的电路示意图。如图1所示，本专利技术一种射频低噪声放大器，包括交叉耦合输入级电路10、供电电路20以及交叉耦合输出级电路30。其中，交叉耦合输入级电路10包括NMOS管M1a、M1b、反馈电容C2a、C2b、源极退化(degeneration)电感L1a、L1b以及交叉耦合电容C1a、C1b，用于将输入射频信号Input1+/-在低电流消耗下进行低噪声放大获得中间输出信号Input2/Outout1，调整源极退化(degeneration)电感L1a、L1b可以获得设定的低噪声，调整反馈电容C2a、C2b本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频低噪声放大器，包括：交叉耦合输入级电路，用于将输入射频信号Input1+/‑在低电流消耗下进行低噪声放大获得中间输出信号Input2/Outout1；供电电路，用于利用电源电压产生该交叉耦合输入级电路以及交叉耦合输出级电路工作所需的电压VDD2以及VDD1；交叉耦合输出级电路，用于将该中间输出信号Input2/Outout1在低电流消耗下进行高增益放大获得射频输出Output2。

【技术特征摘要】
1.一种射频低噪声放大器，包括：交叉耦合输入级电路，用于将输入射频信号Input1+/-在低电流消耗下进行低噪声放大获得中间输出信号Input2/Outout1；供电电路，用于利用电源电压产生该交叉耦合输入级电路以及交叉耦合输出级电路工作所需的电压VDD2以及VDD1；交叉耦合输出级电路，用于将该中间输出信号Input2/Outout1在低电流消耗下进行高增益放大获得射频输出Output2。2.如权利要求1所述的一种射频低噪声放大器，其特征在于：该交叉耦合输入级电路包括第一NMOS管M1a、第二NMOS管M1b、第一反馈电容C2a、第二反馈电容C2b、第一源极退化电感L1a、第二源极退化电感L1b以及第一交叉耦合电容C1a、第二交叉耦合电容C1b，同相输入射频信号Input1+连接至该第一源极退化电感L1a的一端、该第二交叉耦合电容C1b的一端、第一反馈电容C2a的一端以及第一NMOS管M1a的源极，反相输入射频信号Input1-连接至该第二源极退化电感L1b的一端、第一交叉耦合电容C1a的一端、第二反馈电容C2b的一端以及第二NMOS管M1b的源极，该第一与第二源极退化电感L1a、L1b的另一端接地，该第一交叉耦合电容C1a的另一端与该第一NMOS管M1a的栅极连接至第一偏置电压Vb1a，该第二交叉耦合电容C1b的另一端与该第二NMOS管M1b的栅极连接至第二偏置电压Vb1b，该第一反馈电容C2a的另一端与该第一NMOS管M1a的漏极、该供电电路以及交叉耦合输出级电路相连组成同相中间输出信号Input2/Outout1+节点，该第二反馈电容C2b的另一端与该第二NMOS管M1b的漏极、该供电电路以及交叉耦合输出级电路相连组成反相中间输出信号Input2/Outout1-节点。3.如权利要求2所述的一种射频低噪声放大器，其特征在于：该交叉耦合输入级电路通过调整该第一源极退化电感L1a、第二源极退化电感L1b获得设定的低噪声。4.如权利要求3所述的一种射频低噪声放大器，其特征在于：该交叉耦合输入级电路通过调整第一反馈电容C2a、第一反馈电容C2b、第一交叉耦合电容C1a、第二交叉耦合电容C1b实现电流二次复用的目的。5.如权利要求2所述的一种射频低噪声放大器，其特征在于：该交叉耦合输出级电路包括第三NM...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杭吉，张钊锋，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31