一种宽带全差分低噪声放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种宽带全差分低噪声放大器，其特征在于，包括：该放大器分为两级，包括输入匹配级电路和噪声抵消级电路；所述输入匹配级电路，其输入端接收信号输入端的信号(IN1/IN2)，产生相位相反的两路信号，分别通过电容电阻组成的高通滤波器输出到后级噪声抵消级电路；所述噪声抵消级电路，该噪声抵消级电路两边各有三个输入端，三个输出端，其中一路输入连接输入匹配级的输出，两路输入接收差分信号输入端的信号(IN1/IN2)，输出两路差分信号(OUT1/OUT2)。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带全差分低噪声放大器
本专利技术为射频集成电路
，具体涉及一种500M～1.5GHz宽带全差分低噪声放大器。
技术介绍
随着无线通信的发展，射频接收技术在军用和民用领域的作用愈发重要。宽带通讯系统是当今无线通讯技术的发展趋势，也是国内外研究的热点。射频低噪声放大器(LNA)是电子对抗、宽带通信以及宽带仪器设备中的关键部件。LNA的信号直接来源于天线，为了实现最大功率传输，LNA输入和天线之间要求阻抗匹配。它在射频电路中除了放大从天线接收的微弱信号从而提高电路的整体增益外，还有改善噪声特性，提高信噪比的作用。宽带LNA的设计带来了许多挑战。窄带LNA中使用的传统技术，例如在负载处添加电感器以在某一点产生谐振频率，是不适合宽带LNA的。其次，因为LNA是连接到接收器中的片外组件的第一级，宽带输入阻抗匹配和低噪声特性在整个工作带宽内必须实现。对于一个宽带LNA，小的芯片面积也是首选，尤其是对于一个芯片级系统的应用而言，这样是为了降低制造成本。目前存在多种宽带低噪声放大器设计方法。共栅放大器利用输入管的跨导实现宽带匹配，噪声系数与工作频率和带宽关系不大而相对平坦，电路具有极好的反向隔离性能和较高的线性度，但噪声系数较高。共栅放大器的另一个缺点是低频应用中，外部电感L非常大，且大电感器不能容纳高频信号。电阻并联反馈共源放大器降低输入端的品质因子从而实现带宽拓展和增益平坦化，但电阻本身会引入噪声，会恶化输入端的噪声特性。而噪声消除技术可以有效消除热噪声和闪烁噪声，它利用两个极性相反的信号加和以消除噪声信号。
技术实现思路
本专利技术提供一种工作在500M～1.5GHz宽带全差分低噪声放大器，将两种独立的技术：噪声抵消技术和推挽技术应用于同一个电路中，在宽带同时实现良好的输入匹配和低噪声性能，同时具有差分输入差分输出的功能，结构简单，具有较小的芯片面积。本专利技术放大器采用CMOS0.18um工艺实现，设计具有可复制性。技术方案如下：为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种工作在500M～1.5GHz频段的宽带全差分低噪声放大器，包括：输入匹配级电路和噪声抵消级电路；所述输入匹配级电路，该输入匹配级电路的输入端接收信号输入端的信号，产生两路相位相反的信号；所述噪声抵消级电路，该噪声抵消级电路两边各有三个输入端，三个输出端，其中一路输入连接输入匹配级的输出，两路输入接收差分信号输入端的信号(IN1/IN2)，输出两路差分信号(OUT1/OUT2)。所述输入匹配级电路包括：第一晶体管(M1)，第二晶体管(M2)，第三晶体管(M3)，第八晶体管(M8)，第九晶体管(M9)；其中，所述第一晶体管(M1)的栅极分别与第二晶体管(M2)的栅极、第一电阻(R1)的第一端连接；所述第八晶体管(M8)的栅极分别与第九晶体管(M9)的栅极、第三电阻(R3)的第一端连接；所述的第一晶体管(M1)的漏极分别与第二晶体管(M2)的漏极、第一电阻(R1)的第二端连接；所述的第八晶体管(M8)的漏极分别与第九晶体管(M9)的漏极、第三电阻(R1)的第二端连接；所述的第二晶体管(M2)的源极分别与第三晶体管(M3)的漏极连接；所述的第九晶体管(M9)的源极分别与第三晶体管(M3)的漏极连接。所述噪声抵消级电路包括：第四晶体管(M4)，第五晶体管(M5)，第六晶体管(M6)，第七晶体管(M7)，第十晶体管(M10)，第十一晶体管(M11)，第十二晶体管(M12)，第十三晶体管(M13)；其中所述第四晶体管(M4)的栅极分别与第一电阻的第一端和第二电容(C2)的第一端连接；第十晶体管(M10)的栅极分别与第三电阻的第一端和第四电容(C4)的第一端连接；所述第四晶体管(M4)的漏极与第五晶体管(M5)的源极连接；第十晶体管(M10)的漏极与第十一晶体管(M11)的源极连接；所述第五晶体管(M5)的漏极分别与第六晶体管(M6)的源极、第七晶体管(M7)的漏极连接；第十一晶体管(M11)的漏极分别与第十二晶体管(M12)的源极、第十三晶体管(M13)的漏极连接；所述第六晶体管(M6)的栅极与第二电阻(R2)的第一端和第一电容(C1)的第二端连接；第十二晶体管(M12)的栅极与第四电阻(R4)的第一端和第三电容(C3)的第二端连接；所述第七晶体管(M7)的栅极与第二电容(C2)的第二端连接；第十三晶体管(M13)的栅极与第四电容(C4)的第二端连接。所述的第一晶体管(M1)和第八晶体管(M8)的源极和地连接，第三晶体管(M3)的漏极接电源VDD，栅极接偏置电压Vbias1；所述第七晶体管(M7)的栅极与第二电容(C2)的第二端和偏置电压Vbias2连接；第十三晶体管(M13)的栅极分别与第四电容(C4)的第二端和偏置电压Vbias2连接；所述第六晶体管(M6)的漏极与电源VDD连接；第十二晶体管(M12)的漏极电源VDD连接；所述第七晶体管(M7)的源极与电源VDD连接；第十三晶体管(M13)的源极与电源VDD连接；所述第五晶体管(M5)的栅极与偏置电压Vbias3连接；第十一晶体管(M11)的栅极与偏置电压Vbias3连接；所述第一晶体管(M1)、第四晶体管(M4)、第八晶体管(M8)和第十晶体管(M10)的源级均和地连接。所述信号输入端(IN1)连接第一电阻(C1)的第一端、第一晶体管(M1)和第二晶体管(M2)的栅极、第四晶体管的栅极以及第二电容(C2)的第一端；所述信号输入端(IN2)连接第三电阻(C3)的第一端、第八晶体管(M8)和第九晶体管(M9)的栅极、第十晶体管的栅极以及第四电容(C4)的第一端；所述第五晶体管(M5)的漏极连接第一信号输出端(OUT1)；所述第十一晶体管(M11)的漏极连接第二信号输出端(OUT2)。所述第二晶体管(M2)、第三晶体管(M3)、第七晶体管(M7)、第九晶体管(M9)和第十三晶体管(M13)均为PMOS晶体管，其余均为NMOS晶体管。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案的有益效果是：(1)本专利技术采用电流复用技术，不增加电路功耗的情况下，提高了增益和线性度、改善了噪声性能。(2)本专利技术采用噪声抵消技术，在宽带实现良好的输入匹配和较低的噪声。(3)本专利技术采用推挽技术，M4和M7、M10和M13的推挽结构进一步降低了功耗。(4)本专利技术中使用的器件主要包括MOS管、电阻和电容，整体电路不含电感，从而节省芯片面积，降低了成本。(5)本专利技术采用深亚微米0.18umCMOS工艺实现，1V低电源电压供电，直流功耗仅1.8mW，功耗较低。(6)本专利技术的实现采用主流CMOS工艺，可以与普通采用CMOS工艺的数字基带电路集成在同一块芯片上，容易实现片上系统集成。附图说明图1是本专利技术差分低噪声放大器的电路结构图；图2为本专利技术差分低噪声放大器的噪声系数的仿真结果图；图3是本专利技术差分低噪声放大器的S参数的仿真结果图；图4是本专利技术差分低噪声放大器的两端口输出信号相位的仿真结果图；图5是本专利技术差分低噪声放大器的线性度的仿真结果图；图6是本专利技术差分低噪声放大器的稳定性因数的仿真结果图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。如图1所示，所述输入匹配级电路包括：第一晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带全差分低噪声放大器，其特征在于，包括：该放大器分为两级，包括输入匹配级电路和噪声抵消级电路；所述输入匹配级电路，其输入端接收信号输入端的信号(IN1/IN2)，产生相位相反的两路信号，分别通过电容电阻组成的高通滤波器输出到后级噪声抵消级电路；所述噪声抵消级电路，该噪声抵消级电路两边各有三个输入端，三个输出端，其中一路输入连接输入匹配级的输出，两路输入接收差分信号输入端的信号(IN1/IN2)，输出两路差分信号(OUT1/OUT2)。所述输入匹配级电路包括：第一晶体管(M1)，第二晶体管(M2)，第三晶体管(M3)，第八晶体管(M8)，第九晶体管(M9)；其中，所述第一晶体管(M1)的栅极分别与第二晶体管(M2)的栅极、第一电阻(R1)的第一端连接；所述第八晶体管(M8)的栅极分别与第九晶体管(M9)的栅极、第三电阻(R3)的第一端连接；所述的第一晶体管(M1)的漏极分别与第二晶体管(M2)的漏极、第一电阻(R1)的第二端连接；所述的第八晶体管(M8)的漏极分别与第九晶体管(M9)的漏极、第三电阻(R1)的第二端连接；所述的第二晶体管(M2)的源极分别与第三晶体管(M3)的漏极连接；所述的第九晶体管(M9)的源极分别与第三晶体管(M3)的漏极连接；所述噪声抵消级电路包括：第四晶体管(M4)，第五晶体管(M5)，第六晶体管(M6)，第七晶体管(M7)，第十晶体管(M10)，第十一晶体管(M11)，第十二晶体管(M12)，第十三晶体管(M13)；其中，所述第四晶体管(M4)的栅极分别与第一电阻的第一端和第二电容(C2)的第一端连接；第十晶体管(M10)的栅极分别与第三电阻的第一端和第四电容(C4)的第一端连接；所述第四晶体管(M4)的漏极与第五晶体管(M5)的源极连接；第十晶体管(M10)的漏极与第十一晶体管(M11)的源极连接；所述第五晶体管(M5)的漏极分别与第六晶体管(M6)的源极、第七晶体管(M7)的漏极连接；第十一晶体管(M11)的漏极分别与第十二晶体管(M12)的源极、第十三晶体管(M13)的漏极连接；所述第六晶体管(M6)的栅极与第二电阻(R2)的第一端和第一电容(C1)的第二端连接；第十二晶体管(M12)的栅极与第四电阻(R4)的第一端和第三电容(C3)的第二端连接；所述第七晶体管(M7)的栅极与第二电容(C2)的第二端连接；第十三晶体管(M13)的栅极与第四电容(C4)的第二端连接；所述的第一晶体管(M1)和第八晶体管(M8)的源极和地连接，第三晶体管(M3)的漏极接电源VDD，栅极接偏置电压Vbias1；所述第七晶体管(M7)的栅极与第二电容(C2)的第二端和偏置电压Vbias2连接；第十三晶体管(M13)的栅极分别与第四电容(C4)的第二端和偏置电压Vbias2连接；所述第六晶体管(M6)的漏极与电源VDD连接；第十二晶体管(M12)的漏极电源VDD连接；所述第七晶体管(M7)的源极与电源VDD连接；第十三晶体管(M13)的源极与电源VDD连接；所述第五晶体管(M5)的栅极与偏置电压Vbias3连接；第十一晶体管(M11)的栅极与偏置电压Vbias3连接；所述第一晶体管(M1)、第四晶体管(M4)、第八晶体管(M8)和第十晶体管(M10)的源级均和地连接；所述信号输入端(IN1)连接第一电阻(C1)的第一端、第一晶体管(M1)和第二晶体管(M2)的栅极、第四晶体管的栅极以及第二电容(C2)的第一端；所述信号输入端(IN2)连接第三电阻(C3)的第一端、第八晶体管(M8)和第九晶体管(M9)的栅极、第十晶体管的栅极以及第四电容(C4)的第一端；所述第五晶体管(M5)的漏极连接第一信号输出端(OUT1)；所述第十一晶体管(M11)的漏极连接第二信号输出端(OUT2)。...

【技术特征摘要】
1.一种宽带全差分低噪声放大器，其特征在于，包括：该放大器分为两级，包括输入匹配级电路和噪声抵消级电路；所述输入匹配级电路，其输入端接收信号输入端的信号(IN1/IN2)，产生相位相反的两路信号，分别通过电容电阻组成的高通滤波器输出到后级噪声抵消级电路；所述噪声抵消级电路，该噪声抵消级电路两边各有三个输入端，三个输出端，其中一路输入连接输入匹配级的输出，两路输入接收差分信号输入端的信号(IN1/IN2)，输出两路差分信号(OUT1/OUT2)。所述输入匹配级电路包括：第一晶体管(M1)，第二晶体管(M2)，第三晶体管(M3)，第八晶体管(M8)，第九晶体管(M9)；其中，所述第一晶体管(M1)的栅极分别与第二晶体管(M2)的栅极、第一电阻(R1)的第一端连接；所述第八晶体管(M8)的栅极分别与第九晶体管(M9)的栅极、第三电阻(R3)的第一端连接；所述的第一晶体管(M1)的漏极分别与第二晶体管(M2)的漏极、第一电阻(R1)的第二端连接；所述的第八晶体管(M8)的漏极分别与第九晶体管(M9)的漏极、第三电阻(R1)的第二端连接；所述的第二晶体管(M2)的源极分别与第三晶体管(M3)的漏极连接；所述的第九晶体管(M9)的源极分别与第三晶体管(M3)的漏极连接；所述噪声抵消级电路包括：第四晶体管(M4)，第五晶体管(M5)，第六晶体管(M6)，第七晶体管(M7)，第十晶体管(M10)，第十一晶体管(M11)，第十二晶体管(M12)，第十三晶体管(M13)；其中，所述第四晶体管(M4)的栅极分别与第一电阻的第一端和第二电容(C2)的第一端连接；第十晶体管(M10)的栅极分别与第三电阻的第一端和第四电容(C4)的第一端连接；所述第四晶体管(M4)的漏极与第五晶体管(M5)的源极连接；第十晶体管(M10)的漏极与第十一晶体管(M11)的源极连接；所述第五晶体管(M5)的漏极分别与第六晶体管(M6)的源极、第七晶体管(M7)的漏极连接；第十一晶体管(M11)的漏极分别与第十二晶体管(M12)的源极、第十三晶体管(M1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张为，李泰安，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12