具有电抗反馈的低噪声放大器制造技术

一种放大器，其包括：放大元件，具有输入侧和输出侧；第一变压器，位于放大元件的输出侧，布置成将来自放大元件的一部分输出电流互耦到放大元件的输入侧；第二变压器，位于放大元件的输入侧，布置成经由第二变压器的一次绕组和二次绕组的互耦来增大输入侧的输入电压；其中，第一变压器的一次绕组连接到放大元件的输出端；其中，第一变压器的二次绕组交流连接到第二变压器的二次绕组；并且其中，第一变压器的一次绕组与第二变压器的二次绕组直流阻断。负电抗反馈环路和正电抗反馈环路不是由同一三绕组变压器形成的。因此，在一次绕组和三次绕组之间没有会损害增益和/或阻抗‑噪声匹配的不希望的反馈。正电抗环路由仅在放大元件的输入侧提供的第二变压器提供。负电抗反馈环路经由第一变压器提供，该第一变压器将其反馈提供给第二变压器，而两个变压器不互耦，但具有保持跨放大元件的直流隔离的直流阻断。与三绕组设计相比，这种装置的显著优点在于，除了去除一次和三次绕组之间的不希望的耦合(即，选择性互耦)之外，还可以使用一个厚RF金属层制造工艺在芯片上制造放大器。

Low Noise Amplifier with Reactance Feedback

An amplifier includes: an amplifier element with input and output sides; a first transformer, located at the output side of the amplifier element, is arranged to couple part of the output current from the amplifier element to the input side of the amplifier element; and a second transformer, located at the input side of the amplifier element, is arranged to increase the transmission by mutual coupling of the primary winding and the secondary winding of the second transformer. The input voltage of the input side; where the primary winding of the first transformer is connected to the output end of the amplifier element; where the secondary winding of the first transformer is AC connected to the secondary winding of the second transformer; and where the primary winding of the first transformer and the secondary winding of the second transformer are DC blocked. Negative reactance feedback loop and positive reactance feedback loop are not formed by the same three-winding transformer. Therefore, there is no undesirable feedback between primary winding and tertiary winding that would impair gain and/or impedance noise matching. Positive reactance loop routing is provided only by the second transformer provided on the input side of the amplifier element. The negative reactance feedback loop is provided by the first transformer, which feeds back to the second transformer, while the two transformers are not mutually coupled, but have DC interruption that maintains DC isolation across the amplifier elements. Compared with the three-winding design, the remarkable advantage of this device is that besides eliminating unwanted coupling (i.e., selective mutual coupling) between primary and tertiary windings, a thick RF metal layer manufacturing process can also be used to fabricate amplifiers on the chip.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有电抗反馈的低噪声放大器
本专利技术涉及放大器，尤其涉及低噪声放大器，更具体地说，涉及采用电感作为阻抗和噪声匹配以及增益提升机制的一部分的低噪声放大器。
技术介绍
通常希望改善放大器的增益，尤其是低功率RF接收器的增益。然而，除了提供增益之外，低噪声放大器具有明确定义的输入阻抗以使其与天线功率匹配以在RF前端中的这两个块之间进行最大功率传输也是重要的。应当理解，这对于使用已经非常低的电平的输入信号进行工作的低噪声放大器尤其重要。某类低噪声放大器(LNA)使用单片变压器，其布置成通过互感跨放大元件(通常是一个或多个晶体管)创建负电抗反馈环路，以便对所述放大元件的输入端处的电流或电压提供一些控制。例如，通过将一部分输出电流馈送到具有本征电压至电流转移的放大元件的输入端，将输入电流和电压之间明确定义的关系公式化，从而定义输入阻抗(输入电流和电压的函数)。可以优化对特定组件特性(诸如绕组自感、变压器匝数比、互耦系数以及晶体管特性，例如跨导)的选择，以便设定期望的输入阻抗。例如，常见的期望单端输入阻抗为50Ω，以用于匹配RF应用中的50Ω天线。在这样的装置中，与负反馈环路串联，跨所述放大元件的第二正电抗反馈环路可以用于增益提升。在一些装置中，使用三绕组变压器(具有三个独立但耦合的绕组的变压器)来提供正反馈环路和负反馈环路，例如，通过提供从一次绕组到二次绕组的负反馈和从二次绕组到三次绕组的正反馈。然而，在三次绕组和一次绕组之间存在不希望的互感，其降低了通过这种装置可以实现的整体增益提升机制和/或阻抗-噪声匹配。因此，虽然这提供了增大的增益，但增益仍然受到限制。此外，当实施为集成电路时，三绕组和多绕组变压器设计通常需要使用两个厚RF金属层(例如，Cu/Al)的制造工艺，使得高Q变压器可以是堆叠/叠加配置(因为互卷或同心几何结构不提供高互感)。由于两个厚金属层制造工艺更昂贵，所以这增加了最终产品的成本。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种放大器，包括：放大元件，具有输入侧和输出侧；第一变压器，位于放大元件的输出侧，布置成将来自放大元件的一部分输出电流互耦到放大元件的输入侧；第二变压器，位于放大元件的输入侧，布置成经由一次绕组和二次绕组的互耦来增大输入侧的输入电压；其中，第一变压器的一次绕组连接到放大元件的输出端；其中，第一变压器的二次绕组交流连接到第二变压器的二次绕组；并且其中，第一变压器的一次绕组与第二变压器的二次绕组直流阻断。利用这种装置，负电抗反馈环路和正电抗反馈环路不是由同一三绕组变压器形成的。因此，如上所述在一次绕组和三次绕组之间没有会损害增益和/或阻抗-噪声匹配的不希望的反馈。正电抗环路由仅在放大元件的输入侧设置的第二变压器提供。负电抗反馈环路经由第一变压器提供，该第一变压器将其反馈(交流耦合)提供给第二变压器，而两个变压器不互耦，但具有保持跨放大元件的直流隔离的直流阻断。与三绕组设计相比，这种装置的显著优点在于，除了去除一次和三次绕组之间的不希望的耦合(即，选择性互耦)之外，还可以使用一个厚RF金属层制造工艺在芯片上制造放大器。为了在绕组之间实现高互耦(为了更好的电性能)，三绕组设计需要具有至少两个厚RF金属层的制造工艺，使得三绕组可以形成为堆叠/叠加配置。这种工艺往往很昂贵并且显著增加集成电路的制造成本。相反，本专利技术的变压器可以在具有互卷(或类似)配置的一个厚RF金属层中的芯片上形成，因此显著降低了制造成本。第一和第二变压器可以是任何类型的变压器，诸如双绕组变压器、自耦变压器或中心抽头电感器(对称自耦变压器)。第一和第二变压器不需要是相同的类型，尽管它们可以是相同类型。例如，可以使用一个双绕组和一个自耦变压器(第一或第二变压器是自耦变压器)，或者可以使用两个双绕组变压器或者可以使用两个自耦变压器。在优选实施例中，第一变压器是自耦变压器，并且第一变压器的二次绕组通过电容元件(电容器)交流耦合到第二变压器的二次绕组，以提供所述直流阻断。使用自耦变压器对电路设计特别方便。自耦变压器是具有至少三个端子的单个绕组元件；两个端部端子和中间点处的一个或多个端子。这便于对称(例如，用于平衡到不平衡转换的中心抽头)和不对称配置。然而，与变压器不同，它不会在其绕组之间提供直流隔离。因此，在第一变压器是自耦变压器的情况下，第一变压器和第二变压器之间的连接通过直流阻断电容器来实现，使得放大元件的两侧在不同的直流电位下工作，而交流信号耦合回输入端以实现负反馈。第一变压器可以是不对称自耦变压器，其中一次绕组或二次绕组具有更高的自感。然而，优选地，第一变压器是对称的自耦变压器，即本质上是中心抽头电感器，其中一次绕组和二次绕组之间的有效匝数比为1:1。利用这种装置，来自放大元件的输出端的所感测电流基本上由自耦变压器复制并反馈到放大元件的输入侧。不对称地形成第一变压器，即其一次绕组和二次绕组具有不同的自感，可以用于进一步增加增益提升和/或阻抗-噪声匹配。然而，这种不对称的影响可能远小于优选地具有大得多的自感的第二变压器的增益提升效果。对称自耦变压器具有中间中心抽头点，因此是优选的。在替代装置中，代替使用自耦变压器，第一变压器的一次绕组和二次绕组不是直流连接的，使得第一变压器提供所述直流阻断(直流隔离)。例如，普通双绕组(或三绕组中的两个绕组)变压器就是这种情况。利用这种装置，由于普通变压器装置在其一次绕组和二次绕组之间提供直流阻断，所以不需要上面讨论的直流阻断电容器。如上所述，第二变压器也可以是任何类型的变压器，但优选地是自耦变压器。同样，这对于电路设计是方便的，特别是在单个厚金属层制造工艺中，其中自耦变压器是实现中到高互耦的好方法。优选地，第一和第二变压器都是自耦变压器，但是应当理解，这不是必需的，并且电路仍然可以完美地与任何一个变压器(或两者)一起作为更常规的(非自耦)变压器起作用。优选地，第二变压器是对称的自耦变压器，即其一次绕组和二次绕组之间的有效匝数比为1:1。这对于电路装置也是方便的。尽管可以采用更高的匝数比来实现更高的增益提升，但通常优选的是避免第二变压器的绕组中的大电感，因为这会导致绕组电感接近其自谐振频率，特别是在高频率下工作的放大器中，例如宽带放大器。应当理解，对匝数比或有效匝数比的引用应当理解为绕组的自感的比率。在集成电路变压器中，变压器绕组必须基本上布置成两个维度。绕组的多匝通常以螺旋形缠绕，因此不同的匝具有不同的尺寸。因此，匝的尺寸(即面积)通常比匝数更重要，并且线圈设计将考虑匝数和每一匝的面积两者。总的来说，每个绕组的自感是重要的，因此它是决定变压器特性的自感的比率。还应当理解，变压器的任一绕组可以被认为是一次绕组或二次绕组。关于哪个绕组应该称为一次绕组以及哪个绕组应该称为二次绕组，没有特别的惯例。在本文中，这些术语的使用不应被视为用于区分不同绕组的标签以外的任何其他含义。优选地，在放大元件的非反相输出端处感测电流。因此，优选地，第一变压器连接到所述放大元件的非反相输出端。优选地，第一变压器布置成电流反相变压器。放大元件的非反相输出端上的感测电流和经由反相变压器的耦合的组合获得净反相(netinversion)(180度相移)并因此获得负反馈。第一变压器耦合到第二变压器的二次绕组(其中间抽头点接收至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种放大器，包括：放大元件，具有输入侧和输出侧；第一变压器，位于所述放大元件的所述输出侧，布置成将来自所述放大元件的一部分输出电流互耦到所述放大元件的所述输入侧；第二变压器，位于所述放大元件的所述输入侧，布置成经由所述第二变压器的一次绕组和二次绕组的互耦来增大所述输入侧的输入电压；其中，所述第一变压器的一次绕组连接到所述放大元件的输出端；其中，所述第一变压器的二次绕组交流连接到所述第二变压器的二次绕组；并且其中，所述第一变压器的所述一次绕组与所述第二变压器的所述二次绕组直流阻断。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.19 GB 1614239.01.一种放大器，包括：放大元件，具有输入侧和输出侧；第一变压器，位于所述放大元件的所述输出侧，布置成将来自所述放大元件的一部分输出电流互耦到所述放大元件的所述输入侧；第二变压器，位于所述放大元件的所述输入侧，布置成经由所述第二变压器的一次绕组和二次绕组的互耦来增大所述输入侧的输入电压；其中，所述第一变压器的一次绕组连接到所述放大元件的输出端；其中，所述第一变压器的二次绕组交流连接到所述第二变压器的二次绕组；并且其中，所述第一变压器的所述一次绕组与所述第二变压器的所述二次绕组直流阻断。2.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述第一变压器是自耦变压器，并且其中，所述第一变压器的所述二次绕组通过电容元件而交流连接到所述第二变压器的所述二次绕组，以提供所述直流阻断。3.根据权利要求2所述的放大器，其中，所述第一变压器是对称自耦变压器。4.根据权利要求2所述的放大器，其中，所述第一变压器的所述一次绕组和所述二次绕组不是直流连接的，使得所述第一变压器提供所述直流阻断。5.根据前述任一项权利要求所述的放大器，其中，所述第二变压器是自耦变压器。6.根据权利要求5所述的放大器，其中，所述第二变压器是对称自耦变压器。7.根据前述任一项权利要求所述的放大器，其中，所述第一变压器连接到所述放大元件的非反相输出端，并且其中，所述第一变压器布置成反相变压器。8.根据前述任一项权利要求所述的放大器，其中，所述放大元件是晶体管。9.根据权利要求8所述的放大器，其中，所述晶体管是FET，优选地是MOSFET。10.根据权利要求9所述的放大器，其中，所述FET布置成共源极配置。11.根据权利要求10所述的放大器，其中，所述第一变压器连接到所述FET的源极，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏米特·巴戈，克里斯蒂安·格朗豪格，
申请(专利权)人：诺韦尔达公司，
类型：发明
国别省市：挪威,NO