高线性度的低噪声放大器及其设计方法技术

本发明专利技术涉及一种高线性度的低噪声放大器，其包括具有主放大管的放大单元、放大偏置单元，放大偏置单元连接在第一偏置电压与主放大管的栅极之间，其还包括辅助单元，辅助单元包括辅助管、辅助偏置电路，辅助管的源极与主放大管的源极相连接，辅助管的漏极与主放大管的漏极相连接，辅助偏置电路连接在第二偏置电压与辅助管的栅极之间。本发明专利技术中辅助管的增加并不影响低噪声放大器的噪声性能；同时辅助管的偏置远远小于主放大管，因而没有对功耗产生很大的影响；最后，仅增加了一个辅助管以及相应的辅助偏置电路，也不回引起芯片面积的增加。本发明专利技术的普遍性，适于作为要求高线性度的系统的低噪声放大器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低噪声放大器及其设计方法，具体地说，涉及一种线性度优化的并适用于要求高线性度系统的低噪声放大器及其设计方法。
技术介绍
低噪声放大器(LNA)，是射频接收机前端的主要部分。在接收机中，射频信号经诸如滤波器，低噪声放大器，混频器及中频放大器等单元模块的传输，由于每个单元都有固有噪声，经传输后都将输出信噪比变差。由于接收到的射频信号一般都很微弱，因此考虑接收机的噪声系数有重要的意义。在多极系统中，低噪声放大器的噪声系数和增益对整个系统的噪声系数有决定性的影响。其次，为了达到功率最大传输，低噪声放大器(LNA)的输入端必须和前端与它相接的天线或天线滤波器很好的匹配。第三，应具有一定的选频功能，抑制带外和镜像频率干扰，因此低噪声放大器(LNA) —般是频带放大器。低噪声放大器(LNA)的指标为低的噪声系数(NF)、足够的线性范围(IIP3)、合适的增益(gain)、输入输出阻抗的匹配(VSWR)、输入输出间良好的隔离，而各个指标之间互相折中。一些对线性度要求较高的低噪声放大器，例如应用于GPS的低噪声放大器(LNA) 工作在1575. 42MHz与1561. 098MHz两个频段，除了低噪声、合适的增益、输入输出阻抗的匹配、输入输出间良好的隔离，还要求一定的抗手机干扰能力，即满足对带外手机干扰信号所产生的带内三阶项有一定的抑制度。这通常远远大于对低噪声放大器(LNA)本身的带内线性度的要求。因此需要采用一定的线性度提高技术。目前为止，已经提出了多种线性度优化技术，以改善大信号下低噪声放大器的线性度。通用的线性度优化技术包括多栅技术(Multi-Gated)、前馈技术、反馈技术、预失真技术。这些技术在一定的折中下提高了低噪声放大器(LNA)的线性度，包括噪声折中、功耗折中、面积折中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在保证噪声优化、功耗优化、面积优化的同时，改善带外线性度的低噪声放大器，尤其是一种能够工作在手机上，有效的抗手机干扰信号的应用于 GPS的低噪声放大器。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种高线性度的低噪声放大器，具有输入端口与输出端口，其包括放大单元、提供第一偏置电压的放大偏置单元，所述的放大单元包括主放大管，所述的输入端口与所述的主放大管的栅极相连接，所述的放大偏置单元给所述的主放大管的栅极提供第一偏置电压，所述的放大单元的输出端与所述的输出端口相连接，所述的高线性度的低噪声放大器还包括辅助单元，所述的辅助单元包括辅助管、提供第二偏置电压的辅助偏置电路，所述的辅助管的源极与所述的主放大管的源极相连接，所述的辅助管的漏极与所述的主放大管的漏极相连接，所述的辅助偏置电路给所述的辅助管的栅极提供第二偏置电压。优选的，所述的放大单元为共源共栅放大单元，其包括共源管、共栅管，所述的辅助管的源极、漏极分别于所述的共源管的源极、漏极相连接。优选的，所述的主放大管的栅极与源极间并联有栅源电容。优选的，所述的放大单元的输出端与所述的输出端口之间连接有输出负载单元及输出阻抗匹配单元；所述的输出负载单元为LC谐振电路，所述的输出阻抗配单元为串联电容。优选的，所述的主放大管和所述的辅助管的源极连接有负反馈电感。优选的，所述的高线性度的低噪声放大器还包括低增益通路单元，所述的低增益通路单元抽取所述的放大单元的小信号电流。一种上述高线性度的低噪声放大器的设计方法，其包括如下步骤(1)设计所述的放大单元，根据噪声性能及功耗限定设计所述的主放大管的尺寸；(2)设计与所述的放大单元相应的所述的放大偏置电路；(3)调节所述的放大单元的电流获得最优带外输入三阶交调点；(4)根据输入三阶交调点最优的原则设计所述的辅助管的尺寸及电流。优选的，所述的步骤(3)中，在所述的主放大管的栅极与源极之间引入所述的并联的栅源电容，调节所述的栅源电容的大小实现所述的功率与噪声的匹配。本专利技术工作原理是辅助管的漏极即主放大管的输出端的三阶小信号经过辅助管的漏栅寄生电容耦合到辅助管的栅极，此三阶小信号经过辅助管的跨导进行反向放大到其输出端，与主放大管产生的三阶小信号符号相反，从而起到抵消三阶非线性、提高带外线性度的作用。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点本专利技术由于由输入端口引入的输入信号并不经过辅助管，因而辅助管的增加并不影响低噪声放大器的噪声性能；同时由于在最优三阶线性度的情况下辅助管的偏置远远小于主放大管，因而辅助管的增加也没有对功耗产生很大的影响；最后，辅助单元仅仅增加了一个辅助管以及相应的辅助偏置电路，因此也不会引起芯片面积的增加。由于本专利技术的普遍性，本专利技术中所采用的提高带外三阶非线性的技术方案不仅适用于抗手机干扰的GPS低噪声放大器，也适于作为要求高线性度的其他系统的低噪声放大器。附图说明附图1为本专利技术的高线性度的低噪声放大器的电路原理图。附图2为本专利技术的高线性度的低噪声放大器的设计流程图。具体实施例方式下面结合附图所示的实施例对本专利技术作进一步描述。实施例一参见附图1所示。一种抗手机干扰的适用于GPS的高线性度的低噪声放大器，具有输入端口与输出端口，其包括放大单元、提供第一偏置电压Vg_mt的放大偏置单元、辅助单元、输出负载单元、输出阻抗匹配单元及低增益通路单元。放大单元为共源共栅放大单元，其包括共源管Ml、共栅管M2，共源管Ml为主放大4管，输入端口与共源管Ml的栅极相连接，放大偏置单元给共源管Ml的栅极提供第一偏置电压Vg_mt ；共栅管M2的漏极为放大单元的输出端，其与输出端口相连接。共源管Ml的源极连接有负反馈电感，负反馈电感由封装downbond电感提供，共源管Ml的栅极与源极间并联有栅源电容。在固定源极负反馈电感的情况下，调节主放大管的栅源电容，使得在给定的功耗下实现噪声与功耗的同时匹配。同时，由于栅源电容的作用， 减小了由主放大管二阶非线性带来的三阶项输出，因此优化了主放大管的三阶非线性。辅助单元包括辅助管M3、提供第二偏置电压Vg_ct的辅助偏置电路。辅助管M3的源极与共源管Ml的源极相连接，辅助管M3的漏极与共源管Ml的漏极相连接，辅助偏置电路连接在第二偏置电压Vg_ct与辅助管M3的栅极之间。辅助管M3的漏极即主放大管的输出端的三阶小信号经过辅助管M3的漏栅寄生电容耦合到辅助管M3的栅极，此三阶小信号经过辅助管M3的跨导进行反向放大到其输出端，与主放大管产生的三阶小信号符号相反， 从而起到抵消三阶非线性、提高带外线性度的作用。共栅管M2的漏极与输出端口之间连接有输出负载单元及输出阻抗匹配单元。输出负载单元为LC谐振电路，输出阻抗配单元为串联电容Cl。LC谐振电路与串联电容Cl实现片上输出阻抗匹配到50ohm，不需额外的片外匹配网络可直接接片外50ohm输入的SAW滤波器，以供GPS使用。低增益通路单元由第一晶体管M4、连接在第一晶体管M4的栅极与地之间的第一电容C4、第二晶体管M5、连接在第二晶体管M5的栅极与地之间的第二电容C5组成，第一晶体管M4的源极、第二晶体管M5的源极均与共栅管M2的源极相连接，第一晶体管M4的漏极与共栅管M2的漏极相连接，第二晶体管M5的漏极与LC谐振电路相连接。低增益通路单元抽取放大单元的小信号电流使增益减小。该低噪声放大器提供高低两种增益，当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐化，林敏，石寅，
申请(专利权)人：苏州中科半导体集成技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：