一种线性化宽带低噪声放大器制造技术

本发明专利技术公开一种线性化宽带低噪声放大器，由两部分对称电路构成，两部分电路均包括：输入匹配级、共栅级、有源反馈级、负载级；该放大器为差分输入/输出结构，射频信号Vin+/‐输入后，经输入匹配宽带滤波，被共栅晶体管转化为电流信号，然后经过放大后在负载级转化为输出信号Vout+/‐；源极跟随器和反馈电容将输出信号Vout+/‐反馈到共栅晶体管的输入端；源极跟随器采用NMOS/PMOS互补结构来获得低的二阶、三阶扭曲分量，以减小对低噪放的非线性贡献；本发明专利技术在较宽的频带内显著提高放大器的线性度、维持小的噪声指数和功率消耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集成电路领域，尤其涉及一种低噪声放大器设计技术。
技术介绍
今天，软件无线电技术变得越来越普及。对应地，对宽带射频收发前端的研发变得 日益迫切。低噪声放大器作为接收链路的最前端，其噪声特性至关重要，这意味着在宽带内 的噪声优化难题有待解决。此外，低噪声的获得也不能用大功耗来交换，因为低功耗一直是 芯片设计的基本出发点。同时宽带接收又存在着大量带内干扰的信号，使得接收机进入饱 和状态，产生非线性失真。为了获得好的抗阻塞干扰能力，宽带低噪放的线性度也需要加以 提尚。 在过去的十年里，有大量低噪声放大器的拓扑结构提出。其中，如图1所示，电容 交叉親合共概低噪声放大器（Zhuo，W. ;Li，X. ;Shekhar，S. ;Embabi，S.H.K.Acapacitor cross-coupledcommon-gatelow-noiseamplifier,IEEETransactionsonCircuits andSystemsII:ExpressBriefs,Vol: 52,no. 12pp:875 - 879, 2005) -经提出便得到业 界的广泛关注和应用。采用共栅级输入结构具备天然的宽带特征，电容交叉耦合连接又以 反馈的方式提升了等效输入小信号跨导，节约了功耗。在噪声路径上也存在着热噪声的 部分抵消效果，使得噪声底限由l+γ降低为1+0. 5γ。不过其线性度特性却一直有待提 升。另一方面，其后有研究者创新性地使用多个晶体管并联方法，来改善共栅低噪声放大 器线性度（Τ.W.Kim,Acommon-gateamplifierwithtransconductancenonlinearity cancellationanditshigh-frequencyanalysisusingtheVolterraseries,IEEE Trans.Microw.TheoryTech.，vol. 57,no. 6,pp. 1461 - 1469,Jun. 2009.)。其核心思想在于 通过使用工作在弱反型的辅助晶体管的非线性来抵消主路径晶体管的非线性，但是该方法 有着容易受到工艺偏差的影响和对于偏置条件的敏感性。 幸运的是，近来有报道提出图2所示的双电容交叉耦合反馈的共栅级输入低噪声 放大器结构（H.G.Han，D.H.Jung，andT.W.Kim，"A2.88mW+9.06dBmIIP3Common-GateLNA WithDualCross-CoupledCapacitiveFeedback,'，IEEETransactionsonMicrowave TheoryandTechniques,vol. 63,no. 3,pp. 1019 - 1025,Mar. 2015.)。这个方案按弃了之前 大多数研究围绕晶体管本身的非线性优化提升思路，转而使用了负反馈的思路来增加电路 的环路增益，起到线性度的提升。同时，研究者也发现，电容交叉耦合除了可以降低共栅晶 体管的噪声输出之外，还可以对放大器的二阶非线性分量抵消。这样因为二阶非线性反馈 引发的IP3线性度退化得以有效避免。该研究取得了优越的噪声性能，以及良好的线性特 性。但是也注意到该电路结构有着若干局限性：①输入输出直接通过电容的耦合，存在相 关联动，使得电路增益和匹配调谐变得困难。②负载使用电感电阻的并联组合，占用芯片面 积，也不利于取得宽带工作特征。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出一种线性化宽带低噪声放大器，采用有源交叉 耦合反馈使放大器具有良好的线性度；并且有源交叉耦合反馈的反馈隔离使得放大器增益 具备宽带特点。 本专利技术的技术方案为：一种线性化宽带低噪声放大器，包括：第一输入匹配级、第 二输入匹配级、第一共栅级、第二共栅级、第一有源反馈级、第二有源反馈级、第一负载级、 第二负载级、第一输入端、第二输入端、第一输出端以及第二输出端； 所述第一输入端与第一输入匹配级的&。端相连，所述第一输入匹配级的Di。端接 地，所述第一输入匹配级的队。端与第一共栅级的An端相连，所述第一共栅级的Bn端与第 一输出端相连，所述第一共栅级的Dn端与第二输入匹配级的B2。端相连；所述第一负载级 的第一端与第一输出端相连，所述第一负载级的第二端接电源VDD，所述第一有源反馈级的 A12端接电源VDD，所述第一有源反馈级的B12端与第一输出端相连，所述第一有源反馈级的 E12端与第二输入匹配级的B2。端相连，所述第一有源反馈级的D12端接地； 所述第二输入端与第二输入匹配级的A2。端相连，所述第二输入匹配级的D2。端接 地，所述第二输入匹配级的B2。端与第二共栅极的A21端相连，所述第二共栅级的B21端与第 二输出端相连，所述第二共栅级的D21端与第一输入匹配级的Bi。端相连；所述第二负载级 的第一端与第二输出端相连，所述第二负载级的第二端接电源VDD，所述第二有源反馈级的 A22端接电源VDD，所述第二有源反馈级的B22端与第二输出端相连，所述二有源反馈级的E22 端与第一输入匹配级的队。端相连，所述第二有源反馈级的D22端接地。 进一步地，所述第一输入匹配级包括：电感Q、电感LS1，电容Q，所述电感Q的第 一端与电容Q的第一端相连，共同作为第一输入匹配级的Ai。端；所述电感Li的第二端与 电感LS1的第一端相连，共同作为第一输入匹配级的B1(]端；所述电容C屈第二端与电感LS1 的第二端相连，共同作为第一输入匹配级的Di。端，所述Di。端接地。 进一步地，所述第一共栅极包括：NM0S晶体管I以及第一耦合电容，所述NM0S晶 体管吣的漏极作为第一共栅极的Bn端，所述NM0S晶体管Mi的源极作为第一共栅极的A^ 端，所述NM0S晶体管1的栅极与第一親合电容的第一端相连，第一親合电容的第二端作为 第一共栅极的Dn端。 进一步地，所述第一有源反馈级包括：NM0S晶体管Mnl、PM0S晶体管Mpl以及第一反 馈电容，所述NM0S晶体管Mnl的漏极作为第一有源反馈级的A12端，所述NM0S晶体管Μnl的 栅极与PM0S晶体管Mpl的栅极相连，共同作为第一有源反馈级的B12端，所述PM0S晶体管 Mpl的漏极作为第一有源反馈级的D12端，所述NM0S晶体管Μnl的源极与PM0S晶体管Μpl的 源极均与第一反馈电容的第一端相连，所述第一反馈电容的第二端作为第一有源反馈级的 E12 端。 进一步地，所述第二输入匹配级包括：电感L2、电感LS2，电容C2，所述电感L2的第 一端与电容C2的第一端相连，共同作为第二输入匹配级的A2。端；所述电感L2的第二端与 电感LS2的第一端相连，共同作为第二输入匹配级的B2。端；所述电容C2的第二端与电感LS2 的第二端相连，共同作为第二输入匹配级的D2。端，所述D2。端接地。 进一步地，所述第二共栅极包括：NM0S晶体管M2以及第二耦合电容，所述NM0S晶 体管M2的漏极作为第二共栅极的B21端，所述NM0S晶体管Μ2的源极作为第二共栅极的A21 端，所述NM0S晶体管％的栅极与第二耦合电容的第一端相连，第二耦合电容的第二端作为 第一二共栅极的D21端。 进一步地，所述第二有源反馈级包括：NM0S晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线性化宽带低噪声放大器，其特征在于，包括：第一输入匹配级、第二输入匹配级、第一共栅级、第二共栅级、第一有源反馈级、第二有源反馈级、第一负载级、第二负载级、第一输入端、第二输入端、第一输出端以及第二输出端；所述第一输入端与第一输入匹配级的A10端相连，所述第一输入匹配级的D10端接地，所述第一输入匹配级的B10端与第一共栅级的A11端相连，所述第一共栅级的B11端与第一输出端相连，所述第一共栅级的D11端与第二输入匹配级的B20端相连；所述第一负载级的第一端与第一输出端相连，所述第一负载级的第二端接电源VDD，所述第一有源反馈级的A12端接电源VDD，所述第一有源反馈级的B12端与第一输出端相连，所述第一有源反馈级的E12端与第二输入匹配级的B20端相连，所述第一有源反馈级的D12端接地；所述第二输入端与第二输入匹配级的A20端相连，所述第二输入匹配级的D20端接地，所述第二输入匹配级的B20端与第二共栅极的A21端相连，所述第二共栅级的B21端与第二输出端相连，所述第二共栅级的D21端与第一输入匹配级的B10端相连；所述第二负载级的第一端与第二输出端相连，所述第二负载级的第二端接电源VDD，所述第二有源反馈级的A22端接电源VDD，所述第二有源反馈级的B22端与第二输出端相连，所述二有源反馈级的E22端与第一输入匹配级的B10端相连，所述第二有源反馈级的D22端接地。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭本青，陈俊，王耀，金海焱，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51