一种增益可调的CMOS宽带低噪声放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种增益可调的CMOS宽带低噪声放大器，包括主增益级电路、输入阻抗匹配电路、增益控制级电路以及反馈电容单元。本发明专利技术通过控制尾电流源的导通产生可编程的电压，该编程电压加在主增益级电路共栅管的栅极，改变了该共栅管的跨导，进一步改变共源管的栅源电压，使得共源管的跨导改变，这样输入级的共源共栅管的跨导和产生了变化，最终改变了输入匹配以产生不同的放大增益，同时引入输出到输入的反馈电容，来补偿不同调节电压时的输入匹配，通过合理的规划编程电压和反馈电容，可以实现宽带匹配和低噪声放大器的精确增益步进。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于CMOS集成电路
，具体涉及一种增益可调的CMOS宽带低噪声放大器。
技术介绍
无线通信是当前发展最快的技术之一。近十年来，随着个人通信系统及数字电视、广播得到了迅猛的发展，人们对射频前端收发机的研究进入白热化的状态。由于通信数据量的不断提升，多模多频与宽带通信正逐渐成为一种趋势。多模多频接收机需要兼容多个频点，频率覆盖范围广。这就对超宽带接收机的低噪声放大器提出了更高的要求，要求实现在多模多频点的噪声匹配和信号低噪声放大。与此同时，随着无线通信技术和集成电路设计工艺的发展，市场用户对低噪声放大器的低成本、低功耗、小面积和高性能等指标提出了更高的要求。在宽带接收机系统中，宽带低噪声放大器是一个非常重要的模块，它必须在很宽的频带范围内提供一定的增益并尽可能少的引入噪声，其噪声系数、增益、线性度及功耗等指标直接影响着接收机的性能。所以，宽带低噪声放大器是宽带接收机系统设计的关键技术之一。现有的宽带低噪声放大器一般采用无源滤波器来实现输入阻抗匹配，采用这种宽带匹配结构来实现的增益可变的宽带低噪声放大器，其优点在于放大器可以达到很宽的带宽、平坦的增益和较优的噪声性能；缺点是需要很多无源元件，如果这些无源元件在片内实现，将会占用大量的芯片面积，极大的增加芯片制造成本，而且在片实现的无源元件特别是电感的品质因数较差，会恶化放大器的噪声性能，如果这些无源元件采用片外实现，则不利于芯片的单片集成。有些集成电路设计工艺不提供电感工艺，所以只能采用片外匹配。现有的另一种宽带低噪声放大器常采用反馈结构来实现输入宽带阻抗匹配。如蔡述婷等在标题为一种基于噪声抵消技术的宽带低噪声放大器(微电子学，2009，39(4):516-519)的文献中设计的宽带低噪声放大器，能够实现较好的噪声系数、增益及线性度，可应用与DRM全频段和DAB(BandIII)频段的调谐器芯片的接收端。但是整个电路的设计仅满足于单端应用，并且不能进行增益调节。此外，公开号为CN101741316B的中国专利提出了采用反馈结构的增益可变的宽带低噪声放大器，在采用反馈结构的基础上增加了一种信号合成单元，并通过调节外部输入电压来控制射频低噪声放大器的增益，电路结构具有提高低噪声放大器的线性度，降低了系统对后级电路的动态范围的要求等优点；但是电路结构中大量用到了电感，难以在片全集成，并且通过调节外部输入电压来控制射频低噪声放大器的增益，该电路结构在实际应用时控制电压如何精确产生也是问题之一。
技术实现思路
针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本专利技术提供了一种增益可调的CMOS宽带低噪声放大器，电路结构由MOS管、电容和电阻组成，所采用各个单元都易于集成电路实现，片内无集成电感，极大的减小了芯片面积，在实现增益可调的情况下也能保证一定的噪声系数。一种增益可调的CMOS宽带低噪声放大器，包括：主增益级电路、输入阻抗匹配电路、增益控制级电路以及两个反馈电容单元；其中：所述的输入阻抗匹配电路用于将天线输入的单端信号转换成一对差分信号，使所述宽带低噪声放大器在设定的频率范围内满足输入阻抗匹配要求；所述的主增益级电路用于对上述两路差分信号进行低噪声放大，其采用全差分的电阻并联反馈拓扑结构，以电阻作为并联反馈元件连接至其内部共源管的栅极；所述的增益控制级电路用于对主增益级电路的增益进行调节，其根据外部输入的n位电平信号来选通尾电流源以产生不同的增益控制电压，该增益控制电压施加在主增益级电路中共栅管的栅极，进一步改变共源管的栅源电压，使得主增益级电路中共源管与共栅管的跨导和产生变化，进而改变主增益级电路的输入匹配以产生不同的放大增益，n为大于1的自然数；所述的反馈电容单元根据外部输入的n位电平信号选通内部的电容开关支路，引入电容反馈，以补偿主增益级电路在不同增益控制电压下的输入匹配。所述的输入阻抗匹配电路包括五个电容C1～C5、四个电感L1～L4和一个变压器；其中，电感L1的一端接天线输入的单端信号，电感L1的另一端与电容C1的一端以及电感L2的一端相连，电感L2的另一端与电容C2的一端以及电容C3的一端相连，电容C3的另一端与变压器原边绕组的一端相连，变压器原边绕组的另一端与电容C1的另一端以及电容C2的另一端相连并接地，变压器副边绕组的一端与电容C4的一端相连，变压器副边绕组的另一端与电容C5的一端相连，电容C4的另一端与电感L3的一端相连，电容C5的另一端与电感L4的一端相连，电感L3和L4的另一端分别产生一对差分信号。所述的主增益级电路包括三个PMOS管P1～P3、六个NMOS管N1～N6、六个隔直电容CH1～CH6、八个电阻R1～R8以及并联反馈电阻Rfn和Rfp；其中，PMOS管P1的源极接电源电压，PMOS管P1的栅极接使能信号ENB，ENB为外部电路提供的使能信号EN经反相器后形成的与EN相位互补的使能信号，PMOS管P1的漏极与PMOS管P2的源极、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电阻R7的一端、电阻R6的一端以及PMOS管P3的源极相连，PMOS管P2的栅极与电阻R1的一端以及隔直电容CH1的一端相连，电阻R1的另一端接增益控制级电路提供的增益控制电压，PMOS管P2的漏极与并联反馈电阻Rfn的一端、隔直电容CH3的一端以及NMOS管N1的漏极相连，电阻R2的另一端与隔直电容CH3的另一端以及NMOS管N2的栅极相连，电阻R3的另一端与NMOS管N2的漏极相连，电阻R7的另一端与NMOS管N4的漏极相连，电阻R6的另一端与隔直电容CH6的一端以及NMOS管N4的栅极相连，PMOS管P3的漏极与并联反馈电阻Rfp的一端、隔直电容CH6的另一端以及NMOS管N6的漏极相连，PMOS管P3的栅极与电阻R5的一端以及隔直电容CH4的一端相连，电阻R5的另一端接增益控制级电路提供的增益控制电压，隔直电容CH1的另一端与并联反馈电阻Rfn的另一端、NMOS管N1的栅极以及隔直电容CH2的一端相连并接输入阻抗匹配电路产生的一路差分信号，隔直电容CH4的另一端与并联反馈电阻Rfp的另一端、NMOS管N6的栅极以及隔直电容CH5的一端相连并接输入阻抗匹配电路产生的另一路差分信号，隔直电容CH2的另一端与NMOS管N3的栅极、NMOS管N5的栅极以及隔直电容CH5的另一端相连并接增益控制级电路提供的偏置电压，NMOS管N1的源极和NMOS管N6的源极均接地，NMOS管N2的源极与NMOS管N3的漏极相连并产生一路低噪声放大后的差分信号，NMOS管N4的源极与NMOS管N5的漏极相连并产生另一路低噪声放大后的差分信号，NMOS管N3的源极与电阻R4的一端相连，NMOS管N5的源极与电阻R8的一端相连，电阻R4的另一端和电阻R8的另一端均接地；PMOS管P2和P3为共栅管，NMOS管N1和N6为共源管。所述的增益控制级电路包括n路尾电流源、六个PMOS管MP1～MP6以及四个NMOS管MN1～MN4；其中，PMOS管MP1的源极与PMOS管MP6的源极、PMOS管MP4的源极以及PMOS管MP5的源极相连，PMOS管MP1的栅极与PMOS管MP6的漏极以及PMOS管MP2的源极相连，PMOS管MP6的栅极接外部电路提供的使能信号EN，PMOS管MP2的栅极接使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增益可调的CMOS宽带低噪声放大器，其特征在于：包括主增益级电路、输入阻抗匹配电路、增益控制级电路以及两个反馈电容单元；其中：所述的输入阻抗匹配电路用于将天线输入的单端信号转换成一对差分信号，使所述宽带低噪声放大器在设定的频率范围内满足输入阻抗匹配要求；所述的主增益级电路用于对上述两路差分信号进行低噪声放大，其采用全差分的电阻并联反馈拓扑结构，以电阻作为并联反馈元件连接至其内部共源管的栅极；所述的增益控制级电路用于对主增益级电路的增益进行调节，其根据外部输入的n位电平信号来选通尾电流源以产生不同的增益控制电压，该增益控制电压施加在主增益级电路中共栅管的栅极，进一步改变共源管的栅源电压，使得主增益级电路中共源管与共栅管的跨导和产生变化，进而改变主增益级电路的输入匹配以产生不同的放大增益，n为大于1的自然数；所述的反馈电容单元根据外部输入的n位电平信号选通内部的电容开关支路，引入电容反馈，以补偿主增益级电路在不同增益控制电压下的输入匹配。

【技术特征摘要】
1.一种增益可调的CMOS宽带低噪声放大器，其特征在于：包括主增益级电路、输入阻抗匹配电路、增益控制级电路以及两个反馈电容单元；其中：所述的输入阻抗匹配电路用于将天线输入的单端信号转换成一对差分信号，使所述宽带低噪声放大器在设定的频率范围内满足输入阻抗匹配要求；所述的主增益级电路用于对上述两路差分信号进行低噪声放大，其采用全差分的电阻并联反馈拓扑结构，以电阻作为并联反馈元件连接至其内部共源管的栅极；所述的增益控制级电路用于对主增益级电路的增益进行调节，其根据外部输入的n位电平信号来选通尾电流源以产生不同的增益控制电压，该增益控制电压施加在主增益级电路中共栅管的栅极，进一步改变共源管的栅源电压，使得主增益级电路中共源管与共栅管的跨导和产生变化，进而改变主增益级电路的输入匹配以产生不同的放大增益，n为大于1的自然数；所述的反馈电容单元根据外部输入的n位电平信号选通内部的电容开关支路，引入电容反馈，以补偿主增益级电路在不同增益控制电压下的输入匹配。2.根据权利要求1所述的CMOS宽带低噪声放大器，其特征在于：所述的输入阻抗匹配电路包括五个电容C1～C5、四个电感L1～L4和一个变压器；其中，电感L1的一端接天线输入的单端信号，电感L1的另一端与电容C1的一端以及电感L2的一端相连，电感L2的另一端与电容C2的一端以及电容C3的一端相连，电容C3的另一端与变压器原边绕组的一端相连，变压器原边绕组的另一端与电容C1的另一端以及电容C2的另一端相连并接地，变压器副边绕组的一端与电容C4的一端相连，变压器副边绕组的另一端与电容C5的一端相连，电容C4的另一端与电感L3的一端相连，电容C5的另一端与电感L4的一端相连，电感L3和L4的另一端分别产生一对差分信号。3.根据权利要求1所述的CMOS宽带低噪声放大器，其特征在于：所述的主增益级电路包括三个PMOS管P1～P3、六个NMOS管N1～N6、六个隔直电容CH1～CH6、八个电阻R1～R8以及并联反馈电阻Rfn和Rfp；其中，PMOS管P1的源极接电源电压，PMOS管P1的栅极接使能信号ENB，ENB为外部电路提供的使能信号EN经反相器后形成的与EN相位互补的使能信号，PMOS管P1的漏极与PMOS管P2的源极、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电阻R7的一端、电阻R6的一端以及PMOS管P3的源极相连，PMOS管P2的栅极与电阻R1的一端以及隔直电容CH1的一端相连，电阻R1的另一端接增益控制级电路提供的增益控制电压，PMOS管P2的漏极与并联反馈电阻Rfn的一端、隔直电容CH3的一端以及NMOS管N1的漏极相连，电阻R2的另一端与隔直电容CH3的另一端以及NMOS管N2的栅极相连，电阻R3的另一端与NMOS管N2的漏极相连，电阻R7的另一端与NMOS管N4的漏极相连，电阻R6的另一端与隔直电容CH6的一端以及NMOS管N4的栅极相连，PMOS管P3的漏极与并联反馈电阻Rfp的一端、隔直电容CH6的另一端以及NMOS管N6的漏极相连，PMOS管P3的栅极与电阻R5的一端以及隔直电容CH4的一端相连，电阻R5的另一端接增益控制级电路提供的增益控制电压，隔直电容CH1的另一端与并联反馈电阻Rfn的另一端、NMOS管N1的栅极以及隔直电容C...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴秀山，韩建强，俞丙威，王艳智，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33