一种噪声前馈相消的宽带放大器制造技术

本发明专利技术提出了一种低成本、小型化、高增益、低噪声的宽带射频放大器，在双通路前馈噪声相消结构的基础上，通过将第一级输出连接到第二级共栅晶体管的栅极来增加一个通路，使得在保证噪声相消的前提下，可以大大提高放大器的整体增益。通过一个附加的前馈通路，放大器增益可以达到20dB以上，同时放大器的噪声系数由于噪声相消的原因保持的很低。并且，所述放大器可以完全由晶体管和电阻组成，制作成本极低，且没有采用电感等比较占用封装面积的元件，实现了小型化。

A Noise Feedforward Cancellation Broadband Amplifier

The invention provides a low-cost, miniaturized, high-gain and low-noise broadband RF amplifier. On the basis of the dual-channel feedforward noise cancellation structure, a channel is added by connecting the first output to the gate of the second stage cascade transistor, so that the noise cancellation can be guaranteed and greatly improved. The overall gain of the amplifier. Through an additional feedforward path, the gain of the amplifier can reach more than 20 dB, while the noise figure of the amplifier remains very low due to noise cancellation. Moreover, the amplifier can be made up of transistors and resistors completely, and the cost of fabrication is very low, and there are no components such as inductors which occupy the encapsulation area comparatively, thus realizing miniaturization.

【技术实现步骤摘要】
一种噪声前馈相消的宽带放大器
本专利技术涉及信号处理领域，尤其涉及一种噪声前馈相消的宽带放大器。
技术介绍
放大器是几乎所有的射频收发系统所必不可少的一个功能模块。在模拟线缆(50-850MHz)、数字卫星电视(950-2150MHz)、数字地面电视(450-850MHz)、模拟及数字收音系统(76-210MHz)中，普遍在接收端需要一个宽带放大器用于信号的接收放大处理，该宽带放大器一般采用CMOS晶体管以及电阻来组成，其带宽和中心频率的比值可以大于1。但晶体管和电阻都会带来很大的噪声，从而严重影响接收系统的信噪比，降低接收系统的灵敏度。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。图1示出了现有技术中一典型的射频放大器电路，如图所示，其采用栅极串联电感、源极衰减电感以及负载电容电感谐振网络来实现具备高增益、低噪声系数的放大器。其中，电感L1不仅能和输入晶体管寄生电容相调谐，同时也提供了一定的无源电压增益，降低了输入等效噪声；电感L2为源极衰减电感，在提供输入匹配的同时也可以大大降低晶体管M1的电流噪声；电感L3同电容C2相谐振，不仅提供高增益的输出阻抗，同时提供阻抗变换，将内部的高阻抗变换到模块外部的参考阻抗(通常是50欧姆)。但上述放大器有如下缺点：首先，电感电容谐振网络可以提供一个高增益的带通或带阻功能，但带宽较窄；其次，电感占用了大量的芯片内部面积，提高了成本；最后，由于所有工艺都存在一定的偏差，窄带宽会带来一定的性能下降。对于目前需求越来越大的多模接收机来说，若采用窄带低噪声放大器，则需要多个窄带低噪声放大器，消耗的芯片面积大。而CMOS工艺的进步使得宽带低噪声放大器的设计能够满足超宽带范围内所有信号的接收，适合于多模收发机和软件无线电的应用，但是相比于窄带低噪声放大器，传统宽带低噪声放大器的噪声性能远不如窄带低噪声放大器。因此，亟需一种具足够高的功率增益和尽可能低的噪声系数、并且体积尽可能小的宽带放大器来满足目前射频处理的需求。
技术实现思路
本专利技术结合噪声抵消和负反馈通道技术，提出了一种噪声前馈相消的宽带低噪声放大器的电路结构，实现了放大器电路的宽工作频段、低噪声、小型化、低成本等优点。为了达到本专利技术目的，本专利技术实施例提供了一种噪声前馈相消的宽带放大器，其特征在于：所述放大器包括第一电流源、第二电流源、晶体管M1a、M1b、M2a、M2b、M3，第一电容、第一电阻、第二电阻；其中，第一电流源的输出端连接到晶体管M1b的源极，晶体管M1b的栅极与晶体管M1a的栅极以及第一电阻的第一端相连接，并且连接节点作为射频输入端口；晶体管M1b的漏极与晶体管M1a的漏极以及第一电阻的第二端相连接；第一电阻的第二端还经由依次串接的第一电容和第二电阻与电源电压输入端相连接；晶体管M3的漏极与电源电压输入端相连连，其栅极连接到第一电容和第二电阻的连接节点，其源极连接到射频输出端口以及晶体管M2b的漏极；第二电流源的输出端连接到晶体管M2b的漏极，晶体管M2b的栅极接偏置电压，晶体管M2b的源极连接到晶体管M2a的漏极，晶体管M2a的栅极连接到晶体管M1a的栅极，晶体管M2a的源极接地；并且，将晶体管M2b的栅极经由耦合路径连接到第一电容和第二电阻的连接点；所述放大器通过多路径噪声前馈通路进行噪声抵消，从而降低放大器的噪声系数。进一步的，所述耦合路径包括以下方式之一：直接连接、经由电阻连接、经由一并联的电阻电容连接、经由一串联的电感电容连接、经由一电感连接。进一步的，晶体管M2a配置为共源或者共射放大管，晶体管M2b配置为共栅放大管或者共基放大管。进一步的，所述第一电流源和第二电流源采用镜像电流源或电流泵，所述电流源具备过流保护模块。进一步的，所述射频输入端口和射频输出端口均连接有一接地滤波电容，晶体管M1b的源极连接有一接地电容。通过本专利技术提供的方案，提供了一种低成本、小型化、高增益、低噪声的宽带射频放大器，其有益效果包括：(1)可以完全由晶体管和电阻组成，制作成本极低，且没有采用电感等比较占用封装面积的元件，实现了小型化；(2)在双通路前馈噪声相消结构的基础上，通过将第一级输出连接到第二级共棚晶体管的栅极来增加一个通路，在保证噪声相消的前提下，可以大大提高放大器的整体增益。通过一个附加的前馈通路，放大器增益可以达到20dB以上，同时放大器的噪声系数由于噪声相消的原因保持的很低。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本专利技术的技术方案，并不构成对本专利技术技术方案的限制。图1为现有技术中一典型的射频放大器电路图；图2为本专利技术一实施例提供的双通路噪声前馈相消的放大器电路；图3为本专利技术的放大器电路的原理图；图4为本专利技术一实施例提供的改进的三通路噪声前馈相消的放大器电路。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。如图2所示，其示出了一种双通道噪声前馈相消的宽带放大器电路。该放大器完全由晶体管和电阻组成，没有采用电感等比较占用面积的元件。其中，晶体管M1a和M1b、电阻R组成了放大器A1，提供第一级放大器增益，电阻R2和C2为级间耦合电路，晶体管M3为源极跟随电路，提供第一级放大器到输出端OUT的隔离以及输出匹配，晶体管M2a和M2b组成放大器A2。其中A1和M3组成负增益前馈通路，A1和A2组成正增益前馈通路，当两个独立通路满足一定条件时，晶体管的M1a和M1b的电流噪声会完全相抵消，因此整体放大器的噪声系数会大大减小。具体原理如图3所示，gm，i表示晶体管M1a和M1b的跨导，该晶体管的电流噪声电流会在节点X和Y分别产生噪声电压Vx，n和Vy，n，所以输出总噪声电压等于：Vout，n＝t1*In*(R+Rs+A*Rs)其中，Vout，n为输出总噪声电压，t1为介于0和1之间的一个数值，In为晶体管的噪声电流，Rs为源阻抗，一般等于50欧姆，A为上图中放大器的增益，由上式可知，当放大器增益满足下式时，输出噪声电压等于零：A＝-(R+Rs)/Rs此时放大器的增益约为(gm，m1a+gm，m1b)*R，gm，m1a和gm，m1b分别是晶体管M1a和M1b的跨导。具体结合图2的实际放大器电路，A＝gm，m2a/gm，m3，其中gm，m2a和gm，m3分别是晶体管M2a和M3的跨导，由于输出需匹配到参考50欧姆，因此gm，m3＝0.02S，由于M2a和M3电流相同，考虑到晶体管存在二次效应，跨导在深饱和区与电流成正比，通过提高宽长比已无法有效提高跨导，因此增益A一般最大为4～5，假设A＝-5，则R＝4*Rs＝200，由于第一条通路的增益远大于第二条通路增益，放大器整体增益约为(gm，m1a+gm，m1b)*R，一般小于20dB。上述放大器电路的噪声前馈相消技术充分利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种噪声前馈相消的宽带放大器电路，其特征在于：所述放大器电路包括第一电流源、第二电流源、晶体管M1a、M1b、M2a、M2b、M3，第一电容、第一电阻、第二电阻；其中，第一电流源的输出端连接到晶体管M1b的源极，晶体管M1b的栅极与晶体管M1a的栅极以及第一电阻的第一端相连接，并且连接节点作为射频输入端口；晶体管M1b的漏极与晶体管M1a的漏极以及第一电阻的第二端相连接；第一电阻的第二端还经由依次串接的第一电容和第二电阻与电源电压输入端相连接；晶体管M3的漏极与电源电压输入端相连，其栅极连接到第一电容和第二电阻的连接节点，其源极连接到射频输出端口以及晶体管M2b的漏极；第二电流源的输出端连接到晶体管M2b的漏极，晶体管M2b的栅极接偏置电压，晶体管M2b的源极连接到晶体管M2a的漏极，晶体管M2a的栅极连接到晶体管M1a的栅极，晶体管M2a的源极接地；并且，将晶体管M2b的栅极经由耦合路径连接到第一电容和第二电阻的连接点；所述放大器电路通过多路径噪声前馈通路进行噪声抵消来降低放大器的噪声系数。

【技术特征摘要】
1.一种噪声前馈相消的宽带放大器电路，其特征在于：所述放大器电路包括第一电流源、第二电流源、晶体管M1a、M1b、M2a、M2b、M3，第一电容、第一电阻、第二电阻；其中，第一电流源的输出端连接到晶体管M1b的源极，晶体管M1b的栅极与晶体管M1a的栅极以及第一电阻的第一端相连接，并且连接节点作为射频输入端口；晶体管M1b的漏极与晶体管M1a的漏极以及第一电阻的第二端相连接；第一电阻的第二端还经由依次串接的第一电容和第二电阻与电源电压输入端相连接；晶体管M3的漏极与电源电压输入端相连，其栅极连接到第一电容和第二电阻的连接节点，其源极连接到射频输出端口以及晶体管M2b的漏极；第二电流源的输出端连接到晶体管M2b的漏极，晶体管M2b的栅极接偏置电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晗，
申请(专利权)人：安徽矽磊电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34