高线性度低噪声放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种高线性度低噪声放大器电路，主要解决现有技术线性度较差的问题。其包括：第一级放大电路A1、第二级放大电路A2，两级电路之间采用电容C1耦合。第一级放大电路A1主要由两个NPN双极型晶体管Q1、Q2构成的共射共基结构以及第一负载阻抗网络Z1和第一偏置电阻R1组成，第二级放大电路A2主要由两个NMOS管M1、M2构成的共源共栅结构以及第二负载阻抗网络Z2和第二偏置电阻R2组成。本发明专利技术与传统的双极型晶体管级联结构低噪声放大器相比，由于级联电路结构不同所产生的三阶非线性项大小不同，可获得更高的输入三阶截取点，有效改善了低噪声放大器的线性度，可用于无线通信接收机前端芯片中。

High Linearity Low Noise Amplifier

【技术实现步骤摘要】
高线性度低噪声放大器
本专利技术属于射频集成电路
，特别涉及一种高线性度低噪声放大器，可用于无线通信接收机前端芯片中。
技术介绍
低噪声放大器作为无线通信接收机中的第一个有源模块，在整个系统中起到重要作用。从天线接收到的微弱信号需要经过低噪声放大器进行放大，再送到后级射频模块以及基带电路进行处理。为了保证后级模块能正确处理信号，低噪声放大器必须引入尽可能低的噪声，同时实现合理的增益以及线性度。由于在射频通路中可能包含多种频率不同的信号，这些信号之间极易发生互调和交调，这就需要低噪声放大器不能只关注噪声性能，更需要具有足够高的线性度，以使其能在接收到较大干扰信号的同时线性放大有用信号。现有的级联结构低噪声放大器，如图1，其第一级和第二级都采用双极型晶体管，在获得高增益以及高隔离度等方面具有较大的优势，但是由于级联电路特性以及双极型晶体管自身电流指数特性的限制，其线性度通常难以满足需求。该两级级联低噪声放大器的输入三阶截取点可以表示为：其中AIP3,1和AIP3,2分别表示第一级和第二级的输入三阶截取点，α1为低噪声放大器的第一级电压增益。可以看出，传统级联电路必然会导致线性度指标的恶化，而为了提高线性度，通常需要采取多栅技术、负反馈技术以及提高偏置电流等方式，但这些传统手段同时会增加电路功耗、恶化噪声性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术不足，提出一种有别于现有两级级联结构的高线性度低噪声放大器，以在保证电路高增益的同时提高低噪声放大器的线性度，弱化电路的功耗和噪声。为实现上述目的，本专利技术的高线性度低噪声放大器，包括：第一级放大电路A1和第二级放大电路A2，两级电路之间采用电容C1耦合，其特征在于：所述第一级放大电路A1，包括：两个NPN双极型晶体管Q1、Q2、第一负载阻抗网络Z1、第一偏置电阻R1；该第一双极型晶体管Q1，其基极通过第一偏置电阻R1连接到偏置电压VB1，其发射极接地GND，其集电极与第二双极型晶体管Q2的发射极相接；该第二双极型晶体管Q2，其基极接电源VDD，其集电极通过第一负载阻抗网络Z1连接到电源VDD，这两个NPN双极型晶体管Q1、Q2构成共射共基结构，用于对来自天线的输入信号进行放大；所述第二级放大电路A2，包括：两个NMOS管M1、M2、第二负载阻抗网络Z2、第二偏置电阻R2；该第一NMOS管M1，其源极接地GND，栅极通过第二偏置电阻R2连接到偏置电压VB2，漏极与第二NMOS管M2的源极相接；该第二NMOS管M2，其栅极接电源VDD，漏极通过第二负载阻抗网络Z2连接到电源VDD，这两个NMOS管M1、M2构成共源共栅结构，用于对第一级A1的输出信号进行放大。进一步，所述第一级放大电路A1中的两个NPN双极型晶体管Q1、Q2工作在正向放大区。进一步，所述第二级放大电路A2中的两个NMOS管M1、M2工作在饱和区。进一步，所述第二负载阻抗网络Z2的实部在40～60欧姆范围通过调节确定，以满足输出阻抗匹配的要求。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1)本专利技术低噪声放大器的两级放大电路分别采用NPN双极型晶体管和NMOS管，在不显著增加电路面积和制造成本的同时，利用级联电路结构的不同和三阶非线性项大小的不同，可获得更高的输入三阶截取点，有效地改善了低噪声放大器的线性度。2)本专利技术由于采用自身工作电流较小的MOS管作为第二级放大电路的NMOS管，相比于传统双极型晶体管级联结构降低了功耗。附图说明图1是现有的级联结构低噪声放大器结构示意图；图2是本专利技术高线性度低噪声放大器电路原理图；图3是本专利技术中第一级放大电路A1的二阶、三阶非线性系数仿真曲线图；图4是本专利技术中第二级放大电路A2的二阶、三阶非线性系数仿真曲线图；图5是本专利技术高线性度低噪声放大器的三阶交调点IIP3仿真曲线图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的实施例及效果做进一步详细描述。参照图2，本专利技术包括第一级放大电路A1、第二级放大电路A2，两级电路之间采用电容C1耦合。其中：所述第一级放大电路A1，包括：两个NPN双极型晶体管Q1、Q2工作在正向放大区并构成共射共基结构，用于对输入信号进行放大，第一负载阻抗网络Z1用于使第一级放大电路A1拥有合理的增益，第一偏置电阻R1用于保证两个NPN双极型晶体管Q1、Q2位于对应工作点；该第一双极型晶体管Q1，其基极通过第一偏置电阻R1连接到偏置电压VB1，其发射极接地GND，其集电极与第二双极型晶体管Q2的发射极相接；该第二双极型晶体管Q2，其基极接电源VDD，其集电极通过第一负载阻抗网络Z1连接到电源VDD。所述第二级放大电路A2，包括：两个NMOS管M1、M2工作在饱和区并构成共源共栅结构，用于对第一级A1的输出信号进行放大，第二负载阻抗网络Z2的实部在40～60欧姆范围通过调节确定以满足输出阻抗匹配的要求，第二偏置电阻R2保证两个NMOS管M1、M2位于对应工作点；该第一NMOS管M1，其源极接地GND，栅极通过第二偏置电阻R2连接到偏置电压VB2，漏极与第二NMOS管M2的源极相接；该第二NMOS管M2，其栅极接电源VDD，漏极通过第二负载阻抗网络Z2连接到电源VDD。本实例的工作原理如下：第一级放大电路A1接收到输入端RFin的信号，通过第一偏置电阻R1调节两个双极型晶体管Q1、Q2的工作电位，第一负载阻抗网络Z1用于使第一级放大电路A1拥有合理的增益，通过两个双极型晶体管Q1、Q2对信号进行放大后传输到第二级放大电路A2。这两个NPN双极型晶体管Q1、Q2的集电极静态电流具有指数特性，其中IS是集电极饱和电流，VBE是基极-发射极电压，VT是热电压。由于输入信号的增加会使得有源器件偏离静态工作点，这将直接导致非线性的产生，其小信号输出电流可以通过泰勒展开表示为：其中Vbe是输入小信号基极-发射极电压，为第一级放大电路A1小信号输出电流泰勒展开式的一阶项，为第一级放大电路A1小信号输出电流泰勒展开式的二阶非线性项，为第一级放大电路A1小信号输出电流泰勒展开式的三阶非线性项。第二级放大电路A2接收到来自第一级放大电路A1输出的信号，通过第二偏置电阻R2调节两个NMOS管M1、M2的工作电位，利用第二载负载阻抗网络Z2进行阻抗匹配，通过两个NMOS管M1、M2对信号进行放大后通过输出端RFout进行输出。由于晶体管特征尺寸不断缩小，短沟道效应的影响加剧，NMOS管饱和区电流公式可以表示为：其中是第一NMOS管M1的宽长比，μ0是电子迁移率，Cox是栅氧化层单位面积电容，VGS是第一NMOS管M1的栅源电压，VTN是阈值电压，θ是固定缩放因子。小信号输出电流可以通过泰勒展开表示为：其中Vgs是输入小信号栅源电压，为第二级放大电路A2小信号输出电流泰勒展开式的一阶项,为第二级放大电路A2小信号输出电流泰勒展开式的二阶非线性项，为第二级放大电路A2小信号输出电流泰勒展开式的三阶非线性项。对于本专利技术的级联电路，第一级放大电路A1输出到第二级放大电路A2的小信号电压可以表示为：第二级放大电路A2输出到输出端RFout的小信号电压可以表示为：将<1>式代入<2>式中，可得化简可得：低噪声放大器的三阶截取点可以表示为：本专利技术的效果可通过以下仿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高线性度低噪声放大器，包括第一级放大电路A1、第二级放大电路A2，两级电路之间采用电容C1耦合，其特征在于：所述第一级放大电路A1，包括：两个NPN双极型晶体管Q1、Q2、第一负载阻抗网络Z1、第一偏置电阻R1；该第一双极型晶体管Q1，其基极通过第一偏置电阻R1连接到偏置电压VB1，其发射极接地GND，其集电极与第二双极型晶体管Q2的发射极相接；该第二双极型晶体管Q2，其基极接电源VDD，其集电极通过第一负载阻抗网络Z1连接到电源VDD，这两个NPN双极型晶体管Q1、Q2构成共射共基结构，用于对来自天线的输入信号进行放大；所述第二级放大电路A2，包括：两个NMOS管M1、M2、第二负载阻抗网络Z2、第二偏置电阻R2；该第一NMOS管M1，其源极接地GND，栅极通过第二偏置电阻R2连接到偏置电压VB2，漏极与第二NMOS管M2的源极相接；该第二NMOS管M2，其栅极接电源VDD，漏极通过第二负载阻抗网络Z2连接到电源VDD，这两个NMOS管M1、M2构成共源共栅结构，用于对第一级A1的输出信号进行放大。

【技术特征摘要】
1.一种高线性度低噪声放大器，包括第一级放大电路A1、第二级放大电路A2，两级电路之间采用电容C1耦合，其特征在于：所述第一级放大电路A1，包括：两个NPN双极型晶体管Q1、Q2、第一负载阻抗网络Z1、第一偏置电阻R1；该第一双极型晶体管Q1，其基极通过第一偏置电阻R1连接到偏置电压VB1，其发射极接地GND，其集电极与第二双极型晶体管Q2的发射极相接；该第二双极型晶体管Q2，其基极接电源VDD，其集电极通过第一负载阻抗网络Z1连接到电源VDD，这两个NPN双极型晶体管Q1、Q2构成共射共基结构，用于对来自天线的输入信号进行放大；所述第二级放大电路A2，包括：两个NMOS管M1、M2、第二负载阻抗网络Z2、第二偏置电阻R2；该第一NMOS管M1，其源极接地GND，栅极通过第二偏置电阻R2连接到偏置电压VB2，漏极与第二NMOS管M2的源极相接；该第二NMOS...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振荣，王泽渊，段艺明，刘爽，李臻，庄奕琪，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61