一种消除非线性的低噪声放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种消除非线性的低噪声放大器，包括输入匹配电路、放大电路、非线性消除电路、噪声消除电路和输出匹配电路，非线性消除电路通过流复用电感Lc、第一耦合电容C2连接放大电路，实现了三阶非线性项的抵消；噪声消除电路的第二耦合电容C3连接到放大电路的一端，消除第一NMOS管M1的噪声，并增强了电路的跨导；输入匹配电路采用LC谐振结构调谐工作频率，提高射频信号输入匹配度。本发明专利技术在获得较好的增益和输入匹配度的同时，有效地改善了低噪声放大器的线性度和噪声系数，可用于射频收发芯片中。

【技术实现步骤摘要】
一种消除非线性的低噪声放大器
本专利技术属于微电子
，更进一步涉及射频集成电路
中的一种消除非线性的低噪声放大器。本专利技术可用于无线通信系统的射频接收机，对接收到的6GHz射频信号的幅度进行放大。
技术介绍
作为射频接收机前端的第一个有源放大电路，低噪声放大器的增益越高，输出的射频信号的幅度越大，对后级电路噪声的抑制能力也就越强；同时需要不断降低低噪声放大器的噪声，提高信噪比，从而增强整个接收机的灵敏度；此外，为了防止不同频率信号交调对电路性能的影响，必须提高低噪声放大器的线性度，避免信号的失真，而线性度的提高会在一定程度上造成增益的恶化；同时，低噪声放大器的输入匹配特性也会对其噪声性能造成影响。所以，在设计接收机电路的时候，要求权衡低噪声放大器各方面性能参数，在满足增益和输入匹配度的要求同时，提高线性度和噪声性能。上海韦玏微电子有限公司在其申请的专利文献“低噪声放大器”(申请号201710026217.3，公开号CN108306623A，公开日2018.07.20)中公开了一种低功耗的低噪声放大器电路。该低噪声放大器电路包括放大器基本电路和旁路电路，旁路电路与放大器基本电路并联连接，放大器基本电路包括输入端电路和输出端电路。该低噪声放大器增设旁路电路，在低噪声放大器具体应用过程中，如果输入信号足够大，不需要放大处理接收端，就能够识别并切换到旁路模式以节省耗电，达到降低功耗的效果。但是，该低噪声放大器仍然存在的不足之处在于，该低噪声放大器的基本电路采用简单共源共栅结构，这种共源共栅结构的线性度较差，并且该低噪声放大器的旁路电路在小信号高频段工作时，由于电路寄生效应的影响，会造成输入匹配性能的恶化和信号的衰减，难以满足射频接收芯片所需的功能。杭州中科微电子有限公司在其申请的专利文献“一种高线性度的低噪声放大器”(申请号201910526423X，公开号CN110149096A，公开日2019.08.20)中公开了一种高线性度的低噪声放大器。该高线性度的低噪声放大器包括主放大器电路、辅助放大器电路以及cascode电路，cascode电路通过导线连接主放大器电路和辅助放大器电路，主放大器电路通过导线连接辅助放大器电路。主放大器电路通过处于低偏置状态的NMOS晶体管为电路提供一个具有正导数的跨导，辅助放大器电路通过PMOS晶体管提供一个具有负导数的跨导，并将主放大器电路的具有正导数的跨导在阈值内补偿为一个恒定的值，在低功率的情况下提高了线性度。但是，该高线性度的低噪声放大器的不足之处在于，该低噪声放大器的主放大器电路和辅助放大器连接时使用了额外的电感，同时其cascode电路需要偏置电阻来辅助实现电路功能，较多的器件限制了整体电路的尺寸，也会造成电路噪声性能恶化，带来更多的寄生效应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于CMOS工艺的有别于现有共源共栅结构的一种消除非线性的低噪声放大器，可以在满足匹配度和增益要求的同时，解决现有低噪声放大器线性度和噪声性能差的问题。实现本专利技术目的思路是：使用放大电路、非线性消除电路和噪声消除电路。利用非线性消除电路中的共源极结构，提供负的三阶非线性项，与放大电路中具有正三阶非线性项的共栅极结构连接，消除三阶非线性项，提高线性度；利用非线性消除电路中的电流复用结构实现共源极结构的自偏置，降低电路的面积和功耗；利用噪声消除电路消除放大电路中第一NMOS管M1的噪声，同时增强电路跨导。为了实现上述目的，本专利技术的一种消除非线性的低噪声放大器，包括连接在输入端Vin与放大电路的输入匹配网络、输出匹配网络、放大电路、非线性消除电路和噪声消除电路；所述输入匹配网络采用LC谐振结构；所述非线性消除电路包括电流复用电感Lc、第一耦合电容C2和第二NMOS管M2，所述电流复用电感Lc的一端连接第一NMOS管M1的漏端，另一端连接第二NMOS管M2的源端，所述第一耦合电容C2的两端分别连接到第一NMOS管M1的漏极和第二NMOS管M2的栅极；所述放大电路包括第一NMOS管M1和第一偏置电阻R1，第一偏置电阻R1的两端分别连接第一偏置电压Vbias1和第一NMOS管M1的栅端；所述噪声消除电路包括第三NMOS管M3、第二偏置电阻R2与第二耦合电容C3，第三NMOS管M3的源极连接公共地、漏极直接连接到输出端Vout，第二偏置电阻R2的两端分别连接在第三NMOS管M3的栅极和第二偏置电压Vbias2。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：第一，本专利技术的输入匹配网络采用LC谐振结构，LC谐振结构中的第一电感L1、输入耦合电容C1和第二耦合电容C3均连接第一NMOS管M1的源端，产生谐振，通过调节第一电感L1的取值，可以将低噪声放大器的工作频率调谐到6GHz，抑制带外干扰，克服了现有技术输入匹配度较差的问题，使得本专利技术具有较高的输入匹配特性，实现电路的最大功率传输，从而降低了放大器的噪声系数。第二，本专利技术在放大电路基础上增加了非线性消除电路，所述非线性消除电路中的电流复用电感Lc的一端连接放大电路第一NMOS管M1的漏端，另一端连接第二NMOS管的源端，第一耦合电容C2的两端分别连接第一NMOS管M1的源端和第二NMOS管M2的栅端；第二NMOS管M2产生负的三阶非线性项，放大电路的第一NMOS管M1产生正的三阶非线性项，两者分别连在电流复用电感Lc的两端形成了抵消作用，从而克服了现有技术的共源共栅结构导致线性度较差的问题，使得本专利技术提高了工作频率处的线性度。第三，本专利技术的放大电路基础上增加了噪声消除电路，噪声消除电路包括第二偏置电阻R2和第三NMOS管M3，第二偏置电阻R2的两端分别连接在第三NMOS管M3的栅极和第二偏置电压Vbias2，第三NMOS管M3的源端接到公共地，第三NMOS管M3的栅端通过第二耦合电容C3连接第一NMOS管M1的源端，消除了第一NMOS管M1的噪声，克服了现有技术的多个器件导致电路噪声性能恶化的问题，降低了本专利技术的噪声系数，同时通过跨导增强提高了放大器的增益，使得本专利技术提高了工作频率处的信噪比。附图说明图1是本专利技术的电原理图；图2是本专利技术的输入回波损耗的仿真结果图；图3是本专利技术的噪声系数的仿真结果图；图4是本专利技术的三阶交调特性的仿真结果图；具体实施方式：下面结合附图，对本专利技术做进一步的描述。参照图1对本专利技术总体电路结构拓扑进一步的描述。本专利技术包括连接在输入端Vin与放大电路的输入匹配电路、输出匹配网络、放大电路、非线性消除电路和噪声消除电路。所述输入阻抗匹配网络采用LC谐振结构，LC谐振结构包括输入电容C1、第一电感L1和第二耦合电容C3，所述输入电容C1、第一电感L1均连接第一NMOS管M1的源端，第一电感L1的另一端接公共地，输入电容C1的另一端连接输入端Vin；第二耦合电容C3的两端分别连接第一NMOS管M1的源端和第三NMOS管M3的栅端。通过调节第一电感L1的电感值，抵消电路的输入电容，从而提高输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消除非线性的低噪声放大器，包括连接在输入端Vin与放大电路的输入匹配网络和输出匹配网络，其特征在于：还包括放大电路、非线性消除电路和噪声消除电路；所述输入匹配网络采用LC谐振结构；所述非线性消除电路包括电流复用电感Lc、第一耦合电容C2和第二NMOS管M2，所述电流复用电感Lc的一端连接第一NMOS管M1的漏端，另一端连接第二NMOS管M2的源端，所述第一耦合电容C2的两端分别连接到第一NMOS管M1的漏极和第二NMOS管M2的栅极；所述放大电路包括第一NMOS管M1和第一偏置电阻R1，第一偏置电阻R1的两端分别连接第一偏置电压Vbias1和第一NMOS管M1的栅端；所述噪声消除电路包括第三NMOS管M3、第二偏置电阻R2与第二耦合电容C3，第三NMOS管M3的源极连接公共地、漏极直接连接到输出端Vout，第二偏置电阻R2的两端分别连接在第三NMOS管M3的栅极和第二偏置电压Vbias2。/n

【技术特征摘要】
1.一种消除非线性的低噪声放大器，包括连接在输入端Vin与放大电路的输入匹配网络和输出匹配网络，其特征在于：还包括放大电路、非线性消除电路和噪声消除电路；所述输入匹配网络采用LC谐振结构；所述非线性消除电路包括电流复用电感Lc、第一耦合电容C2和第二NMOS管M2，所述电流复用电感Lc的一端连接第一NMOS管M1的漏端，另一端连接第二NMOS管M2的源端，所述第一耦合电容C2的两端分别连接到第一NMOS管M1的漏极和第二NMOS管M2的栅极；所述放大电路包括第一NMOS管M1和第一偏置电阻R1，第一偏置电阻R1的两端分别连接第一偏置电压Vbias1和第一NMOS管M1的栅端；所述噪声消除电路包括第三NMOS管M3、第二偏置电阻R2与第二耦合电容C3，第三NMOS管M3的源极连接公共地、漏极直接连接到输出端Vout，第二偏置电阻R2的两端分别连接在第三NMOS管M3的栅极和第二偏置电压Vbias2。


2.根据权利要求1所述的一种消除非线性的低噪声放大器，其特征在于：所述LC谐振结构包括输入电容C1、第一电感L1和第二耦合电容C3，所述输入电容C1、第一电感L1均连接第一NMOS管M1的源端，第一电感L1的另一端接公共地，输入电容C1的另一端连接输入端Vin；第二耦合电容C3的两端分别连接第一NMOS管M1的源端和第三NMOS管M3的栅端...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振荣，张新雨，王泽渊，杨艳梅，庄奕琪，刘帅，
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