一种噪声抵消低噪声放大器制造技术

本申请属于射频集成电路领域，具体的说，是涉及一种基于变压器无源电压增益的噪声抵消低噪声放大器，其包括第一晶体管和第二晶体管，处于共栅结构工作状态的第一晶体管的源极依次通过变压器和电容器后，与处于共源结构工作状态的第二晶体管的栅极相连，变压器将输入信号与第二晶体管之间进行耦合并进行电压放大，电容器起到隔离直流，耦合信号的作用；本申请引入变压器耦合结构，提供了无源的电压放大功能，从而降低了反相放大器设计中对共源结构晶体管跨导和增益的要求，降低了电路设计难度，使噪声抵消结构的低噪声放大器可以应用在更高的频段，如毫米波频段。

【技术实现步骤摘要】
一种噪声抵消低噪声放大器
本申请属于射频集成电路领域，具体的说，是涉及一种基于变压器无源电压增益的噪声抵消低噪声放大器。
技术介绍
在通信系统和其他的电子系统中，经常需要利用被称为低噪声放大器（LNA）的电路将某一射频（RF）带内的信号进行低噪声的放大。低噪声放大器是接收链路的第一级有源电路模块，其只要作用是再引入较少噪声的前提下对天线接收到的微弱射频信号进行放大，从而一直后级电路模块对整体接收机链路的噪声贡献，保证接收机的整体性能。其设计需要考虑到增益、噪声系数、带宽、线性度和功耗等多个指标的折中。根据应用场景的不同，对LNA指标的要求和侧重点也不同，因此，为满足不同的应用需求，LNA电路可能具有不一样的架构，常用的架构包括：共栅低噪声放大器、共源低噪声放大器、共源共栅低噪声放大器、分布式低噪声放大器、反馈式低噪声放大器、噪声抵消结构低噪声放大器等多种结构。其中共栅低噪声放大器、共源低噪声放大器、共源共栅低噪声放大器、分布式低噪声放大器、反馈式低噪声放大器等电路结构，可查看：THEDESIGNOFCMOSRADIO-FREQUENCYINTEGRADECIRCUITS：Section9HIGH-FREQUENCYAMPLIFIERDESIGNandSection12LNADESIGN,ThomasLee著，2ndEdition；CMOS射频集成电路设计于分析：第八章低噪声放大器，池保勇等著。为了获得更加优良的噪声特性，噪声抵消结构的低噪声放大器电路由FedericoBruccoleri,EricA.M.Klumperink和BramNauta在IEEEJSSC2004，第275-281页中的“WidebandCMOSLow-NoiseAmplifierExploitingThermalNoiseCanceling“中提出。普遍认为噪声抵消技术是改善低噪声放大器的一个途径。噪声抵消技术的原理如图1所示，由晶体管M1内部的噪声电流inoise会在晶体管M1的漏极和源级产生相位相反的噪声电压信号，其中漏极的噪声信号到达正相输出端口12，源级的噪声信号经过反相放大器60之后到达反相输出端13，相位发生反转，幅度被放大了AV倍。只要恰当的设计方向放大器60的放大倍数AV，就可以使正相输出端12和反相输出端13的噪声信号幅度也相等。在差分电路中，相位相同、幅度相等的信号将会被抵消掉。需要的信号从输入端口11进入电路，也会被分为两路，一路经过共栅结构晶体管M1同相放大后，到达正相输出端口12，一路经过反相放大器60之后到达反相输出端13，相位发生反转，幅度被放大了AV倍。这样，所需要的信号由输入端口11输入后，既得了信号的放大，又实现了单端转差分的转换。现有技术中，常用共源结构晶体管来实现反相放大器60的功能，如图2所示。图2中的电路结构存在有其自身的局限性，输入信号和噪声信号的放大，都对反相放大晶体管M2的跨到和增益提出了较高的要求，实际电路实现难度较大，且不适合高频的应用的场合。现有技术中专利号为CN201310095232、CN201310095543、CN201410431317的专利技术专利中，主共栅放大器的源级与共源放大器的栅极直接耦合连接，并且对比文件均为差分输入、差分输出结构，这种结构的输入端需要增加平衡-非平衡变压器来实现单端到差分信号的变换，会引入额外的噪声。再如专利技术专利“基于噪声抵消结构的低噪声放大器”（201310747466.3）中的提出的噪声抵消的实现方式如图3所示，此专利技术是在图1的基础上，分别在共栅管M1和共源管M2的源级和漏极用变压器耦合实现正反馈，可以提供增益、噪声减弱以及抵消MOS管的密勒效应的作用。但这种结构并没有解决上面提到的对共源晶体管M2的跨导和增益要求比较高的限制。同时，正反馈结构有潜在不稳定风险，特别是在频率较高的工作场合，对于如何防止该风险的发生，专利中没有给出相应措施。
技术实现思路
针对现有技术上的上述不足，本专利技术旨在降低现有噪声抵消结构的低噪声放大器设计中，对共源晶体管的跨导和增益的要求，同时又不引入不稳定因素，从而提出一种使噪声抵消结构可以应用在更高频段的无线系统中的噪声抵消低噪声放大器。为实现上述技术效果，本申请技术方案如下：一种噪声抵消低噪声放大器，其特征在于：包括第一晶体管和第二晶体管，处于共栅结构工作状态的第一晶体管的源极依次通过变压器和电容器后，与处于共源结构工作状态的第二晶体管的栅极相连，变压器将输入信号与第二晶体管之间进行耦合并进行电压放大，电容器起到隔离直流，耦合信号的作用；从而实现共源级晶体管的偏置。所述变压器包括第一电感器和第二电感器叠加而成，第一电感器的一端和第二电感器的一端均连接到地，第一电感器的另一端和第二电感器的另一端作为变压器的输入和输出端口。进一步地，第一电感器的一端连接到第一晶体管的源级，第二电感器的一端连接到电容器的一端，电容器另一端连接到第二晶体管的栅极。进一步地，电路的信号输入端口与第一晶体管的源级以及变压器中第一电感器的端口连接在一起。进一步地，第一晶体管的漏极连接到第一电源偏置上，同时作为电路的信号正相输出端；第二晶体管的漏极连接到第二电源偏置上，同时作为电路的信号反相输出端；信号正相输出端和信号反相输出端共同成为本电路结构的差分输出端口；第一电源偏置和第二电源偏置的作用是隔离高频信号，同时提供直流通路，第一电源偏置和第二电源偏置由电阻、电感或电阻与电感的并联组成；第一电源偏置和第二电源偏置的另外一端连接到电源。进一步地，第一晶体管和第二晶体管是包含具有漏极、源级和栅极的场效应晶体管（FET）。进一步地，第一晶体管和第二晶体管的漏极分别连接有共栅结构的第三晶体管和共栅结构的第四晶体管，差分输出端口的信号正相输出端连接在第三晶体管的漏极，差分输出端口的信号反相输出端连接在共栅结构的第四晶体管的漏极。进一步地，第一晶体管的第一栅极偏置端口连接到偏置电路中，得到偏置电压Vg1，第二晶体管的第二栅极偏置端口连接到偏置电路中，得到偏置电压Vg2。进一步地，第三晶体管的第三栅极偏置端口连接到偏置电路中，得到偏置电压Vg3，第四晶体管的第四栅极偏置端口连接到偏置电路中，得到偏置电压Vg4。本专利技术的有益效果：1、本申请引入变压器耦合结构，提供了无源的电压放大功能，从而降低了反相放大器设计中对共源结构晶体管跨导和增益的要求，降低了电路设计难度，使噪声抵消结构的低噪声放大器可以应用在更高的频段，如毫米波频段。2、本申请在噪声抵消反相放大器-Av的实现上，利用了变压器结构带来无源电压增益这一特点，来更好的实现噪声抵消，从而降低对共源级放大器的需求。3、共源结构晶体管跨导的降低，就意味着功耗的降低，采用本专利技术中所提出的结构可以降低电路的功耗。4、在芯片上实现本专利技术所述变压器结构时，不会带来芯片面积的增加。变压器由两个电感叠加来实现，其在芯片上实现时，变压器所占用的芯片面积与一个电感所占用的面积相差无几，故占用的芯片面积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种噪声抵消低噪声放大器，其特征在于：包括第一晶体管（51）和第二晶体管（52），处于共栅结构工作状态的第一晶体管（51）的源极依次通过变压器（70）和电容器（31）后，与处于共源结构工作状态的第二晶体管（52）的栅极相连，变压器（70）将输入信号与第二晶体管（52）之间进行耦合并进行电压放大，电容器（31）起到隔离直流，耦合信号的作用；从而实现共源级晶体管的偏置；/n第一晶体管（51）和第二晶体管（52）是包含具有漏极、源级和栅极的场效应晶体管；/n第一晶体管（51）的第一栅极偏置端口（14）连接到偏置电路中，得到偏置电压Vg1，第二晶体管（52）的第二栅极偏置端口（15）连接到偏置电路中，得到偏置电压Vg2。/n

【技术特征摘要】
1.一种噪声抵消低噪声放大器，其特征在于：包括第一晶体管（51）和第二晶体管（52），处于共栅结构工作状态的第一晶体管（51）的源极依次通过变压器（70）和电容器（31）后，与处于共源结构工作状态的第二晶体管（52）的栅极相连，变压器（70）将输入信号与第二晶体管（52）之间进行耦合并进行电压放大，电容器（31）起到隔离直流，耦合信号的作用；从而实现共源级晶体管的偏置；
第一晶体管（51）和第二晶体管（52）是包含具有漏极、源级和栅极的场效应晶体管；
第一晶体管（51）的第一栅极偏置端口（14）连接到偏置电路中，得到偏置电压Vg1，第二晶体管（52）的第二栅极偏置端口（15）连接到偏置电路中，得到偏置电压Vg2。


2.根据权利要求1所述的一种噪声抵消低噪声放大器，其特征在于：变压器（70）包括第一电感器（71）和第二电感器（72）叠加而成，第一电感器（71）的一端和第二电感器（72）的一端均连接到地（17），第一电感器（71）的另一端和第二电感器（72）的另一端作为变压器（70）的输入和输出端口。


3.根据权利要求2所述的一种噪声抵消低噪声放大器，其特征在于：第一电感器（71）的一端连接到第一晶体管（51）的源级，第二电感器（72）的一端连接到电容器（31）的一端，电容器（31）另一端连接到第二晶体管（52）的栅极。


4.根据权利要求2所述的一种噪声抵消低噪声放大器，其特征在于：电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪颖，余正冬，张高峰，章圣长，
申请(专利权)人：成都瑞迪威科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51