一种基于噪声消除的高增益宽频带低噪声放大器制造技术

一种基于噪声消除的高增益宽频带低噪声放大器，由两部分构成，第一部分为放大器的第一级，是采用噪声消除技术的共源极放大器，其中包含三个NMOS晶体管，一个反馈电阻，一个负载电阻，一个隔直电容，输入匹配结构和输出匹配结构；第二部分为两级级联的共源共栅级放大器，该放大器的采用共源共栅极低噪声放大器，该结构由共源极连接的NMOS晶体管Q

【技术实现步骤摘要】
一种基于噪声消除的高增益宽频带低噪声放大器
本专利技术涉及无线通信低噪声放大器
尤其涉及射频低噪声放大器和集成电路领域即一种基于噪声消除的高增益宽频带低噪声放大器。
技术介绍
射频低噪声放大器是收发机接收端的第一级，直接连接在天线后端，在收发机中占有至关重要的地位。其性能直接决定了收发机的作用距离、抗干扰能力和通信质量。为保证收发机的应用场景以及性能，设计高性能的射频低噪声放大器，是国内外研究的重点。其中基于CMOS工艺的低噪声放大器，因为具有功耗低、成本低、易集成等优点，成为当前研究的热点。但主要缺陷在于晶体管截止频率的限制[1]。由于低噪声放大器的设计过程中需要考量的性能指标较多且存在一定的冲突，比如最小噪声系数和最大增益等[2]。因此对于较低截止频率的晶体管，难以在高频时满足收发机对低噪声放大器综合指标的要求。虽然目前低噪声放大器也形成了源极电感负反馈、并联电阻、差分放大以及分布式放大器等优化结构[3]，且每种结构仍然侧重于某一指标进行优化。综合指标还是难以提升，因此本专利技术选取低噪声放大器最为主要的噪声、增益和带宽指标进行优化，设计综合性能优异的低噪声放大器。[参考文献][1]PrummelJ,PapamichailM,AncisM,etal.13.3A10mWBluetoothLow-Energytransceiverwithon-chipmatching[J].2015IEEEInternationalSolid-StateCircuitsConference-(ISSCC)DigestofTechnicalPapers2015:1-3.[2]ShaefferDK,LeeTH.A1.5-V,1.5-GHzCMOSlownoiseamplifier[J].IEEEJournalofSolid-StateCircuits,1997,32(5):745-759.[3]SobhyEA,HelmyAA,HoyosS,etal.A2.8-mWSub-2-dBNoise-FigureInductorlessWidebandCMOSLNAEmployingMultipleFeedback[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2011,59(12):3154-3161。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术一种基于噪声消除的高增益宽频带低噪声放大器，利用共源极放大器和噪声消除技术低噪声的特点，实现放大器的低噪声指标；利用共源共栅极放大器高增益高阻抗的特性，实现高增益的低噪声射频放大器；在级间利用LC谐振网络的不同谐振频率，实现宽频带低噪声射频放大器。一种基于噪声消除的高增益宽频带低噪声放大器，如图2所示，由两部分构成，第一部分为放大器的第一级，是采用噪声消除技术的共源极放大器，其中包含三个NMOS晶体管，一个反馈电阻，一个负载电阻，一个隔直电容，输入匹配结构和输出匹配结构。第一个NMOS管Q1采用共源极接法构成共源极低噪声放大器，该晶体管源极通过CMOS工艺中的金属线连接至地，栅极通过CMOS工艺中的金属线与输入端的输入匹配结构连接，作为整体电路的输入端，漏极通过CMOS工艺中的金属线与反馈电阻RF、负载RD、隔直电容C连接在一起；反馈电阻RF的另一端通过CMOS工艺中的金属线反馈连接至第一个晶体管的栅极；隔直电容C的另一端通过CMOS工艺中的金属线与第三个NMOS晶体管Q3的栅极相连接；负载的另一端通过CMOS工艺中的金属线与供电电源连接，为整体电路提供供电；第一个NMOS管Q1的栅极同时通过CMOS工艺中的金属线与第二个NMOS管Q2的栅极连接，第二个NMOS管Q2用共源极接法构成共源极低噪声放大器，该晶体管源极通过CMOS工艺中的金属线连接至地，漏极连接至输出端；第三个NMOS管Q3的漏极连接负载的一端，源极连接通过CMOS工艺中的金属线与第二个NMOS管Q2的漏极一起连接至级间匹配结构，作为第一级电路的输出端；所有级间匹配均采用LC串联谐振网络，且谐振频率不同；同时第一个NMOS管Q1、第二个NMOS管Q2和第三个NMOS管Q3的栅极还通过CMOS工艺中的金属线偏置电源相连。第二部分为两级级联的共源共栅级放大器，分别为放大器的第二级和第三级，放大器的第二级由共源极连接的NMOS晶体管Q4和共栅极连接的NMOS晶体管Q5、负载RD构成；共源极连接的NMOS晶体管Q4的栅极作为第二部分的输入端，通过CMOS工艺中的金属线与第一部分输出的级间匹配连接，源极接地，漏极通过CMOS工艺中的金属线连接至共栅极连接的NMOS晶体管Q5的源极；共栅极连接的NMOS晶体管Q5的漏极连接负载和级间匹配结构作为第二级放大器的输出端；同时共源极连接的NMOS晶体管Q4和共栅极连接的NMOS晶体管Q5的栅极还通过CMOS工艺中的金属线偏置电源相连；放大器的第三级中的Q6和Q7的组成以及连接方式与放大器第二级中的Q4和Q5相同，并通过输出匹配结构输出信号。如图2所示，电路的工作原理如下所示。采用噪声消除技术的放大器结构，其中晶体管的偏置未在图中画出，第一个NMOS管Q1产生的噪声为整个电路的主要噪声，假设为I，方向为漏极向源极。此时X、Y点在同一回路中，因此两点的噪声电压同向，同时信号从X点输入至电路。由于第一个NMOS管Q1为共源极放大器，反相放大信号，此时X、Y点的输入射频信号为反向。第二个NMOS管Q2同样作为共源极放大器，将X点的信号与第一个NMOS管Q1产生的噪声I反向放大至Z点，此时Z点输入射频信号与Y点同向，而噪声反向。第三个NMOS管Q3作为源跟随器，将Y点的信号和噪声搬移至Z点，信号与噪声方向不变，并在Z点与第二个NMOS管Q2的输出合并进行第一级的信号输出，此时第二个NMOS管Q2、第三个NMOS管Q3两个晶体管的输出的信号同向，噪声反向，实现了噪声的抵消，得到低噪声的输出信号。后续电路使用两级共源共栅极电路实现。第一级的输出信号由Z点输入至第一个级间LC匹配，随后输入至第二级共源极连接的NMOS晶体管Q4的栅极，并通过第二级共源极连接的NMOS晶体管Q4进行反相放大，再由第二级共源极连接的NMOS晶体管Q4的漏极输入至第二级共栅极连接的NMOS晶体管Q5的源极，第二级共栅极连接的NMOS晶体管Q5对信号进行同向放大并通过漏极输出信号至第二个级间LC匹配，随后输入至第三级共源极连接的NMOS晶体管Q6的栅极，并通过第三级共源极连接的NMOS晶体管Q6进行反相放大，再由第三级共源极连接的NMOS晶体管Q6的漏极输入至第三级共栅极连接的NMOS晶体管Q7的源极，第三级共栅极连接的NMOS晶体管Q7对信号进行同向放大并通过漏极输出信号，因为共源共栅级的高增益特性，能够在输出端得到高增益的低噪声信号。同时由于LC谐振网络结构代替传统的级间匹配，通过对电感L和电容C值的选取，使LC谐振网络在放大器工作频率处产生谐振。从而使LC串联谐振网络的交流等效电阻在工作频率处为0。这就使射频信号在由放大器漏极输出时，仅能通过级间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于噪声消除的高增益宽频带低噪声放大器，其特征在于：由两部分构成，第一部分为放大器的第一级，是采用噪声消除技术的共源极放大器，其中包含三个NMOS晶体管，一个反馈电阻，一个负载电阻，一个隔直电容，输入匹配结构和输出匹配结构；第二部分为两级的共源共栅级放大器，该放大器采用共源共栅极结构，第二级由共源极连接的NMOS晶体管Q

【技术特征摘要】
1.一种基于噪声消除的高增益宽频带低噪声放大器，其特征在于：由两部分构成，第一部分为放大器的第一级，是采用噪声消除技术的共源极放大器，其中包含三个NMOS晶体管，一个反馈电阻，一个负载电阻，一个隔直电容，输入匹配结构和输出匹配结构；第二部分为两级的共源共栅级放大器，该放大器采用共源共栅极结构，第二级由共源极连接的NMOS晶体管Q4和共栅极连接的NMOS晶体管Q5、负载RD、两项级间匹配结构构成；第三级放大器中的Q6和Q7的组成以及连接方式与Q4和Q5相同，通过输出匹配结构输出信号。


2.根据权利要求1所述一种基于噪声消除的高增益宽频带低噪声放大器，其特征在于：放大器第一级，具体为：第一个NMOS管Q1采用共源极接法构成共源极低噪声放大器，该晶体管源极通过CMOS工艺中的金属线连接至地，栅极通过CMOS工艺中的金属线与输入端的输入匹配结构连接，作为整体电路的输入端，漏极通过CMOS工艺中的金属线与反馈电阻RF、负载RD、隔直电容C连接在一起；反馈电阻RF的另一端通过CMOS工艺中的金属线反馈连接至第一个晶体管的栅极；隔直电容C的另一端通过CMOS工艺中的金属线与第三个NMOS晶体管Q3的栅极相连接；负载的另一端通过CMOS工艺中的金属线与供电电源连接，为整体电路提供供电；第一个NMOS管Q1的栅极同时通过CMOS工艺中的金属线与第二个NMOS管Q2的栅极连接，第二个NMOS管Q2用共源极接法构成共源极低噪声放大器，该晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建国，刘亚轩，
申请(专利权)人：天津大学青岛海洋技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37