一种基于LC谐振负载的宽频带共源共栅极低噪声放大器制造技术

一种基于LC谐振负载的宽频带共源共栅极低噪声放大器，包含三级共源共栅极低噪声放大器、三项LC谐振结构、输入和输出匹配结构、相同偏置结构，该放大器利用共源共栅极放大器高增益高阻抗的特点，实现良好的输出匹配，提高放大器增益；负载采用LC谐振结构，在工作频率提升负载阻抗，进一步提高放大器增益；同时采用不同谐振频率的LC谐振结构，扩宽放大器带宽。最终实现高增益宽频带的低噪声射频放大器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LC谐振负载的宽频带共源共栅极低噪声放大器
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的一种高增益的低噪声放大器即一种基于LC谐振负载的宽频带共源共栅极低噪声放大器。
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。其噪声、增益和带宽的大小直接决定了收发机的应用范围以及质量。为实现高性能的射频低噪声放大器，国内外针对CMOS工艺进行了深入研究，由于其具有功耗低、成本低、易集成等优点，在低噪声放大器中占据了主导地位，但主要缺陷在于晶体管截止频率的限制[1]。目前基于CMOS工艺的低噪声放大器在高频工作时难以满足所有指标的要求。这是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，比如带宽和最大增益等[2]。因此在设计过程中无法将指标都达到最优。目前低噪声放大器也形成了以共源共栅极、共源极、共栅极为基础的源极电感负反馈、并联电阻、差分放大以及分布式放大器等经典的结构[3]，且每种结构都侧重于某一指标进行优化。但与此同时，其余指标难以提升甚至在一定程度上有所降低。针对目前低噪声放大器的应用环境，制备高增益宽频带的低噪声放大器是目前发展的方向。这两个指标是低噪声放大器在恶劣环境中应用最重要的指标。【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.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，本专利技术提出了一种基于LC谐振负载的宽频带共源共栅极低噪声放大器，利用共源共栅极放大器高增益高阻抗的特点，实现良好的输出匹配，提高放大器增益；负载采用LC谐振结构，在工作频率提升负载阻抗，进一步提高放大器增益；采用不同频率的LC谐振结构，实现宽频带的低噪声射频放大器。一种基于LC谐振负载的宽频带共源共栅极低噪声放大器，如图2所示，包含三级共源共栅极低噪声放大器、三项LC谐振结构、输入和输出匹配结构、相同偏置结构（均通过CMOS工艺中的金属线偏置电源相连），第一级共源共栅极低噪声放大器由共源极连接的NMOS晶体管Q1和共栅极连接的NMOS晶体管Q2构成；共源极连接的NMOS晶体管Q1的栅极作为电路的输入端连接偏置，通过CMOS工艺中的金属线与输出匹配连接，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Q2的源极；共栅极连接的NMOS晶体管Q2的栅极连接偏置，漏极连接L1、C1构成的谐振结构和C4作为第二级放大器的输出端；第二级共源共栅低噪声放大器中，Q3、Q4和第一级中Q1、Q2完全一致，包括工作状态和连接方式，其中在Q4的漏极连接的是L2、C2构成的谐振网络结构和C5；第三级共源共栅低噪声放大器中，Q5、Q6和第一级中Q1、Q2完全一致，包括工作状态和连接方式，在Q6的漏极连接的是L3、C3构成的谐振网络结构和输出匹配；同时共源极连接的NMOS晶体管Q1、Q3、Q5和共栅极连接的NMOS晶体管Q2、Q4、Q6的栅极还通过CMOS工艺中的金属线偏置电源相连。其中所有LC谐振网络结构L都是由电感L和电容C通过CMOS工艺中的金属线连接为并联结构，并联的一端与供电电源连接，另一端与同一级放大器的共栅级放大器的漏极输出相连。一种基于LC谐振负载的宽频带共源共栅极低噪声放大器，电路使用三级共源共栅极电路实现。输入信号由第一级共源极放大器Q1反相放大和第二级共栅极放大器Q2正向放大后，从第一级共栅极放大器Q2的漏极输入至第二级共源极放大器Q3的栅极，并通过第二级共源极放大器Q4进行反相放大，再由第二级共源极放大器Q3的漏极输入至Q4的源极，第二级共栅极放大器Q4对信号进行同向放大并通过漏极输出信号至第三级共源极放大器Q5的栅极，并通过第三级共源极放大器Q5进行反相放大，再由第三级共源极放大器Q5的漏极输入至第三级共栅极放大器Q6的源极，第三级共栅极放大器Q6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信号。同时由于LC谐振网络结构代替传统的负载，通过对L和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并联谐振网络的交流等效电阻在工作频率处为无穷大。这就使射频信号在由放大器漏极输出时，无法通过负载流入电源，不会产生损耗。第一级LC谐振负载的L1C1、第二级LC谐振负载的L2C2、第三级LC谐振负载的L3C3分别为不同的取值，使其谐振在不同频率，两个不同的谐振频率的级间匹配能够在频谱上产生两个峰值，并相互影响，进而提升了整体电路的带宽。这就实现了共源共栅极低噪声放大器增益和带宽的提升。一种基于LC谐振负载的宽频带共源共栅极低噪声放大器，通过共源共栅极放大器结构，实现射频低噪声放大器的高增益特性，同时利用LC谐振负载进一步提高放大器增益，以及利用每一级不同的谐振频率实现宽频带。在电路复杂度和面积几乎没有变化的情况下，实现了超高增益的射频低噪声放大器。附图说明图1是传统共源共栅极放大器电路原理图；图2是LC谐振负载共源共栅极高增益宽频带射频低噪声放大器电路原理图。具体实施方式为了更清楚的说明本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术作进一步说明。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。如图2所示，Q1、Q2为共源极放大器和共栅极放大器，其中Q1的漏极和Q2的源极相连接，进行信号传输。Q1的栅极为整体放大器的信号输入端，Q2的漏极为整体第一级放大器的输出端。输入端由无源结构构成输入匹配，使得放大器的输入阻抗为50欧姆，保证射频信号的传输效率。输出端以同样的方式由无源结构构成输出匹配。且由于共源共栅极中由Q2构成的共栅极放大器的输出端为整体放大器的输出端，因而放大器具有较大的输出阻抗，能够和无源结构形成良好的匹配，能够实现高增益的低噪声放大器。在图1中，RD为放大器电路的负载结构，在图中为L和C组成的谐振网络所代替。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LC谐振负载的宽频带共源共栅极低噪声放大器，其特征在于：包含三级共源共栅极低噪声放大器、三项LC谐振结构、输入和输出匹配结构、偏置结构，第一级共源共栅极低噪声放大器由共源极连接的NMOS晶体管Q

【技术特征摘要】
1.一种基于LC谐振负载的宽频带共源共栅极低噪声放大器，其特征在于：包含三级共源共栅极低噪声放大器、三项LC谐振结构、输入和输出匹配结构、偏置结构，第一级共源共栅极低噪声放大器由共源极连接的NMOS晶体管Q1和共栅极连接的NMOS晶体管Q2构成；共源极连接的NMOS晶体管Q1的栅极作为电路的输入端连接偏置，通过CMOS工艺中的金属线与输出匹配连接，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Q2的源极；共栅极连接的NMOS晶体管Q2的栅极连接偏置，漏极连接L1、C1构成的谐振结构和C4作为第二级放大器的输出端；第二级共源共栅低噪声放大器中，Q3、Q4和第一级中Q1、Q2完全一致，包括工作状态和连接方式，其中在Q4的漏极连接的是L2、C2构成的谐振网络结构和C5；第三级共源共栅低噪声放大器中，Q5、Q6和第一级中...

【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