一种采用线性度优化技术的宽带高线性度低噪声放大器制造技术

本发明专利技术属于射频微波集成电路技术领域，具体为一种采用线性度优化技术的宽带高线性度低噪声放大器。该低噪声放大器主要包括：放大器和反馈电阻所组成的输入匹配级、中间放大级、噪声消除级和由自负载结构组成的线性度优化级。噪声消除级通过放大交叉耦合的输入信号，使得输入的有用信号在输出端叠加而噪声信号在输出端抵消，降低了整体噪声系数。本发明专利技术采用自负载技术作为线性优化级结构，对低噪声放大器的增益、输入匹配和噪声系数等影响较小，线性度提升较高；在0.3

【技术实现步骤摘要】
一种采用线性度优化技术的宽带高线性度低噪声放大器


[0001]本专利技术属于射频微波集成电路
，具体涉及一种应用于射频前端的宽带高线性度低噪声放大器。

技术介绍

[0002]低噪声放大器作为信号接收机的第一级有源放大器，对于通信系统整体性能的影响至关重要。作为当前学术界和工业界的研究重点，同时具有低噪声系数和高线性度的低噪声放大器，对减小相邻信道的干扰和频谱中交调分量的产生起着重要的作用。由于无线通信技术的发展，频谱资源日益匮乏，接收机前端在接收带内信号时常会收到带外或者带内的强干扰信号，这要求接收机前端的低噪声放大器在提供一定增益和较低的噪声系数外，还要能提供较高的线性度。
[0003]有源电路对于线性度的恶化一般来自晶体管的非线性分量，为了提升低噪声放大器的线性度，国内外研究机构提出了诸如源退化电阻、多栅跨导抵消、旁路浮空电源等方式。然而这些结构会有影响主通路信号、线性化范围太小、辅助通路功耗太高等缺点。另一方面，低噪声放大器的线性度提升常会对其增益和噪声系数产生影响。因此，宽带高线性度低噪声放大器设计中如何既保证较低的噪声系数，又能提升线性度性能是目前研究的主要问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有较宽的频率范围、较高线性度以及较低噪声系数的低噪声放大器。
[0005]本专利技术提供的宽带高线性的低噪声放大器，以差分结构实现，其结构如附图1所示。具体由输入匹配级、中间放大级、噪声消除级和由自负载结构构成的线性度优化级组成，其中：所述输入匹配级，由反相器结构的放大器和反馈电阻组成，用于接收信号，使信号源和输入阻抗之间在所需要的频带范围内实现良好的匹配，减少输入信号的回波损耗；为了实现宽带低噪声放大器，一般不考虑LC网络匹配。同时，由于共栅匹配结构功耗过大，因此可选用反馈电阻匹配的方式，以节省电路的面积和功耗；所述中间放大级，连接于所述输入匹配级和输出端之间，用于对接收信号进行放大；所述噪声消除级，连接于输入端RFIN与输出端RFOUT之间，通过放大交叉耦合的输入信号增强接收信号，抵消低噪声放大器的噪声，降低整体的噪声系数，提高低噪声放大器的输出信噪比；如图2所示，输出端接收到的有用信号经过同相放大与噪声消除级反相放大的反相信号叠加组成输出信号；同时输入端的噪声信号在输出端被同相放大，在噪声消除通路被反相放大，二者在输出端相互抵消，使得输出端的有用信号被增强，噪声信号被削弱，大大提高了低噪声放大器的输出信噪比；
所述线性度优化级，由“自负载结构”组成，用于抵消放大器的非线性分量，可以在不对低噪声放大器性能产生较大影响的前提下提升其线性度。采用自负载结构的线性度优化技术，通过调整自负载结构中反馈电阻的值使得低噪声放大器产生的失真分量被部分消除，从而提升低噪声放大器的线性度。尽管线性优化级会对低噪声放大器的增益带来一定的损耗，但由于线性化通路只连接在两个差分输出端RFOUT+和RFOUT
‑
之间，因此线性优化级对于整体的噪声系数影响非常小。
[0006]本专利技术采用自负载结构的线性度优化级，可大幅提升低噪声放大器的线性度，在0.3
‑
4GHz的工作频段内，能达到大于10dB的线性度优化效果。而对低噪声放大器的增益仅带来小于1.5dB的损耗，并且由于线性化通路只连接在输出端，对于整体的噪声系数影响非常小。
附图说明
[0007]图1为本专利技术的低噪声放大器结构框图。
[0008]图2为本专利技术中的低噪声放大器具体结构图。
[0009]图3为本专利技术具体实例中自负载结构可调电阻值对整体线性度的影响。
[0010]图4为本专利技术具体实例中线性度优化级加入前后，S参数变化对比结果。
[0011]图5为本专利技术具体实例中线性度优化级加入前后，噪声系数变化对比结果。
[0012]图6为本专利技术具体实例中线性度优化级加入前后，线性度变化对比结果。
具体实施方式
[0013]下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。
[0014]如附图2所示，为本专利技术提出的采用线性度优化技术的宽带高线性度低噪声放大器具体结构，包括：输入匹配级、中间放大级、噪声消除级和线性度优化级。
[0015]所述的输入匹配级由MOS管M1~M4以及电阻R
FM1
、R
FM2
组成。其中MOS管M1~M4以互补CMOS构成反相器结构的放大器，电阻R
FM1
、R
FM2
作为放大器的反馈电阻，控制输入匹配级的输入阻抗。输入信号以差分的形式输入到低噪声放大器的输入匹配级，为使得输入达到匹配，设计时选择输入信号源的阻抗R
S
=R
FM
/(1+A
V
)，其中A
V
为M1~M4组成放大器的增益，R
S
为输入信号源的阻抗。当输入满足匹配要求时，在所需要的频带内都能满足S
11
<
‑
10dB，高频下由于寄生电容效应可能会限制输入匹配的程度。
[0016]进一步地，经过输入匹配级电路的信号被第二级放大电路即中间放大器放大。所述的中间放大电路包括MOS管M5~M8，由一个NMOS管和PMOS管栅漏极连接，源极分别接GND和V
DD
组成反相器结构的放大器。反相器结构的放大器相对于其他的结构具有结构简单、跨导电流比大、功耗与噪声相对较小等特点。另外其输出节点寄生电容较小，可以拓宽低噪声放大器的工作频带。
[0017]所述的噪声消除级由MOS管M9~M
16
组成。如附图2所示，其中M9、M
12
、M
13
、M
16
作为噪声消除级的控制管，可以通过控制M9、M
12
、M
13
、M
16
的栅极电压来控制噪声消除的开关与深度。当接收信号与噪声同时输入到低噪声放大器的差分输入端口时，有用的接收信号一路通过由MOS管M1~M4以及电阻R
FM1
、R
FM2
组成的输入匹配级被反相放大，再通过由MOS管M5~M8组成的中间放大级被再次反相放大；另一路反相进入由MOS管M9~M
16
组成的噪声消除级被反相放
大，两路被反相放大两次的有用信号在输出端叠加形成输出信号。由于输入匹配级在两输入端产生的同相噪声通过上述两条通路时在输出端互为反相信号，可以相互抵消，使得低噪声放大器的整体信噪比提升。
[0018]所述的线性度优化级由MOS管M
17
~M
20
和电阻R
LE1
、R
LE2
组成，其中MOS管M
17
~M
20
构成反相器结构的放大器，电阻R
LE1
、R
LE2
为可变电阻。所述的线性度优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用线性度优化技术的宽带高线性度低噪声放大器，以差分结构实现，其特征在于，由输入匹配级、中间放大级、噪声消除级和由自负载结构构成的线性度优化级组成，其中：所述输入匹配级，由反相器结构的放大器和反馈电阻组成，用于接收信号，使信号源和输入阻抗之间在所需要的频带范围内实现良好的匹配，减少输入信号的回波损耗；所述中间放大级，连接于所述输入匹配级和输出端之间，用于对接收信号进行放大；所述噪声消除级，连接于输入端RFIN与输出端RFOUT之间，通过放大交叉耦合的输入信号增强接收信号，抵消低噪声放大器的噪声，降低整体的噪声系数，提高低噪声放大器的输出信噪比；所述线性度优化级，连接在两个差分输出端RFOUT+和RFOUT
‑
之间，用于抵消放大器的非线性分量，在不对低噪声放大器性能产生较大影响的前提下提升其线性度；采用自负载结构的线性度优化技术，通过调整自负载结构中反馈电阻的值使得低噪声放大器产生的失真分量被部分消除，从而提升低噪声放大器的线性度。2.根据权利要求1所述的宽带高线性度低噪声放大器，其特征在于，所述的线性度优化级由MOS管M
17
~M
20
和电阻R
LE1
、R
LE2
组成；其中，MOS管M
17
~M
20
构成反相器结构的放大器，电阻R
LE1
、R
LE2
为可变电阻；所述的线性度优化定义为“自负载结构”，其输入端与低噪声放大器的输出端连接，其输出端浮空；可以通过调节可变电阻R
LE1
、R
LE2
使得低噪声放大器的线性度达到最佳。3.根据权利要求2所述的宽带高线性度低噪声放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：李巍，陈凡，徐鸿涛，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：