一种基于CMOS的无电感低噪声放大器及其调节方法技术

本发明专利技术提供一种基于CMOS的无电感低噪声放大器及其调节方法，包括电压源V

【技术实现步骤摘要】
一种基于CMOS的无电感低噪声放大器及其调节方法


[0001]本专利技术涉及电子
，具体为一种基于CMOS的无电感低噪声放大器及其调节方法。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的快速发展，对新一代集成芯片技术中的无线收发系统要求越来越高。由于多标准通信的需求，传统的收发系统中多频段电路的拓扑结构单一复杂，虽然满足了多标准通信的需求，但是却是以芯片高成本和高功耗为代价的，因而，为了克服以上的缺点，急需一种易于实现的无电感电路结构以实现芯片的低成本和低功耗特性。低噪声放大器作为射频接收系统的第一级，不但能将天线接收的微弱射频信号放大还能减小噪声干扰，供给解调系统所需要的准确信息数据。因此，低噪放大器的电路设计结构和性能对整个接收机接收质量的优劣起着至关重要的作用，这就要求低噪放大器需要具有较低的噪声系数，以在最小干扰下有效地接收射频信号，需要足够的线性度来不失真地放大该射频信号，需要较高的增益对微弱的射频信号功率进行放大，并且需要较优的回波损耗来尽量地降低信号的损失。
[0003]随着无线通信技术的发展，目前的低噪放大器越来越不能满足宽带接收机对低噪声放大器的需求，因为其拓扑结构复杂且电路组件较多，结构复杂，在功耗方面达不到预期的效果，并且目前采用的无电感的低噪声放大器，为了有足够大的输入阻抗去匹配电源阻抗，放大器大多采用共栅极的或是较大的反馈电阻，但是，因为反馈式电阻和输出电阻之间的匹配关系，造成放大器的电压增益就会受到严格的限制，另一方面，共栅级虽然也能实现与源电阻的匹配阻抗，但是要求的跨导也高，而同时噪声系数与跨导成正比，这样的设计反而会增加噪声，影响放大器的准确性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于CMOS的无电感低噪声放大器及其调节方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于CMOS的无电感低噪声放大器，包括电压源V
S
、共构成共栅共源电路的MOS管M1、M2、负反馈电阻R
B
和负载电阻R1、R2，其中：
[0007]所述电压源V
S
的参考点位为接地端、电源内阻为R
S
，所述电压源V
S
的输出端与MOS管M2的栅极电性连接，所述MOS管M2的漏极与MOS管M1的栅极电性连接，所述MOS管M2的源极接地，所述MOS管M1的源极与MOS管M2的栅极电性连接，连接端点为信号输入端，输入点的电压为V
in
，所述负反馈电阻R
B
一端接地，另一端与信号输入端电性连接，所述负载电阻R1一端接地，另一端与MOS管M1的漏极电性连接，连接点为信号输出端，信号输出端的电压为V
out
，所述负载电阻R2的一端接地，另一端与MOS管M2的漏极电性连接。
[0008]优选的，所述电压源V
S
的输出端与信号输入端之间串联有电容C
C1
，所述信号输入
端与MOS管M2的栅极之间串联有电容C
C3
。
[0009]优选的，所述MOS管M2的漏极与MOS管M1的栅极之间串联有电容C
C2
。
[0010]优选的，所述信号输出端电性连接有电容C
C4
，所述电容C
C4
的另一端接地。
[0011]优选的，所述电压源V
S
的接地端、负反馈电阻R
B
的接地端、MOS管M2的源极接地端和电容C
C4
的接地端均为模拟地，所述负载电阻R1、R2的接地端为数字地。
[0012]优选的，所述负载电阻R1、R2和负反馈电阻R
B
阻值分别为450Ω、100Ω和600Ω。
[0013]优选的，所述MOS管M1、M2均为基于65nm工艺的MOS管。
[0014]本专利技术另外还提供一种基于CMOS的无电感低噪声放大器的调节方法，所述调节方法适用于上述的低噪声放大器，具体包括以下步骤：
[0015]S1:计算整个噪声放大器电路的输入阻抗为：
[0016][0017]其中，g
m1
、g
m2
分别为MOS管M1和M2的跨导，“//”表示并联符号；
[0018]让输入阻抗R
in
与电源阻抗R
s
相匹配，计算MOS管M1的跨导g
m1
为：
[0019][0020]将共源极增益记为G
G
，设G
G
＝g
m2
R2+1则(2)式变为：
[0021][0022]通过(3)式，改变共源极的增益因子G
G
，调节噪声从而实现降低噪声的效果；
[0023]S2:基于小信号输入模式，计算电路的电压放大倍数为：
[0024][0025]根据输入阻抗匹配条件，由(4)式和(2)式联合可得电压放大倍数增益为：
[0026][0027]通过调节R1的数值，改变电压放大倍数增益，获得增益最大化；
[0028]S3:MOS管M2的漏极和负载电阻R2的节点电压记为V，通过V和V
out
之间的电阻和电容推导出共栅共源极的极点，电路输出的寄生电容记为C，计算截止频率为：
[0029][0030]S4:根据电路结构，将噪声系数N定义为：
[0031][0032]式中,α为偏置端的热噪声因子，并在输入阻抗R
in
与电源阻抗R
s
相匹配的情况下，将(7)式改写为：
[0033][0034]通过减小MOS管M1的跨导g
m1
和增大负载电阻R1的大小，减小噪声系数。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0036]本专利技术采用共源极的MOS管，输入信号可以被反相施加到共栅端口，以实现共栅的跨导，从而利用简单的拓扑结构，使得所设计的无电感低噪声放大器能够在更短的时间内完成采用复杂结构设计电路的功能，结构越简单、新颖，让电路性能更可靠和易于实现，而且采用电阻负反馈结构，更容易通过控制低噪放大器中的主要变量，从而达到更精确、更优化的结果，，只要适当调整负载电阻的大小，就可在整个设计频带范围内获得较高的增益和较低的噪声系数，另外，由于使用的硬件器件少，所以成本低，而且采用电流复用技术，可以提高增益和拓宽频带，降低功耗。
附图说明
[0037]图1为本专利技术放大器的系统电路图；
[0038]图2为本专利技术仿真中放大器中OMS管的宽度设计窗图；
[0039]图3为本专利技术仿真中蒙特卡洛仿真结果的输入反射系数直方图；
[0040]图4为本专利技术仿真中蒙特卡洛仿真噪声系数直方图；
[0041]图5为本专利技术中放大器的调节方法流程示意图。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CMOS的无电感低噪声放大器，包括电压源V
S
、构成共栅共源电路的MOS管M1、M2、负反馈电阻R
B
和负载电阻R1、R2，其特征在于：所述电压源V
S
的参考点位为接地端、电源内阻为R
S
，所述电压源V
S
的输出端与MOS管M2的栅极电性连接，所述MOS管M2的漏极与MOS管M1的栅极电性连接，所述MOS管M2的源极接地，所述MOS管M1的源极与MOS管M2的栅极电性连接，连接端点为信号输入端，输入点的电压为V
in
，所述负反馈电阻R
B
一端接地，另一端与信号输入端电性连接，所述负载电阻R1一端接地，另一端与MOS管M1的漏极电性连接，连接点为信号输出端，信号输出端的电压为V
out
，所述负载电阻R2的一端接地，另一端与MOS管M2的漏极电性连接。2.根据权利要求1所述的一种基于CMOS的无电感低噪声放大器，其特征在于：所述电压源V
S
的输出端与信号输入端之间串联有电容C
C1
，所述信号输入端与MOS管M2的栅极之间串联有电容C
C3
。3.根据权利要求1所述的一种基于CMOS的无电感低噪声放大器，其特征在于：所述MOS管M2的漏极与MOS管M1的栅极之间串联有电容C
C2
。4.根据权利要求1所述的一种基于CMOS的无电感低噪声放大器，其特征在于：所述信号输出端电性连接有电容C
C4
，所述电容C
C4
的另一端接地。5.根据权利要求4所述的一种基于CMOS的无电感低噪声放大器，其特征在于：所述电压源V
S
的接地端、负反馈电阻R
B
的接地端、MOS管M2的源极接地端和电容C
C4
的接地端均为模拟地，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艳，陈燕，李瑜庆，
申请(专利权)人：蚌埠学院，
类型：发明
国别省市：