低噪声放大器及放大输入信号的方法技术

本申请涉及低噪声放大器及放大输入信号的方法。低噪声放大器包括低噪声放大器级与滤波和偏置级。低噪声放大器级接收输入信号并响应于此提供第一输出信号。低噪声放大器级包括：用于提供第一输出信号的增益元件；以及至少一个低通滤波器电路，其串联在第一电源电压端子和增益元件之间，该增益元件具有通过对偏置端子处的信号进行低通滤波而确定的电导率；并且滤波和偏置级具有：用于接收第一输出信号的输入端和用于提供第二输出信号的输出端以及至少一个共源共栅元件，其具有串联耦接在偏置端子和输出端之间的第一电流传导路径，并且该滤波和偏置级具有预定的滤波器特性。该滤波和偏置级具有预定的滤波器特性。该滤波和偏置级具有预定的滤波器特性。

【技术实现步骤摘要】
低噪声放大器及放大输入信号的方法


[0001]本公开整体涉及放大器电路，并且更具体地涉及用于诸如无线通信系统的 应用中的低噪声放大器及放大输入信号的方法。

技术介绍

[0002]低噪声放大器(LNA)是放大非常低功率信号而不显著降低其信噪比的电 子放大器。低噪声放大器(LNA)是无线通信系统中的常见模块，诸如近场磁 感应(NFMI)接收器、射频(RF)接收器等。对于最低噪声和最高能量效率， 单端实施通常是优选的。
[0003]LNA的性能不仅取决于放大器本身的设计，而且通常还取决于诸如电源噪 声的外部因素，特别是对于单端设计。虽然千兆赫(GHz)范围内的甚高频电 源噪声可以相对容易地被无源器件滤波，但是滤掉低频范围内(例如在兆赫 (MHz)范围内)的电源噪声变得更加困难。因此，难以利用单端LNA的低 噪声和高效率能力，而是经常使用全差分LNA。
附图说明
[0004]通过参照附图可更好地理解本公开，并且本公开的多个特征和优点对于本 领域的技术人员为显而易见的，在附图中：
[0005]图1以图解形式示出了现有技术中已知的传统低噪声放大器(LNA)；
[0006]图2以图解形式示出了根据本公开的各种实施方案的具有高电源抑制比 (PSRR)的低噪声放大器(LNA)；并且
[0007]图3以图解形式示出了根据本公开的各种实施方案的包括具有高通特性的 高通滤波器的低噪声放大器的滤波级的一部分。
[0008]在不同附图中使用相同的参考符号来指示相同或类似的元件。除非另有说 明，否则字词“耦接”以及其相关联的动词形式包括直接连接以及通过本领域 已知的方式的间接电连接两者；并且除非另有说明，否则对直接连接的任一描 述也暗示使用合适形式的间接电连接的替代实施方案。
具体实施方式
[0009]图1以图解形式示出了现有技术中已知的传统低噪声放大器(LNA)100。 LNA 100通常包括输入级110、偏置级120和输出级130。
[0010]输入级110通常包括晶体管111至113和电流镜114。晶体管111是P沟道 金属氧化物半导体(MOS)晶体管，其具有源极、栅极和漏极，该源极连接到 标记为“V
DD”的电源电压端子。V
DD
是具有例如3.0伏的标称电压的更正的电 源电压端子。晶体管112是P沟道MOS晶体管，其具有源极、栅极和漏极， 该源极连接到晶体管111的漏极，该栅极用于接收标记为“V
IN
+”的输入信号， 该漏极提供输入级110的输出。晶体管113是P沟道MOS晶体管，其具有源 极、栅极和漏极，该源极连接到晶体管111的漏极，该栅极用于接收标记为“V
IN
‑”ꢀ
的输入信号。电流镜114包括晶体管115和116。晶体管115是N沟道MOS晶 体管，其具有漏极、栅极和源
极，该漏极连接到晶体管113的漏极，该栅极连 接到该晶体管的漏极，并且该源极连接到标记为“V
SS”的电源电压端子。V
SS
是具有0.0伏的标称电压的更负的电源电压端子或接地电源电压端子。晶体管 116是N沟道MOS晶体管，其具有漏极、栅极和源极，该漏极连接到晶体管 112的漏极，该栅极连接到晶体管115的漏极，该源极连接到V
SS
。
[0011]偏置级120包括晶体管121和122。晶体管121是P沟道MOS晶体管，其 具有源极、栅极和漏极，该源极连接到V
DD
，该栅极连接到晶体管111的栅极， 该漏极连接到该晶体管的栅极。晶体管122是N沟道MOS晶体管，其具有漏 极、栅极和源极，该漏极连接到晶体管121的漏极，该栅极连接到晶体管112 的漏极，该源极连接到V
SS
。
[0012]输出级130包括电阻器131和晶体管132。电阻器131具有连接到V
DD
的 第一端子和提供标记为“V
OUT”的LNA100的输出的第二端子。晶体管132是N沟道MOS晶体管，其具有漏极、栅极和源极，该漏极连接到电阻器131的 第二端子，该栅极连接到晶体管112的漏极，该源极连接到V
SS
。
[0013]在操作中，晶体管111为输入级110生成偏置电流，并且晶体管112和113 基于电压V
IN
+和V
IN
‑
之间的差来转移偏置电流，V
IN
+和V
IN
‑
响应于此改变晶体 管112的漏极上的电压。电流镜114基于晶体管115与116的栅极宽度与栅极 长度之比将流过晶体管113的电流反射到晶体管116的漏源电流。该电流又被 由晶体管121和111形成的电流镜反射，以基于晶体管121和111的栅极宽度 与栅极长度之比形成晶体管111的源漏电流。当电流平衡时，晶体管112的漏 极上的电压与V
IN
+和V
IN
‑
之间的电压差成比例。电压控制晶体管132的电导率， 使得晶体管132的漏源电流随V
IN
+和V
IN
‑
之间的小信号变化而线性变化。这些 线性变化影响电阻器131上的电流电阻(IR)降，因此V
OUT
与V
IN
+和V
IN
‑
之 间的差成比例地变化。
[0014]LNA 100是具有自偏置电流结构的典型差分输入运算放大器，并且许多其 他已知的LNA被构建在LNA 100的基本结构上。即使采用差分输入结构，其 PSRR也被限制在约40dB。提供更好PSRR的LNA体系结构将是合乎需要的。
[0015]图2以图解形式示出了根据本公开的各种实施方案的具有高PSRR的低噪 声放大器(LNA)200。LNA 200通常包括低噪声放大器级210、滤波和偏置级 250以及一个或多个任选的滤波级260。
[0016]低噪声放大器级210包括晶体管211至214、电阻器220、低通滤波器电路 230和低通滤波器电路240。晶体管211是N沟道MOS晶体管，其具有漏极、 栅极和源极，该栅极用于接收标记为“IN”的输入信号，该源极接地。晶体管 212是P沟道MOS晶体管，其具有源极、栅极和漏极，该栅极用于接收标记为
ꢀ“
NEN”的控制信号，该漏极连接到晶体管211的漏极。晶体管213是N沟道 MOS晶体管，其具有漏极、栅极、源极和体端子，该源极连接到晶体管212的 源极，该体端子接地。晶体管214是N沟道MOS晶体管，其具有漏极、栅极、 源极和体端子，该漏极用于接收标记为“VLOW”的电源电压，该源极连接到 晶体管213的漏极，该体端子连接到该晶体管的栅极。电阻器220具有连接到 晶体管211的漏极的第一端子和连接到晶体管211的栅极的第二端子。低通滤 波器230包括电阻器231和电容器232。电阻器231具有连接到偏置节点的第 一端子和连接到晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低噪声放大器，所述低噪声放大器包括：低噪声放大器级、滤波和偏置级；所述低噪声放大器级用于接收输入信号，并响应于所述接收而提供第一输出信号，所述低噪声放大器级包括：增益元件，所述增益元件用于提供所述第一输出信号；和至少一个低通滤波器电路，所述至少一个低通滤波器电路串联在第一电源电压端子和所述增益元件之间，所述增益元件具有通过对偏置端子处的信号进行低通滤波而确定的电导率；所述滤波和偏置级具有用于接收所述第一输出信号的输入端和用于提供第二输出信号的输出端以及至少一个共源共栅元件，所述至少一个共源共栅元件具有串联耦接在所述偏置端子和输出端之间的第一电流传导路径，并且所述滤波和偏置级具有预定的滤波器特性。2.根据权利要求1所述的低噪声放大器，所述低噪声放大器还包括：至少一个带通级，所述至少一个带通级具有用于接收所述第二输出信号的输入端和用于提供所述低噪声放大器的输出的输出端，所述至少一个带通级中的每个带通级串联在所述第一电源电压端子和相应的输出端之间，并且所述至少一个带通级具有带通特性。3.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其中所述至少一个低通滤波器电路中的每个低通滤波器电路包括：晶体管，所述晶体管具有第一电流电极、控制电极和第二电流电极，其中所述至少一个低通滤波器电路中的第一个低通滤波器电路的晶体管的第二电流电极耦接到所述增益元件的输出端，并且所述至少一个低通滤波器电路中的最后一个低通滤波器电路的晶体管的第一电流电极耦接到所述第一电源电压端子；电阻器，所述电阻器具有耦接到所述偏置端子的第一端子和耦接到所述晶体管的所述控制电极的第二端子；和电容器，所述电容器具有耦接到所述晶体管的所述控制电极的第一端子和耦接到第二电源电压端子的第二端子。4.一种低噪声放大器，所述低噪声放大器包括：低噪声放大器级，所述低噪声放大器级具有第一增益元件和至少一个低通滤波器电路，所述第一增益元件具有用于接收输入信号的输入端和用于提供第一放大信号的输出端，所述至少一个低通滤波器电路各自具有耦接到偏置端子的输入端和耦接在第一电源电压端子与所述第一增益元件的输出端之间的第一电流传导路径；带通和偏置级，所述带通和偏置级具有第二增益元件和至少一个共源共栅元件，所述第二增益元件具有耦接到所述第一增益元件的输出端的输入端和用于提供第二放大信号的输出端，所述至少一个共源共栅元件具有耦接到所述偏置端子的输入端和串联耦接在所述偏置端子与所述第二增益元件的输出端之间的第二电流传导路径；和串联耦接的至少一个带通级，每个带通级具有各自的增益元件和至少一个对应的共源共栅元件，所述增益元件具有耦接到前一带通级的输出端的输入端和用于提供对应的放大信号的输出端，所述至少一个对应的共源共栅元件具有耦接到所述偏置端子的输入端和串联耦接在所述第一电源电压端子与对应的前一增益元件的输出端之间的相应的电流传导路径。
5.根据权利要求4所述的低噪声放大器，其中所述至少一个低通滤波器电路中的每个低通滤波器电路包括：晶体管，所述晶体管具有第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：