三线圈变压器及低噪声放大器制造技术

本公开提供的三线圈变压器及低噪声放大器，三线圈变压器中的第一、第二电感线圈均为具有封闭形状的线圈，且两者存在重叠，第三电感线圈为由第一、第二主体通过交叉跳线形成的“8”字型线圈，第一、第二主体均与第一、第二电感线圈存在叠合，且交叉跳线不与第一、第二电感线圈接触。低噪声放大器包括晶体管、电容和所述三线圈变压器，三圈变压器分别连接在晶体管的栅极、源极和漏极，实现跨导增强和噪声抵消，以增加电路增益并减小噪声，还起到第一级输入匹配和一二级级间匹配的作用。本公开提供的三线圈变压器可实现三线圈之间耦合系数的相互独立，便于电路设计，通过三线圈变压器同时完成噪声抵消和输入匹配以及级间匹配，可大大减少芯片面积。大减少芯片面积。大减少芯片面积。

【技术实现步骤摘要】
三线圈变压器及低噪声放大器


[0001]本公开涉及电子电路
，特别涉及三圈变压器及具有该三线圈变压器的低噪声放大器。

技术介绍

[0002]在过去十年里，毫米波技术无疑是发展最迅猛的之一。毫米波作为电磁波，其主要的应用方向是通信和雷达。在毫米波系统中，最关键的组件之一是低噪声放大器(LNA)，它接收并放大来自天线的小信号，且具有良好的信噪比(SNR)。由于低噪声放大器位于接收机的第一级，而接收机的第一级决定了链路的噪声系数(NF)，因此它需要提供足够的增益来抑制后级链路的噪声。因此，如何优化低噪声放大器的噪声性能和提高其功率增益一直是人们关注的重要问题。
[0003]在降低噪声系数方面，F.Bruccoleri提出的噪声抵消技术(noise
‑
cancelling)是一个很好的选择，它可以在宽带范围降低低噪声放大器的噪声系数，传统的噪声抵消技术由两路放大器组成，其中一路放大器为主要的信号通路放大器，称为主放大器，另一路放大器称辅放大器。其中主放大器的信号流与辅放大器的信号流同向，叠加增强；噪声信号流则反向，叠加后可以实现对主放大器噪声信号流的抵消，并且可以证明这种抵消是宽带的。除此之外，跨导增强技术也是一种提高低噪声放大器增益并减小其噪声的重要技术，跨导增强技术是在低噪声放大器的跨导级晶体管的栅极和源极之间直接接入一反相放大器，该反相放大器可以提高跨导级晶体管的栅极和源极之间的电压差，相当于提升跨导晶体管的等效跨导。
[0004]在毫米波频段下，因为电路的寄生较为严重，所以传统的噪声抵消结构往往不能很好的抵消噪声，并且额外的辅放大器通路所引入的寄生会带来不可忽视的增益损耗。这使得毫米波频段下使用传统噪声抵消技术的低噪声放大器不会有太好的噪声性能和增益性能。一种在毫米波频段下实现噪声抵消的方法是使用三线圈变压器，不引入额外的辅放大器，同时实现噪声抵消和跨导提升。然而对于三线圈变压器中的耦合系数，组成三线圈变压器的三个电感之间具有互感关系，因此一旦设计好三线圈变压器中其中两个耦合系数，第三个耦合系数就被固定下来，可能无法同时得到需要的三个耦合系数，需要在指标之间进行折衷。

技术实现思路

[0005]本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006]为此，本公开第一方面实施例提供的便于调节耦合系数的三线圈变压器，包括：
[0007]第一电感线圈和第二电感线圈，均为具有封闭形状的线圈，且两者具有重叠；
[0008]第三电感线圈，为由第一主体和第二主体通过交叉跳线形成的“8”字型线圈，所述第一主体和第二主体均与所述第一电感线圈和所述第二电感线圈存在叠合，且所述交叉跳线不与所述第一电感线圈和所述第二电感线圈接触。
[0009]在一些实施例中，所述第三电感线圈为对称或非对称的“8”字型线圈。
[0010]在一些实施例中，所述第三电感线圈与所述第一电感线圈的耦合系数同所述第一主体和所述第二主体分别与所述第一电感线圈的叠合面积之比成正相关。
[0011]在一些实施例中，所述第三电感线圈与所述第二电感线圈的耦合系数同所述第一主体和所述第二主体分别与所述第二电感线圈的叠合面积之比成正相关。
[0012]在一些实施例中，所述第一电感线圈和所述第二电感线圈为全等形状。
[0013]在一些实施例中，所述第一电感线圈和所述第二电感线圈位于所述第三电感线圈的同一侧或者两侧。
[0014]在一些实施例中，所述第一电感线圈、所述第二电感线圈和所述第三电感线圈的主体采用不同的金属制成，且所选金属应保证各电感线圈的电阻损耗尽可能小。
[0015]本公开第二方面实施例提供的低噪声放大器，包括根据本公开第一方面任一实施例提供的三线圈变压器。
[0016]在一些实施例中，所述低噪声放大器包括晶体管、电容和根据本公开第一方面任一实施例提供的三线圈变压器，
[0017]所述晶体管的源极接入地
‑
信号
‑
地接口GSG；
[0018]所述第一电感线圈的一端连接所述晶体管的源极、另一端接地，所述第二电感线圈的一端连接所述晶体管的栅极、另一端连接直流偏置电压VB，所述第三电感线圈的一端连接所述晶体管的漏极、另一端连接电源VDD；
[0019]所述电容与所述第三电感线圈构成级间匹配网络，所述电容的一端连接所述晶体管的漏极、另一端连接负载。
[0020]在一些实施例中，所述晶体管采用NMOS晶体管。
[0021]本公开的技术特点及有益效果：
[0022]1、提升三线圈变压器设计自由度，“8”字型三线圈变压器可以使变压器中三个线圈之间的耦合系数相互独立，引入更多的自由度，便于电路的设计；
[0023]2、提升毫米波频段低噪声放大器放大器的噪声性能。“8”字型三线圈变压器可以起到噪声抵消的效果，连接在共栅级放大器的漏极和源极的两个电感线圈组成变压器，可以相互感应出与各自噪声电压相位相反的感应噪声电压，噪声电压与感应噪声电压叠加后可以起到噪声抵消的效果，提高晶体管的噪声性能；
[0024]3、提升毫米波频段低噪声放大器放大器的增益性能。“8”字型三线圈变压器可以起到跨导增强的效果，连接在共栅级放大器的栅极和源极的两个电感线圈组成变压器，可以提高晶体管的栅源电压差，提高晶体管等效跨导。
[0025]4、提升芯片的紧凑度，减小芯片面积。共栅级中的“8”字型三线圈变压器同时承担了输入和级间阻抗匹配的作用，使得电路不需要额外的匹配网络，减小了芯片的无源损耗和面积。本公开充分利用了三线圈变压器结构特点，采用了紧凑型版图设计，进一步减少了芯片的面积。
附图说明
[0026]图1为本公开第一方面实施例提供的三线圈变压器的结构示意图。
[0027]图2为本公开第二方面实施例提供的低噪声放大器的电路结构示意图；
[0028]图3为本公开第二方面实施例提供的的低噪声放大器的信号及噪声仿真结果。
具体实施方式
[0029]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，并不用于限定本申请。
[0030]相反，本申请涵盖任何由权利要求定义的在本申请精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。
[0031]本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的
技术实现思路
涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三圈变压器，其特征在于，包括三个电感线圈，其中，第一电感线圈和第二电感线圈，均为具有封闭形状的线圈，且两者存在重叠；第三电感线圈，为由第一主体和第二主体通过交叉跳线形成的“8”字型线圈，所述第一主体和第二主体均与所述第一电感线圈和所述第二电感线圈存在叠合，且所述交叉跳线不与所述第一电感线圈和所述第二电感线圈接触。2.根据权利要求1所述的三线圈变压器，其特征在于，所述第三电感线圈为对称或非对称的“8”字型线圈。3.根据权利要求1所述的三线圈变压器，其特征在于，所述第三电感线圈与所述第一电感线圈的耦合系数同所述第一主体和所述第二主体分别与所述第一电感线圈的叠合面积之比成正相关。4.根据权利要求1所述的三线圈变压器，其特征在于，所述第三电感线圈与所述第二电感线圈的耦合系数同所述第一主体和所述第二主体分别与所述第二电感线圈的叠合面积之比成正相关。5.根据权利要求1所述的三线圈变压器，其特征在于，所述第一电感线圈和所述第二电感线圈为全等形状。6.根据权利要求1所述的三线圈变压器，其特征在于，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，王竞择，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：