宽带低噪声放大器制造技术

本发明专利技术提供了一种宽带低噪声放大器，包括：共栅极输入电路，接收外部输入信号，实现输入匹配并提供低频段增益；共源共栅极放大电路，输入端通过第一电容器耦合到共栅极输入电路的输出端，提供高频增益并实现反向隔离；共源支路，包括第一ＭＯＳ管，第一ＭＯＳ管的栅极通过第二电容器耦合到共栅极输入电路的输入端，源极接地，漏极连接到共源共栅极放大电路的共源管的漏极；源极跟随器输出电路，输入端连接到共源共栅极放大电路的输出端，输出经过低噪声放大处理的信号。通过合理的设计共源管第一ＭＯＳ管的跨导，可以抵消共栅极输入电路的噪声，从而实现很小的噪声系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及CMOS集成电路中的射频集成电路，更具体地讲，涉及一种 采用共源支路实现噪声消除效果的共栅极宽带低噪声放大器。
技术介绍
低噪声放大器(LNA)在微波/射频接收系统中处于接收机的前端，其性 能的好坏对接收机的性能有很大的影响。特别地，低噪声放大器需要实现很 小的噪声系数。宽带低噪声放大器一直是低噪声放大器的热点，它在超宽带 (UWB)等射频领域有重要的作用。图1示出了传统技术的射频接收机的框图。如图1所示，天线接收到的 信号经过带通滤波器滤波后进入低噪声放大器。低噪声放大器对接收的信号 进行放大，并将放大的信号输入到混频器。混频器对输入的信号进行下变频 得到所需的基带信号。本地振荡器提供两路时钟，它们的相位相差90度，从 而可得到正交I/Q信号。基带信号经过可变增益放大器和低通滤波器后进入 基带处理的模拟数字转换器，从而经过转换得到数字信号。参考文献"An Ultra-Wide-Band 0.4-10-GHz LNA in 0.18-腿CMOS" (Ke-Hou Chen, Jian-Hao Lu， etc. IEEE Transactions on Circuits and Systems-II Express Briefs. VOL. 54. No. 3. March 2007 )提出了 一种超宽带CMOS低噪声 放大器，该文献通过引用包含于此。图2是示出该文献提出的低噪声放大器 的电路图。图2所示的低噪声放大器属于常见的单端LNA结构。参照图2， 所述低噪声放大器包括三级电路，即共栅极输入电路、共源共栅极放大电路 和源极跟随器输出电路。在宽带低噪声放大电路设计中，如何在输入端实现 宽带匹配一直是宽带低噪声放大器的难点，而如图2所示的共栅极输入电路 可以在很宽的带宽内很好地实现50Q输入匹配，同时提供低频段增益。这是因为共栅极输入电路的输入电阻为丄，所以仅需要设计l = 50O ，就可以实 现输入匹配。在共栅极输入电路中，MOS管Ml的漏极通过电阻Rl连接到3工作电压Vdd，其源极通过电感器Ll接地，电感器Ll与MOS管Ml的栅 源电容Cgs谐振从而提供输入匹配。共源共栅极放大电路提供高频增益，并 且可以实现很好的反向隔离。共栅极输入电路的输出端通过电容器Cp (其电 容容量为皮法级)耦合到共源共栅极放大电路的输入端，即共源管M2管的 栅极。电容器Cp为耦合电容，其电容量优选为5pF。共源管M2的源极接地， 漏极与共栅管M3的源极相连接，共栅管M3的漏极通过电阻器R2和电感器 L2连接到工作电压Vdd，其栅极也连接到工作电压Vdd。源极跟随器输出电 路输出经过低噪声放大处理的信号，并且能够提供50Q输出匹配。在源极跟 随器输出电路中，MOS管M5作为源极跟随器的负载，其源极接地，漏极与 源极跟随器的MOS管M4的源极相连接。MOS管M4的漏极连接到工作电 压Vdd。在图2中，Vbiasl、 Vbias2和Vbias3是三级电路的偏置。通过如上 构造，在宽带低噪声放大器设计中可以实现很好的输入匹配(Sll )，增益(S21 ) 和反向隔离(S12)。然而，如图2所示的宽带低噪声放大器虽然可以很好地实现宽带输入匹 配，但是存在着噪声较大的问题。根据噪声系数的定义，噪声系数F等于总 的噪声输出功率除以输入噪声源引起的噪声输出功率。根据噪声级联公式， 电路后级的噪声的影响会被前级的增益所减弱。因此，当第一级电路可以提 供相当增益的情况下，系统的噪声系数主要由第 一 级的噪声决定。对如图2所示的宽带低噪声放大器，仅考虑第一级共栅极输入电路的MOS管的热噪声对系统的影响，可以得到如下的噪声系数。m, (4^grf0)/gm2 (1) 一其中，Y为由工艺决定的常数，Rs为宽带低噪声放大器的输入阻抗，gm 为共栅极输入电路的MOS管跨导，&。 二 gm k=Q, k为玻尔兹曼常数，T为 绝对温度。设"=^,当共栅极输入电路的MOS管实现输入匹配——^凡日t，得到 如下的噪声系数。对于长沟道器件，噪声系数F的最低值约为2.2dB,而对现代深亚微米 工艺的短沟道器件，y/a=2，因此F约为4.8dB。在高频—段同时考虑栅电流噪尸>1 +丄声时，噪声系数将变得很差。对处于射频接收系统前端的低噪声放大器，这 是无法接受的。因此，需要一种能够减小MOS管的噪声并实现很小的噪声系数的宽带 低噪声放大器。
技术实现思路
在下面的描述中将部分地阐明本专利技术另外的方面和/或优点，通过描述， 其会变得更加清楚，或者通过实施本专利技术可以了解。根据本专利技术的一方面，提供了一种宽带低噪声放大器，包括共栅极输 入电路，接收外部输入信号，实现输入匹配并提供低频段增益；共源共栅极 放大电路，输入端通过第一电容器耦合到共栅极输入电路的输出端，提供高 频增益并实现反向隔离；共源支路，包括第一MOS管，第一MOS管的栅极 通过第二电容器耦合到共栅极输入电路的输入端，源极接地，漏极连接到共 源共栅极放大电路的共源管的漏极，所述共源支路用于实现噪声消除；源极 跟随器输出电路，输入端连接到共源共栅极放大电路的输出端，输出经过低 噪声放大处理的信号，并且提供输出匹配。附图说明通过下面结合附图对实施例进行的描述，本专利技术的这些和/或其他方面和 优点将会变得清楚和更易于理解，其中图1示出了传统技术的射频接收机的框图2是示出现有技术的低噪声放大器的电路图3是根据本专利技术实施例的采用共源支路实现消除MOS管Ml噪声的共 栅极宽带低噪声放大器的电路图4是根据本专利技术的共源共栅极放大电路的共源管M2与共源支路的 MOS管M2n实现噪声消除的原理的示意图。具体实施例方式现在对本专利技术实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相 同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本 专利技术。图3是根据本专利技术实施例的采用共源支^各实现消除MOS管Ml噪声的共 栅极宽带低噪声放大器的电路图。参照图3,根据本专利技术实施例的宽带低噪声放大器包括共栅极输入电路、 共源共栅极放大电路、共源支路和源极跟随器输出电路，其中，共栅极输入 电路、共源共栅极放大电路和源极跟随器输出电路的结构和功能与如图2所 示的现有技术的低噪声放大器中的相应电路的结构和功能相同。如图3所示， 在如图2所示的现有技术的低噪声放大器中添加了共源支路M2n。共栅极输 入电路的输入端通过电容器C (其电容容量为皮法级)耦合连接到共源支路 中的MOS管M2n的栅极，M2n的源极接地，漏极与共源共栅极放大电路中 的共源管M2的漏极相连。电容器C为耦合电容，其电容量优选为5pF。通 过添加共源支路，使得共栅极输入电路中的MOS管Ml的噪声分别通过M2 和M2n进行放大，并在M2的漏极相抵消。图4是根据本专利技术的共源共栅极放大电路的共源管M2与共源支路的 MOS管M2n实现噪声消除的原理的示意图。参照图3和图4，从MOS管Ml的源极(X点)和漏极(Y点)向所述 宽带低噪声放大器内部看，单独考虑MOS管Ml的等效噪声电流In，M1在共栅 极输入电路负载R^上的电压，通过共源管M2造成的节点Z处的输出电流 In,outl如等式(3)所示。其中，g^是MOS管Ml的跨导，gm2是共源管M2的跨导，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带低噪声放大器，包括：　共栅极输入电路，所述共栅极输入电路接收外部输入信号，用于实现输入匹配并提供低频段增益；　共源共栅极放大电路，所述共源共栅极放大电路的输入端通过第一电容器耦合到所述共栅极输入电路的输出端，用于提供高频 增益并实现反向隔离；　共源支路，包括第一ＭＯＳ管，所述第一ＭＯＳ管的栅极通过第二电容器耦合到所述共栅极输入电路的输入端，其源极接地，其漏极连接到所述共源共栅极放大电路的共源管的漏极；　源极跟随器输出电路，所述源极跟随器输出电路的 输入端连接到所述共源共栅极放大电路的输出端，用于输出经过低噪声放大处理的信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高彬，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，三星半导体中国研究开发有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]