【技术实现步骤摘要】
本申请涉及集成电路领域，特别涉及一种电流复用的耦合源简并电感低噪声放大器。
技术介绍
1、在低功耗蓝牙芯片中，射频接收模块的功耗占总系统功耗的百分之六十。其中，低噪声放大器作为射频模块甚至是整个接收机的第一级，对整体的噪声起决定性作用，对整个系统的性能都有很大影响。在设计时，需要面临各种各样的设计指标要求，例如：低噪声、低功耗、高增益、高线性度、输入输出阻抗匹配和较小的芯片面积。根据模拟电路设计的八边形法则，有些设计指标存在互相牵制、互相制约的情况，例如高线性度和低功耗，因此需要在设计时进行折中设计或者引入新的结构。
2、绝大多数应用都要求低噪声放大器具有50ω的输入阻抗，从而使得低噪声放大器的输入可以直接作为片外射频滤波器的终端负载。目前可以提供电阻性输入阻抗的放大器电路主要有四种拓扑结构，分别是：输入端并联电阻的共源放大器结构、并联-串联反馈放大器结构、共栅放大器结构，以及源简并电感型共源放大器结构。
3、但是，目前的这四种结构都各有不可忽略的缺点：输入端并联电阻的共源放大器结构由于引入并联电阻，一方面引入了新的电阻热噪声，另一方面，并联电阻使输入信号衰减了一半，使得低噪声放大器总体性能极差。并联-串联反馈放大器结构由于受到反馈电阻和源简并电阻的热噪声影响，使得噪声性能较差。共栅放大器结构存在多个指标之间的折中问题，例如在感性负载共栅级结构中，晶体管跨导的提高会降低噪声系数，但同时也会降低放大器的输入电阻，从而导致输入端的阻抗匹配较差。源简并电感共源放大器结构通过合理的设计，可在功耗受限的情况下得到近
4、因此，在实现低噪声、低功耗、高增益、高线性度、输入输出阻抗匹配的同时，还尽可能的减小芯片的面积成为射频集成电路领域当中一个重要的研究课题。
技术实现思路
1、本申请提供了一种电流复用的耦合源简并电感低噪声放大器，可用于克服传统的单级源简并电感共源放大器增益不够、版图面积过大的不足，能在保证低功耗特性的基础上，降低放大器的噪声，提高放大器的增益、线性度、输入输出匹配。
2、本申请提供一种电流复用的耦合源简并电感低噪声放大器，低噪声放大器包括一个放大器单元和一个反馈单元；
3、其中，放大器单元包括第一pmos管pm1、第一nmos管nm1、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第一电阻r1、第二电阻r2、第一偏置电压vb1、第二偏置电压vb2及电压源vdd；
4、反馈单元包括第一运算放大器amp1、第二pmos管pm2、第三电阻r3、第五电容c5、第一参考电压vref及电压源vdd。
5、射频信号输入端与第一电感l1的正端连接；所述第一电感l1负端同时连接第一电容c1、第二电容c2的上级板；
6、所述第一电容c1的下级板分别与第三电容c3的上级板、第一pmos管pm1的栅极、第一电阻r1的正端相连接，第一电阻r1的负端连接第一偏置电压vb1；所述第三电容的下级板分别与第二电感l2的负端、第一pmos管pm1的源级相连接；所述第一pmos管pm1的源级分别与第三电容c3的下级板、第二电感l2的负端相连；所述第二电感l2的正端与电源电压连接；第一pmos管pm1的漏极分别与第一nmos管nm1的漏极、第三电阻r3的一端、射频信号的输出端rfout相连接；
7、所述第一nmos管nm1的栅极分别与第二电容c2的下级板、第四电容c4的上级板、第二电阻r2的正端相连接，第二电阻r2的负端连接第二偏置电压vb2；所述第四电容c4的下级板分别与第三电感l3的正端、第一nmos管nm1的源级相连接；所述第三电感l3的负端接地；第一nmos管nm1的漏极与第一pmos管pm1的漏极、第三电阻r3的一端、射频信号的输出端rfout相连接；所述第三电阻r3的一端分别与第一pmos管pm1的漏极、第一nmos管nm1的漏极、射频信号的输出端rfout相连接，第三电阻r3的另一端分别与第五电容c5的上级板、第一运算放大器amp1的同相输入端相连接；所述第五电容c5的下级板接地；
8、所述第一运算放大器amp1的同相输入端分别与第三电阻r3的一端、第五电容c5的上级板相连接；第一运算放大器amp1的反向输入端与第一参考电压vref连接；第一运算放大器amp1的输出端与第二pmos管pm2的栅极连接；所述第二pmos管pm2的源级与电源电压连接。
9、进一步地，两个相互耦合的电感l2、l3组成了变压器t1，电感l2与电感l3之间的耦合系数为k12。
10、进一步地，低噪声放大器的第一pmos管pm1源简并电感共源级放大器输入阻抗表示为：
11、
12、其中，cgs1为第一pmos管pm1的栅源电容；l2为第一pmos管pm1的源简并电感；m为互感系数；gmp1为第一pmos管pm1的跨导；gmn1为第一nmos管nm1的跨导；
13、第一nmos管nm1源简并电感共源级放大器的输入阻抗表示为：
14、
15、其中，cgs2为第一nmos管nm1的栅源电容；l3为第一nmos管nm1的源简并电感；
16、低噪声放大器的输入阻抗表示为zin＝zin1//zin2，“//”符号表示并联。
17、进一步地，实现输入阻抗匹配需要满足条件低噪声放大器的等效跨导表示为：
18、
19、其中ωtp1为第一pmos管pm1的特征频率，且ωtn1为第一nmos管nm1的特征频率，且ω0为回路谐振频率，且rs为电压源等效内阻；当满足输入阻抗匹配时，低噪声放大器的噪声系数表示为：
20、
21、其中γ为剩余噪声系数，长沟道晶体管的γ值为2/3，短沟道晶体管的γ值为2
22、本专利技术低噪声放大器采用了电流复用技术，实现了第一pmos管pm1和第一nmos管nm1的直流偏置电流的复用，与传统共栅或共源电路相比，能够得到较小的静态电流，降低了电路的总电流，从而降低了电路的功耗。如本专利技术的静态电流约为0.5ma(电源电压为1.8v)，从而能够实现低功耗。
23、本专利技术低噪声放大器输入级采用源简并电感型共源放大器，具有良好的噪声系数、优秀增益的同时可以实现较好的输入阻抗匹配。
24、本专利技术低噪声放大器输入级的第一pmos管pm1源简并电感型共源级与第一nmos管nm1源简并电感型共源级当中的电感耦合形成变压器结构，从而在后续的版图设计过程中，可以将变压器结构中的两个电感放在基板的不同金属层，从而减少芯片的占用面积，促使芯片的小型化，降低成本。且此处互感提高了电路的品质因素，减小了损耗，降低了噪声系数。
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1.一种电流复用的耦合源简并电感低噪声放大器，其特征在于，所述低噪声放大器包括一个放大器单元和一个反馈单元；
2.根据权利要求1所述的一种电流复用的耦合源简并电感低噪声放大器，其特征在于，两个相互耦合的电感L2、L3组成了变压器T1，电感L2与电感L3之间的耦合系数为k12。
3.根据权利要求1所述的一种电流复用的耦合源简并电感低噪声放大器，其特征在于，低噪声放大器的第一PMOS管PM1源简并电感共源级放大器输入阻抗表示为：
4.根据权利要求3所述的一种电流复用的耦合源简并电感低噪声放大器，其特征在于，实现输入阻抗匹配需要满足条件低噪声放大器的等效跨导表示为：
【技术特征摘要】
1.一种电流复用的耦合源简并电感低噪声放大器，其特征在于，所述低噪声放大器包括一个放大器单元和一个反馈单元；
2.根据权利要求1所述的一种电流复用的耦合源简并电感低噪声放大器，其特征在于，两个相互耦合的电感l2、l3组成了变压器t1，电感l2与电感l3之间的耦合系数为k12。
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄同德，高皓，肖博伟，马尹双，金锦，吴文，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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