一种采用多路噪声抵消的低噪声放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种采用多路噪声抵消的低噪声放大器电路，该低噪声放大器包含一个直流连接的平衡非平衡变压器（Ｂａｌｕｎ），一对交叉耦合连接的输入晶体管，其源极分别直接连接至平衡非平衡变压器的两个平衡端，其栅极分别交流耦合连接至与其源极连接相异的平衡非平衡变压器的两个平衡端，一对晶体管负载，其栅极分别交流耦合连接至平衡－非平衡变压器的两个平衡端，两对电阻－电容（Ｒ－Ｃ）高通滤波网络，与输入晶体管相连形成交叉耦合组态，两对电阻－电容高通滤波网络，将输入信号交流耦合至晶体管负载管的栅极。本发明专利技术的主要目的是通过多路噪声抵消技术，实现低噪声系数和高线性度，同时只消耗很低的功耗。

A low-noise amplifier employing multi-channel noise cancellation

The invention discloses a multi-channel noise canceller using low noise amplifier circuit, the low noise amplifier contains a DC connected balanced unbalanced transformer (Balun), a pair of cross coupled transistor is connected with the input source, the two balance are directly connected to the balance of non balance transformer terminal, two end balance the gate are respectively connected to the AC coupling and its source connected different balanced unbalanced transformer, a load transistor, the gate respectively connected to the AC coupled two balanced baluns on the end of the two resistor - capacitor (RC) high pass filter network is connected with the input transistor form a cross coupled configuration. The two resistor - capacitor filter network, the input signal is AC coupled to the transistor gate tube load. The main purpose of the invention is to achieve low noise figure and high linearity through multi-channel noise cancellation technology, while consuming very low power consumption.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低噪声放大器，尤其涉及一种低功耗、高线性度的低噪声放大器电 路，属于射频集成电路

技术介绍
随着无线通讯技术和集成电路工艺的发展，低噪声放大器的研究得到了广泛的关 注。低噪声放大器是射频集成电路接收机前端的重要组成部分，主要用于放大天线接收 到的微弱信号供后级模块处理。低噪声放大器不仅需要具有很低的噪声系数，还需要具 有较高的线性度，并且消耗尽量少的电流。传统的低噪声放大器通常采用带源极电感反 馈的共源放大结构，这种结构能够得到较低的噪声系数，但需要采用片上电感，增加了 芯片面积和成本，同时电路的线性度也较差，应用领域受到了局限。采用噪声抵消技术 的低噪声放大器能够在较宽的频带内实现很低的噪声系数，但是电路的功耗过大，线性 度也较差。而采用共栅结构的低噪声放大器具有较高的线性度和较低的功耗，但噪声系 数较大，难以满足实际应用的要求。图1为差分电容交叉耦合共栅结构低噪声放大器。差分信号从晶体管Mil和M12 的源极输入，漏极输出。源极直流偏置部分101由两个相同的差分阻抗Zll和Z12组成， 其中Zll和Z12可以是电阻、电感或者有源电流镜；负载部分103由两个相同的阻抗Z13 和Z14组成，其中Z13和Z14可以是电阻、电感、或者由电阻-电感-电容组成的任意形 式的无源网络。图中的102部分为交叉耦合的电容-电阻高通滤波网络，目的是将加载在 晶体管Mil和M12源极的输入信号交流耦合到相对的晶体管的栅极，使得加载在晶体管 Mil和M12的栅极和源极之间的电压倍增，从而达到增加电路的增益，降低噪声系数的 目的。假设电路的输入阻抗和源阻抗相匹配，并只考虑输入晶体管的噪声，该电路的理 论最低噪声系数(NF)为F = l + y/2 (1)其中参数y为MOS管的沟道噪声系数。 然而这种电路结构的缺点主要在于1、源极直流偏置部分101和负载部分103的噪声贡献通常很大，不能忽略，这就导致电路的实际噪声系数通常远大于理论最小值；2、该电路用于窄带射频接收机系统中时，源极直流偏置部分101和负载部分103 通常需要采用片上螺旋电感来得到较好的性能，这会使得设计难度和芯片面积提高，成 本较高；而当该电路应用于宽带射频接收机系统中时，101部分和103部分只能采用电 阻或者晶体管有源器件，对整个电路的噪声贡献较大，性能往往难以满足实际的应用要 求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种改进后的低噪声放大器电路结构，该结构通 过引入额外的电路通路，能够使得输入晶体管的噪声通过多条不同的电路通路后在输出 端得到抵消，从而最大可能的降低了电路的噪声系数和功耗，同时电路的线性度、阻抗 匹配特性等也得到了一定程度的提高，该电路结构同时适用于窄带和宽带射频系统。一种采用多路噪声抵消的低噪声放大器，包含输入晶体管部分202，负载部分203; 输入晶体管部分202由两个相同的晶体管M21和M22组成，用于放大信号；负载部分 203由两个相同的晶体管M23和M24组成，为输入晶体管202部分提供负载，其源极分 别连接至输入晶体管M21和M22的漏极，差分输出端Vo，其漏极连接至电源，栅极直 流电位连接至电源；还包含，平衡非平衡变压器201，交叉耦合部分204，信号正馈部分205;平衡非平衡变压器201，其第1端单端连接至信号源，两个平衡端第2端和第3端 分别连接至输入晶体管M21和M22的源极，第4端和第5端接地；交叉耦合部分204由两个电阻-电容高通滤波电路C21-R21和C22-R22组成，其中 电容C21的两端分别连接至输入晶体管M21的源极和M22的栅极，电容C22的两端分 别连接至输入晶体管M22的源极和M21的栅极，与输入晶体管相连形成交叉耦合组态， 使得输入晶体管M21和M22的栅极和源极之间的交流输入信号电压差增加或倍增；信号正馈部分205，由两个电阻电容高通滤波电路C23-R23和C24-R24组成，提供 额外的信号通路和噪声抵消通路，在不消耗额外功耗的前提下提高电路的增益，降低噪 声系数。所述输入晶体管部分202，其栅极直流电位由偏置电压Vb确定，源极分别连接至平 衡非平衡变压器的两个平衡端，漏极连接至负载和输出端Vo。平衡非平衡变压器的两个平衡端与输入晶体管直流连接，从而在不消耗直流压降情况下为输入晶体管提供了直流通路，不再需要额外的偏置器件(电阻、电感或者MOS 管电流镜)为输入晶体管提供直流偏置，同时不再需要将输入信号交流耦合至芯片所需 的片外电容。差分输入晶体管的源极和栅极采用交叉耦合连接的方法，即每个输入晶体管的源极 分别与平衡-非平衡变压器的两个平衡端相连的情况下，通过两个电阻-电容高通滤波电路 将差分输入信号分别耦合到相对的晶体管的栅极，从而使得直流功耗相同的前提下，每 个输入晶体管的栅源之间的交流输入电压倍增，这样在电路功耗不变的前提下得到了双 倍的跨导，使得电路噪声系数降低、线性度增加。电路负载采用两个二极管连接形式的N型晶体管，能够提高电路线性度，稳定输出 直流电压。此外，两个负载晶体管的栅极通过电阻-电容高通滤波电路分别与平衡-非平衡 变压器的两个平衡端相连，在消耗同样电流的前提下提供了一条额外的提高电路增益、 降低噪声系数的通路。采用两对电阻-电容高通滤波网络将差分输入信号交流耦合至与之相对的输入晶体 管的栅极，以形成电容交叉耦合组态。采用两对电阻-电容高通滤波网络将差分输入信号交流耦合至负载晶体管的栅极，为 电路从输入到输出之间提供一条额外的正馈通路。能够在电路功耗不变的前提下提高电 压增益，同时能够抵消输入管的噪声贡献，降低电路噪声系数。所述晶体管既是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，或双极结晶体管(BJT)。所述低噪声放大器电路结构适用于窄带和宽带射频系统。采用两对电阻-电容高通滤波网络将差分输入信号交流耦合至负载晶体管的栅极，为 电路从输入到输出之间提供一条额外的正馈通路。能够在电路功耗不变的前提下提高电 压增益，同时能够抵消输入管的噪声贡献，降低电路噪声系数。附图说明图1为差分电容交叉耦合共栅结构低噪声放大器； 图2为本专利技术介绍的包含片外Balun的低噪声放大器电路； 图3为平衡-非平衡变压器对电路噪声降低作用的原理图； 图4为电容交叉耦合结构对电路噪声降低作用的原理图； 图5为电容正馈通路对电路噪声降低作用的原理具体实施例方式下面结合附图进一步具体描述本专利技术。 图2所示为本专利技术的具体电路图。图中包括平衡非平衡变压器201,可以采用片外分立元件或者片上集成的方式。其第1端(单 端)连接至信号源，第2端和第3端(两个平衡端)分别连接至输入晶体管M21和M22 的源极，第4端和第5端接地。平衡非平衡变压器201的两个平衡端与输入晶体管直流连接，从而在不消耗直流压 降的情况下为输入晶体管提供了直流通路，不再需要额外的偏置器件(电阻、电感或者 MOS管电流镜)为输入晶体管提供直流偏置，同吋不再需要将输入信号交流耦合至芯片 所需的片外电容。输入晶体管部分202，由两个相同的晶体管M21和M22组成，用于放大信号。其栅 极直流电位由偏置电压Vb确定，源极分别连接至平衡非平衡变压器的两个平衡端，漏极 连接至负载和输出端Vo。差分输入晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用多路噪声抵消的低噪声放大器，包含：输入晶体管部分２０２，负载部分２０３；输入晶体管部分２０２由两个相同的晶体管Ｍ２１和Ｍ２２组成，用于放大信号；负载部分２０３由两个相同的晶体管Ｍ２３和Ｍ２４组成，为输入晶体管２０２部分提供负载，其源极分别连接至输入晶体管Ｍ２１和Ｍ２２的漏极，差分输出端Ｖｏ，其漏极连接至电源，栅极直流电位连接至电源；其特征在于，还包含，平衡非平衡变压器２０１，交叉耦合部分２０４，信号正馈部分２０５；　平衡非平衡变压器２０１，其第１端单端连接至信号 源，两个平衡端第２端和第３端分别连接至输入晶体管Ｍ２１和Ｍ２２的源极，第４端和第５端接地；　交叉耦合部分２０４由两个电阻－电容高通滤波电路Ｃ２１－Ｒ２１和Ｃ２２－Ｒ２２组成，其中电容Ｃ２１的两端分别连接至输入晶体管Ｍ２１的源极和Ｍ２２ 的栅极，电容Ｃ２２的两端分别连接至输入晶体管Ｍ２２的源极和Ｍ２１的栅极，与输入晶体管相连形成交叉耦合组态，使得输入晶体管Ｍ２１和Ｍ２２的栅极和源极之间的交流输入信号电压差增加或倍增；　信号正馈部分２０５，由两个电阻电容高通滤波电路Ｃ２ ３－Ｒ２３和Ｃ２４－Ｒ２４组成，提供额外的信号通路和噪声抵消通路，在不消耗额外功耗的前提下提高电路的增益，降低噪声系数。...

【技术特征摘要】
1、一种采用多路噪声抵消的低噪声放大器，包含输入晶体管部分202，负载部分203；输入晶体管部分202由两个相同的晶体管M21和M22组成，用于放大信号；负载部分203由两个相同的晶体管M23和M24组成，为输入晶体管202部分提供负载，其源极分别连接至输入晶体管M21和M22的漏极，差分输出端Vo，其漏极连接至电源，栅极直流电位连接至电源；其特征在于，还包含，平衡非平衡变压器201，交叉耦合部分204，信号正馈部分205；平衡非平衡变压器201，其第1端单端连接至信号源，两个平衡端第2端和第3端分别连接至输入晶体管M21和M22的源极，第4端和第5端接地；交叉耦合部分204由两个电阻-电容高通滤波电路C21-R21和C22-R22组成，其中电容C21的两端分别连接至输入晶体管M21的源极和M22的栅极，电容C22的两端分别连接至输入晶体管M22的源极和M21的栅极，与输入晶体管相连形成交叉耦合组态，使得输入晶体管M21和M22的栅极和源极之间的交流输入信号电压差增加或倍增；信号正馈部分205，由两个电阻电容高通滤波电路C23-R23和C24-R24组成，提供额外的信号通路和噪声抵...

【专利技术属性】
技术研发人员：金黎明，廖友春，唐长文，袁路，
申请(专利权)人：上海锐协微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]