用于低噪声放大器的系统及方法技术方案

本发明专利技术提供用于低噪声放大器的系统及方法，其中根据实施方式，一种低噪声放大器（LNA）包括晶体管和互感器，该互感器具有耦接于LNA输入端子和该晶体管的控制节点之间的第一绕组以及磁性耦合至该第一绕组且耦接于该晶体管参考节点和LNA参考端子之间的第二绕组。该LNA的输出耦接至该晶体管的输出节点。

System and method for low noise amplifier

The present invention provides a system for low noise amplifier and method, according to one embodiment, a low noise amplifier (LNA) includes a transistor and a transformer, the transformer is coupled between the input terminal and the control node of the LNA transistor of the first winding and the magnetic coupling to the first winding and coupled between the the transistor reference node and a reference terminal second winding LNA. The output of the LNA is coupled to the output node of the transistor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及半导体电路和方法，更具体地，涉及用于低噪声放大器的系统和方法。
技术介绍
使用有无线通信系统的电子装置(例如，移动电话，全球定位系统(GPS)接收器以及允许W1-Fi (无线宽带)的笔记本和平板电脑)通常包含具有至虚拟世界的接口的信号处理系统。这些接口可包括有线和无线接收机，这些接收机接收发射功率并将所接收到的功率转换成模拟或数字信号，可使用模拟或数字信号处理技术来解调该模拟或数字信号。典型的无线接收机结构包括低噪声放大器(LNA)，该LNA可将天线接收到的非常微弱的信号放大，并且向这些微弱信号提供增益，以及将经放大的信号传递到后续的放大和/或信号处理级。通过在LNA提供增益，使得后续的增益处理级对噪声不敏感，由此实现低系统噪声系数。LNA电路通常包含至少一个晶体管和输入匹配网络。该输入匹配网络可由一个或多个无源器件(如电感器和电容)组成，输入匹配网络的目的在于提供与前一级(如天线，滤波器，射频开关或其他电路)的阻抗匹配和/或噪声匹配。LNA实施方式还可包括输出匹配网络、偏置网络以及其他电路结构(如串联(cascode)晶体管)。随着无线射频设备变得越来越小以及越来越功率高效，这些匹配装置及其他无源电路结构的物理尺寸开始占用LNA表面积的大部分，其中这些匹配装置及其他无源电路结构通常利用表面安装器件而实现在电路板上。在一些情况下，匹配网络的一部分可被包含在与LNA晶体管相同的硅片上。如果芯片上的匹配网络包括电感器(例如，偏置电感器、匹配电感器、扼流圈电感器)，集成电感器的物理尺度可能占据该LNA集成电路的芯片区域的重大百分比。
技术实现思路
根据实施方式，一种低噪声放大器(LNA)包括晶体管和互感器，该互感器具有耦接于LNA输入端和晶体管的控制节点之间的第一绕组以及磁性耦接至第一绕组且耦接于晶体管的参考节点和LNA参考端之间的第二绕组。LNA的输出端耦接至晶体管的输出节点。以下的附图和说明将阐述本专利技术的一个或多个实施方式的细节。根据说明书和附图以及权利要求，本专利技术的其他特征、目标和优点将变得显而易见。【附图说明】为了更完整的理解本专利技术以及本专利技术的优点，现在将结合附图进行以下说明，附图中:图1不出了根据现有技术的LNA ；图2a-图2c示出了使用双极晶体管和基于螺旋电感器的互感器的LNA集成电路实施方式；图3a-图3b示出了基于金属氧化物半导体(MOS)的LNA集成电路实施方式；图4示出了根据另一实施方式的LNA电路实施方式；图5示出了 LNA集成电路实施方式的物理布局实施方案；图6示出了使用LNA实施方式的射频信号路径实施方式的框图；图7a-图7b示出了屏蔽封装件内的LNA实施方式；图8示出了常规的屏蔽LNA的框图；以及图9示出了屏蔽LNA实施方式的框图。除非另有陈述，否则不同的图中相应的数字与符号通常指相应的部分。绘制这些图以清晰地示出这些优选实施方式的相关方面，并且不必按比例绘制这些图。为了更清晰的阐明一些实施方式，表示同一结构、材料或处理步骤的变化的字母跟随在数字之后。【具体实施方式】以下将详细地讨论本专利技术优选实施方式的构造和使用。然而，应当理解，本专利技术提供许多可应用的专利技术构思，这些专利技术构思可在多种具体的背景下体现出来。所讨论的【具体实施方式】仅仅示出了构造和使用本专利技术的具体方式，但不限制本专利技术的范围。将在具体环境(即低噪声放大器)下关于实施方式描述本专利技术。本专利技术的实施方式不限于低噪声放大器，并且还可应用于其他类型的放大器以及其他类型的电路。在实施方式中，低噪声放大器包含设置于同一基板的晶体管和互感器。互感器的第一绕组耦接于该LNA的输入端和该晶体管的控制节点之间，该互感器的第二绕组耦接于该晶体管的参考节点和该LNA的参考端口之间。在一些实施方式中，该晶体管是BJT晶体管，使得该控制节点是BJT的基极而该参考节点是该BJT的发射极。在其他实施方式中，可使用MOSFET (例如，N型金属氧化物半导体晶体管)来实现该晶体管。这里，控制节点可为该MOSFET晶体管的栅极，而该参考节点可为该MOSFET晶体管的源极。相应地，在一些实施方式中，可形成区域有效单片低噪声放大器，该LNA具有与低噪声系数匹配的准确输入端口功率。在设计LNA电路的过程中，可考虑四个目标或规格，即:功率增益、噪声、匹配和线性度。这四个目的可能冲突。例如，如果改进装置的噪声特性，可能会出现关于线性度、匹配和功率增益方面的折衷。在一方面，设计者可能想确保LNA具有足够的功率增益以增加传递到后级的信号功率。通过增加LNA的增益，后级的噪声成分将减少；并且通过使得LNA的噪声系数足够低，可实现对小输入功率有足够的灵敏度。例如，在全球定位系统(GPS)中，从轨道卫星接收到的最小可检测信号电平可低至约128dBm。相应地，输入和输出匹配网络可用于将功率传输最大化以及为前端滤波器提供终端。最后，该LNA可被设计成有足够的线性度以减少竞争信号之间互调的效应。在传统的射频放大器拓扑结构中，感应地负反馈共发射极级具有能够同时地实现最小的噪声系数和提供输入阻抗匹配的能力。图1中将这种拓扑结构的示例示出为LNA100，其具有在基极耦接至输入电感器LB的晶体管102和与其发射极耦接的负反馈电感器LE。在此拓扑结构中，最佳噪声电阻与器件输入电阻可独立地调整，如Sorin P.Voinigescu等人在 1997 年 9 月 9 日的杂志 IEEE Journal of Solid-State Circuits 中第 321 期中“AScalable High-Frequency Noise Model for Bipolar Transistors with Applicationto Optimal Transistor Sizing for Low-Noise Amplifier Design，，所述，在此将其内容结合以供参考通过改变LNA的输入晶体管的尺寸和偏置条件，最佳噪声电阻可被设定为特定的阻抗，如50 Ω。那么通过应用电感的发射极负反馈(LE)，装置的输入电阻被提高至50 Ω，为了完成功率匹配，放大器的输入端需要几倍大的电感(LB)。电感LB —般被实施为电路板上的外部SMD (表面贴装器件)。图2a示出了根据本专利技术实施方式的LNA集成电路200。集成电路200具有晶体管201 ;输入电感器LB，耦接于射频输入引脚204和晶体管201的基极之间；发射极负反馈电感器LE，耦接于晶体管201的发射极和参考引脚210之间；以及输出电感器LC，耦接于晶体管201的集电极和电源引脚206之间。在实施方式中，电感器LB互感地(transformer)率禹合至电感器LE，并且RF输出引脚208耦接至晶体管的集电极。在一些实施方式中，射频输出引脚可连接至其他的组件，如输出匹配网络。在一些情况下，电感器LB和电感器LE被实施为螺旋电感器。这些电感器可进一步地在同一金属化层或不同的金属化层上实现。可替代地，可使用其他类型的电感器。在实施方式中，集成电路200以具有至少一个铜金属层的硅锗(SiGe)工艺实现。在只用单个铜金属层的工艺中，电感器LB和LE可使用螺旋电感器来实现，其中如图2b所示，互感器的一个绕组可包括螺旋的内部且该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低噪声放大器（LNA），包括：晶体管；以及互感器，所述互感器包含耦合于低噪声放大器输入端子和所述晶体管的控制节点之间的第一绕组以及磁性耦合至所述第一绕组且耦接于所述晶体管的参考节点与低噪声放大器参考端子之间的第二绕组，其中所述低噪声放大器的输出端耦接至所述晶体管的输出节点。

【技术特征摘要】
2012.07.10 US 13/545,7321.一种低噪声放大器(LNA)，包括: 晶体管；以及 互感器，所述互感器包含耦合于低噪声放大器输入端子和所述晶体管的控制节点之间的第一绕组以及磁性耦合至所述第一绕组且耦接于所述晶体管的参考节点与低噪声放大器参考端子之间的第二绕组，其中所述低噪声放大器的输出端耦接至所述晶体管的输出节点。2.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其中: 所述晶体管包括双极结型晶体管(BJT)； 所述晶体管的控制节点包括所述双极结型晶体管的基极； 所述晶体管的参考节点包括所述双极结型晶体管的发射极；以及 所述晶体管的输出节点包括所述双极结型晶体管的集电极。3.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其中: 所述晶体管包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)； 所述晶体管的控制节点包括所述金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极； 所述晶体管的参考节点包括所述金属氧化物半导体场效应晶体管的源极；以及 所述晶体管的输出节点包括所述金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极。4.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电感器，所述电感器耦接于低噪声放大器电源端子和所述晶体管的所述输出节点之间。5.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其中，所述晶体管和所述互感器被置于集成电路上。6.根据权利要求5所述的低噪声放大器，其中，所述低噪声放大器参考端子和所述低噪声放大器输入端子耦接至集成电路的输出焊盘。7.根据权利要求6所述的低噪声放大器，其中，所述输出焊盘还耦接至凸点接合连接件。8.根据权利要求5所述的低噪声放大器，其中，所述第一绕组包括第一集成电感器，并且所述第二绕组包含第二集成电感器。9.根据权利要求8所述的低噪声放大器，其中，所述第一集成电感器包含第一螺旋电感器，以及所述第二集成电感器包含第二螺旋电感器。10.根据权利要求9所述的低噪声放大器，其中: 所述第一螺旋电感器和所述第二螺旋电感器被置于同一金属层上；以及 所述第一螺旋电感器和所述第二螺旋电感器之间的磁耦合包含水平耦合。11.一种集成电路，包括: 半导体基板； 置于所述半导体基板之上的晶体管；以及 置于所述半导体基板之上的互感器，所述互感器包含耦接于输入焊盘和所述晶体管的控制节点之间的第一绕组以及磁性耦合至所述第一绕组且耦接于所述晶体管的参考节点和参考焊盘之间的第二绕组，其中，所述输出焊盘耦接至所述晶体管的输出节点。12.根据权利要求11所述的集成电路,其中: 所述晶体管包括置于所述半导体基板之上的双极结型晶体管(BJT)；所述晶体管的控制节点包括所述双极结型晶体管的基极； 所述晶体管的参考节点包括所述双极结型晶体管的发射极；以及 所述晶体管的输出节点包括所述双极结型晶体管的集电极。13.根据权利要求11所述的集成电路,其中: 所述晶体管包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·克雷尔，波罗·奥利韦里亚，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：