專利名稱：一種帶線性度補償?shù)膶拵У驮肼暦糯笃鞯闹谱鞣椒?br> 技術領域：
本發(fā)明屬于射頻集成電路技術領域，具體涉及一種低噪聲放大器。
背景技術：
通信系統(tǒng)的接收機前端通常包括低噪聲放大器(LNA)、混頻器(Mixer)、可變增益放大器(VGA)和一些濾波器。作為接收機中有源電路的第一級，LNA需要將輸入信號放大， 降低整個系統(tǒng)的噪聲，同時完成與輸入端子的阻抗匹配，其性能常常給整個接收機的性能設定了極限。傳統(tǒng)的窄帶接收機處理帶寬僅為幾十千赫茲到幾兆赫茲的信號，帶外鏡像、雜散和噪聲可以被濾波器很好的濾除。然而，當前多模通信的發(fā)展卻提出了不一樣的系統(tǒng)需求。 在需要處理多模信號的系統(tǒng)中，接收機必須對工作于不同頻段、不同帶寬的信號都具有處理能力，且相對于單模信號處理，其性能要求幾乎不變。很多系統(tǒng)使用多個針對各自模式的子模塊，利用在子模塊間進行切換來實現(xiàn)多模，這樣極大的增加了芯片的面積，從而降低了產(chǎn)量、增加了成本。一種高集成度的解決方案就是使用寬帶接收機的架構。這首先就要求 LNA必須具有寬帶信號放大、寬帶低噪聲和寬帶阻抗匹配的特性。除此之外，高速數(shù)據(jù)通信的發(fā)展對傳輸數(shù)據(jù)的信號帶寬提出了越來越高的要求。根據(jù)香農(nóng)一哈特例定理，信道容量與帶寬成正比。在頻譜使用密度越來越大、信道干擾嚴重的今天，通過提高信號的帶寬來提高傳輸速率的方法已經(jīng)被廣泛接收并付諸實施，如擴頻通信，超寬帶(UWB)通信等等。具有寬帶信號的處理能力的接收機前端是保證這些技術得以實現(xiàn)的基礎。在一個帶寬達到百兆甚至幾個吉赫茲的LNA中，除了前面提到的增益、噪聲和阻抗匹配設計需要與窄帶LNA不同的考慮之外，線性度也成為影響寬帶LNA性能的關鍵因素。當帶寬大到使得二次、三次、甚至更高次的諧波都處在信號帶寬之內(nèi)的時候，濾波器對提高線性度的改善作用也變得很有限。此時，需要LNA自身具有較高的線性度，或者使用額外的線性度補償?shù)姆椒?。圖1所示的是一個傳統(tǒng)的基于有源反饋的低噪聲放大器的實例。在該實例中，有源反饋單元110在放大器的輸入和輸出節(jié)點之間強加了一個大于晶體管M2的柵-源電壓的壓降，使得該電路很難應用于低電源電壓場合。而且該電路采用的有源反饋屬于非線性反饋，反饋電阻102的使用雖然能夠部分線性化該電路，但是線性度的進一步提高還需要借助其它方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種自身具有線性度補償功能的、適合寬帶應用的低噪聲放大器，并且保持傳統(tǒng)低噪聲放大器的增益和噪聲特性。本發(fā)明提供的寬帶低噪聲放大器，包括
(1)主跨導單元，將輸入電壓轉換成電流；
(2)電流復用型跨導單元，復用主跨導支路的電流，提供電壓-電流轉換增益；
(3)有源反饋單元，用于反饋至所述放大器輸入端，提供寬帶阻抗匹配功能；
3(4)直流反饋單元，用于穩(wěn)定放大器工作點；
(5)帶線性度補償?shù)牡碗娫措妷浩脝卧?，提高所述放大器的線性度。本發(fā)明的寬帶低噪聲放大器中，進一步包括 第一端連接至放大器輸入端的隔直電容； 第一端連接至輸入隔直電容第二端的第一電感器；
與電流復用型跨導單元并聯(lián)的電阻器；
連接于電源和電流復用型跨導單元之間的第二電感器。本發(fā)明中，所述的主跨導單元，包括柵極連接至第一電感器第二端的第一晶體管， 和源極與第一晶體管漏極相連、柵極連接偏置電壓源的第二晶體管。本發(fā)明中，所述的有源反饋單元，包括第四晶體管和一個一端連接至其源極的電阻器，該反饋采用源極跟隨器結構，第四晶體管的柵極與放大器的輸出端相連，其源極通過一個源極退化電阻與主跨導單元的第一晶體管的柵極相連。本發(fā)明中，所述的電流復用型跨導單元，使用與主跨導單元中晶體管類型互補的第三晶體管，其柵極連接至第一晶體管的柵極，源極連接至第二電感器的第一端。本發(fā)明中，所述的直流反饋單元，包括至少一個低通濾波器和一個比較器。本發(fā)明中，所述的帶線性度補償?shù)牡碗娫措妷浩脝卧跒榈驮肼暦糯笃魈峁┖线m工作點的同時，包括至少一個可以注入電壓諧波或電流諧波的節(jié)點。本發(fā)明中，所述的帶線性度補償?shù)牡碗娫措妷浩脝卧?，進一步包括為其提供偏置電壓的電壓源和產(chǎn)生諧波的諧波注入單元。連接在輸入端隔直電容和主跨導單元之間的第一電感器以及連接在電源和電流復用型跨導單元之間的第二電感器，它們參與完成噪聲頻率響應特性的優(yōu)化；與電流復用型跨導并聯(lián)的電阻器，為電流復用型跨導設置合理的工作點，并同時作為主跨導單元的負載。本發(fā)明提供了一種寬帶阻抗匹配和噪聲優(yōu)化方法，包括使用有源反饋技術實現(xiàn)寬帶阻抗匹配，再利用帶有源極退化電感的跨導單元實現(xiàn)窄帶匹配，將二者結合從而完成噪聲頻率響應特性的優(yōu)化。其中，窄帶匹配包括第一電感器、第二電感器和連接在第三晶體管的柵極和源極之間的電容，該電容可以是電容器或者是寄生電容。本發(fā)明也提供了一種使用諧波注入的線性度補償方法，包括使用具有諧波注入節(jié)點的偏置電路以及相應的諧波產(chǎn)生電路。其中的諧波產(chǎn)生電路包括利用低噪聲放大器的輸入信號產(chǎn)生所需諧波和利用低噪聲放大器的輸出信號反饋產(chǎn)生所需諧波兩種方法。本發(fā)明的優(yōu)點在于保持了窄帶LNA低噪聲、阻抗匹配特性好的優(yōu)點，以最小的額外功耗為代價，獲得了一個適合于寬帶應用的LNA，并給出了其相應的噪聲優(yōu)化和線性度補償?shù)姆椒?，提高了通信系統(tǒng)接收機前端的集成度。


圖1為所示為傳統(tǒng)的有源反饋LNA電路示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的寬帶LNA電路示意圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一種采用輸入信號產(chǎn)生注入諧波的方法的實施例示意圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一種采用輸出信號反饋產(chǎn)生注入諧波的方法的實施例示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照附圖更加具體的描述本發(fā)明。為了有助于理解本發(fā)明，在以下的描述中將涉及到很多電路的細節(jié)，然而，本發(fā)明可以按照多種不同的形式來實現(xiàn)，并不受限于這里描述的細節(jié)以及附圖。如圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實例性寬帶低噪聲放大器200的示意圖。低噪聲放大器200包括主跨導單元210、電流復用型跨導單元220、有源反饋單元230、直流反饋單元M0、帶線性度補償?shù)牡碗娫措妷浩脝卧?50、諧波注入單元沈0、以及輸入隔直電容器 C0,第一電感器Ltl，第二電感器L1和電阻器&。其中主跨導單元210包括共源共柵連接的 NMOS晶體管Ml和M2，電流復用型跨導單元220包括PMOS晶體管M3，有源反饋單元230包括晶體管M4和電阻器&，直流反饋單元240包括低通濾波器204、比較器205和比較器的參考電壓源V,ef，帶線性度補償?shù)牡碗娫措妷浩脝卧?50包括晶體管M5和M6、反饋電阻RF， 以及隔直電容器Q。輸入信號(Vin)經(jīng)過隔直電容器Ctl和電感器Ltl之后加到晶體管Ml和M3的柵極 (節(jié)點X)進行放大，被放大之后的輸出信號(v。ut)又經(jīng)過晶體管M4和電阻器&的反饋回到節(jié)點X。該電流-電流反饋降低了 X點的輸入電阻，使其能夠與信號源內(nèi)阻進行阻抗匹配。 節(jié)點X的輸入電阻&可以表示為
權利要求
1.一種寬帶低噪聲放大器，其特征在于包括(1)主跨導單元，將輸入電壓轉換成電流；(2)電流復用型跨導單元，復用主跨導支路的電流，提供電壓-電流轉換增益；(3)有源反饋單元，用于反饋至所述放大器輸入端，提供寬帶阻抗匹配功能；(4)直流反饋單元，用于穩(wěn)定放大器工作點；(5)帶線性度補償?shù)牡碗娫措妷浩脝卧?，提高所述放大器的線性度。
2.如權利要求1所述的寬帶低噪聲放大器，其特征在于進一步包括 第一端連接至放大器輸入端的隔直電容；第一端連接至輸入隔直電容第二端的第一電感器；與電流復用型跨導單元并聯(lián)的電阻器；連接于電源和電流復用型跨導單元之間的第二電感器。
3.如權利要求1或2所述的寬帶低噪聲放大器，其特征在于所述的主跨導單元，包括柵極連接至第一電感器第二端的第一晶體管，和源極與第一晶體管漏極相連、柵極連接偏置電壓源的第二晶體管。
4.如權利要求1一3之一所述的寬帶低噪聲放大器，其特征在于所述的有源反饋單元， 包括第四晶體管和一個一端連接至其源極的電阻器，該反饋采用源極跟隨器結構，第四晶體管的柵極與放大器的輸出端相連，其源極通過一個源極退化電阻與主跨導單元的第一晶體管的柵極相連。
5.如權利要求1一4之一所述的寬帶低噪聲放大器，其特征在于所述的電流復用型跨導單元，使用與主跨導單元中晶體管類型互補的第三晶體管，其柵極連接至第一晶體管的柵極，源極連接至第二電感器的第一端。
6.如權利要求1一5之一所述的寬帶低噪聲放大器，其特征在于所述的直流反饋單元， 包括至少一個低通濾波器和一個比較器。
7.如權利要求1一6之一所述的寬帶低噪聲放大器，其特征在于所述的帶線性度補償?shù)牡碗娫措妷浩脝卧?，在為低噪聲放大器提供合適工作點的同時，包括至少一個可以注入電壓諧波或電流諧波的節(jié)點。
8.如權利要求7所述的寬帶低噪聲放大器，其特征在于所述的帶線性度補償?shù)牡碗娫措妷浩脝卧M一步包括為其提供偏置電壓的電壓源和產(chǎn)生諧波的諧波注入單元。
全文摘要
本發(fā)明屬于射頻集成電路設計領域，具體公開了一種帶線性度補償?shù)膶拵У驮肼暦糯笃?。該電路包括有源反饋單元、電流復用型跨導單元、用于穩(wěn)定工作點的直流反饋單元和帶線性度補償?shù)牡碗娫措妷浩脝卧?。其中有源反饋單元實現(xiàn)寬帶輸入阻抗匹配，電流復用型跨導單元使用一個與主跨導單元互補型的晶體管作為另外一個跨導單元，實現(xiàn)等功耗情況下增益的提高，直流反饋環(huán)路被用來穩(wěn)定電路的工作點，具有線性度補償?shù)牡碗娫措妷浩脝卧跒殡娐诽峁┢玫那闆r下具有線性度補償?shù)墓δ?。利用本發(fā)明，可以使用CMOS工藝以較低的功耗為代價，獲得高線性度的寬帶低噪聲放大器。
文檔編號H03F1/42GK102324896SQ201110192379
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權日2011年7月11日
發(fā)明者洪志良, 秦希, 黃杏麗 申請人:復旦大學