專利名稱：一種高線性度低噪聲放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于射頻集成電路設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種高線性度低噪聲放大器。
背景技術(shù)：
近年來，無線通信技術(shù)得到迅猛的發(fā)展，在社會生活中扮演著越來越重要的角色。無線通信的發(fā)展對收發(fā)機前端電路提出了更高的要求。低噪聲放大器LNA (Low Noise Amplifier)作為接收機前端第一級,其性能的好壞直接影響了整個接收機系統(tǒng)的性能，系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)取決于第一級低噪聲放大器的噪聲性能。除了系統(tǒng)的整體噪聲以外，無論是發(fā)射還是接收數(shù)據(jù)，天線會持續(xù)發(fā)射很大的載波信號，載波信號通過環(huán)行器或定向耦合器泄漏進入接收機前端，能量可以達到OdBm以上，遠遠大于接收信號的能量。又由于大部分通信系統(tǒng)中接收和發(fā)送信號為同一載波頻率，無法在接收機前端通過射頻 帶通濾波器將泄漏的載波信號濾除，使得接收機前端產(chǎn)生減敏和阻塞，嚴(yán)重影響了接收鏈路的動態(tài)范圍?？偨Y(jié)以上，如何在保證一定靈敏度的情況下，抑制載波泄漏對接收機造成的影響，是提高接收機性能的關(guān)鍵。這就對接收機射頻前端電路提出了性能要求，LNA不再只關(guān)注噪聲性能，更多需要注重線性度，以使其能在接受到大的阻塞信號的同時能夠線性放大微弱的有用信號。目前，通信系統(tǒng)中載波泄漏問題在射頻識別(Radio Frequency Identification)技術(shù)中尤為突出，且研究發(fā)現(xiàn)，更適合未來，特別是商業(yè)供應(yīng)鏈中應(yīng)用的是超高頻頻段系統(tǒng)，因此，本發(fā)明的仿真頻率設(shè)定為超高頻頻段。圖1所示為一種典型的差分低噪聲放大器。匪1、匪3以及匪2、NM4構(gòu)成共源共柵結(jié)構(gòu)提供了低噪聲放大器的增益，同時降低了匪1、匪2的漏極電容所產(chǎn)生的密勒效應(yīng)，并且提高了輸入與輸出之間的隔離度。L1、L2、L3、L4用來實現(xiàn)匹配使得輸入阻抗為50歐姆，其中L1、L2作為源級負反饋電阻，調(diào)節(jié)L3、L4用來控制整個低噪放工作的頻點，而在匪1、匪2上分別并聯(lián)電容C1、C2可以提高兩個MOS管的柵源電容Cgs，增加了控制電感的裕度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，為了滿足射頻電路前端對線性度的要求，提出一種高線性度低噪聲放大器。所述放大器包括了全差分放大器與共模反饋電路(Common-Feedback, CMFB)兩個模塊,通過全差分放大器的差分輸出端檢測出共模電平，并由共模反饋電路CMFB負反饋給尾電流源的柵極，提高工作電流，以增大線性度；該放大器電路有正、負兩路輸入、輸出，該兩路電路完全對稱設(shè)計。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:一種高線性度低噪聲放大器，包含全差分放大器和共模反饋電路；所述全差分放大器的差分輸出端輸出共模電平，并由所述共模反饋電路負反饋給尾電流源的柵極；所述共模反饋電路，其正極與所述全差分放大器的差分輸出信號的正輸出端連接，負極與所述全差分放大器的差分輸出信號的負輸出端連接。所述全差分放大器由典型的全差分電路與交叉耦合電容共同構(gòu)成；所述典型的全差分電路包括第一 NMOS管到第五NMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第一到第四電感、第一電容、第二電容、第三電阻、第四電阻；所述交叉耦合電容包括了第三電容、第四電容、第一電阻、第二電阻；所述典型的全差分電路的連接方法如下:第一 NMOS管漏極與第三NMOS管源極相連；第二 NMOS管漏極與第四NMOS管源極相連；第三NMOS管漏極與第七PMOS管漏極相連；第四NMOS管漏極與第八PMOS管漏極相連；第三NMOS管柵極、第四NMOS管柵極、第七PMOS管源極、第八PMOS管源極與電源相連；第七PMOS管柵極、第八PMOS管柵極接第三偏置電壓；第一 NMOS管源極與柵極間連接第一電容，第一 NMOS管源極與第一電感一端相連；第二NMOS管源極與柵極間連接第二電容；第二NMOS管源極與第二電感一端相連；第一電感另一端、第二電感另一端與作為全差分電路尾電流源的第五NMOS管的漏極相連；第五NMOS管源極接地，柵極接第二偏置電壓；第一 NMOS管柵極與第三電感一端相連，第三電感另一端接輸入信號并與第三電阻一端相連，第三電阻另一端接第一偏置電壓；第二 NMOS管柵極與第四電感一端相連，第四電感另一端接輸入信號并與第四電阻一端相連，第四電阻另一端接第一偏置電壓；所述典型的全差分電路與交叉耦合電容的連接方法如下:第三電容的一端與第二NMOS管的漏極及第四NMOS管的源 極相連，另一端與第三NMOS管的柵極相連；第一電阻的一端與第三NMOS管的柵極相連，另一端與電源相連；第四電容的一端與第一 NMOS管的漏極及第三NMOS管的源極相連，另一端與第四NMOS管的柵極相連；第二電阻的一端與第四NMOS管的柵極相連，另一端與電源相連。所述第三電容、第四電容均為標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝支持的電容。所述共模反饋電路包括第一 PMOS管到第六PMOS管和第六NMOS管；其中，第五PMOS管源極、第六PMOS管源極與電源相連；第五PMOS管柵極、第六PMOS管柵極與第六電阻一端相連，第六電阻另一端與偏置電壓相連；第二 PMOS管柵極、第三PMOS管柵極與第七電阻一端相連，第七電阻另一端與參考電壓相連；第一 PMOS管源極與第二 PMOS管源極、第五PMOS管漏極相連；第三PMOS管源極與第四PMOS管源極、第六PMOS管漏極相連；第一 PMOS管漏極與第四PMOS管漏極相連；第一 PMOS管柵極與第四PMOS管柵極分別作為共模反饋電路的正、負輸入端；共模電壓與參考電壓相比較，所得的電壓誤差也就是共模反饋電路的反饋電壓，該反饋電壓通過第六NMOS管的柵極輸出，第六NMOS管的柵極與漏極相連。所述共模反饋電路輸出電壓負反饋給尾電流源第五NMOS管的柵極，并在第五NMOS管柵極與第二偏置電壓之間接第五電阻。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出了一種高線性度低噪聲放大器。所述放大器通過共模反饋電路CMFB從全差分放大器的兩個差分輸出端檢測到共模電平，并輸出反饋電壓到尾電流源的柵極，從而增大了尾電流源的過驅(qū)動電壓，進而提高了工作電流達到提高線性度的目的，同時又解決了由于輸出共模電平不穩(wěn)定而引起的非線性失真；此外，交叉耦合電容，用來增大增益，并減小噪聲系數(shù)以提高噪聲性能，該結(jié)構(gòu)具有低噪聲系數(shù)、低功耗、高線性度的優(yōu)點。本發(fā)明用來解決當(dāng)前零中頻接收機中存在的載波泄漏問題，提高低噪聲放大器的線性度，使其能夠在存在大的阻塞信號的同時，不失真地線性放大微弱的有用信號。


圖1是一種典型的差分低噪聲放大器結(jié)構(gòu)；圖2是本發(fā)明提供的一種高線性度低噪聲放大器結(jié)構(gòu)；圖3是本發(fā)明采用的一種共模反饋電路結(jié)構(gòu)；圖4是典型的差分低噪聲放大器的噪聲系數(shù)示意圖；圖5是本發(fā)明的高線性度低噪聲放大器的噪聲系數(shù)示意圖；圖6是典型的差分低噪聲放大器的輸入三階交調(diào)點(IIP3)示意圖；圖7是本發(fā)明高線性度低噪聲放大器的輸入三階交調(diào)點(IIP3)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，進一步具體說明本發(fā)明一種高線性度低噪聲放大器。參照圖2，本發(fā)明所提供的一種高線性度低噪聲放大器由差分放大器和負反饋電路組合構(gòu)成，以及差分放大器采用典型的全差分電路與交叉耦合電容結(jié)構(gòu)。該放大器電路有正、負兩路輸入、輸出，該兩路電路完全對稱設(shè)計。RFtjp為差分放大器的正輸出端；RFmS差分放大器的負輸出端。所述典型的全差分電路包括第一 NMOS管到第五NMOS管、第七PMOS管PM7、第八PMOS管PM8、第一到第四電感、第一電容Cl、第二電容C2、第三電阻R3、第四電阻R4 ;所述交叉耦合電容包括了第三電容C3、第四電容C4、第一電阻R1、第二電阻R2 ；所述典型的全差分電路的連接方法如下:第一 NMOS管匪I漏極與第三NMOS管匪3源極相連；第二 NMOS管匪2漏極與第四NMOS管NM4源極相連；第三NMOS管匪3漏極與第七PMOS管PM7漏極相連；第四NMOS管NM4漏極與第八PMOS管PM8漏極相連；第三NMOS管NM3柵極、第四NMOS管NM4柵極、第七PMOS管PM7源極、第八PMOS管PM8源極與電源Vdd相連；第七PMOS管PM7柵極、第八PMOS管PM8柵極接第三偏置電壓Vbias3 ;第一 NMOS管NMl源極與柵極間連接第一電容Cl，第一 NMOS管匪I源極與第一電感LI 一端相連；第二 NMOS管匪2源極與柵極間連接第二電容C2 ;第二 NMOS管匪2源極與第二電感L2 —端相連；第一電感LI另一端、第二電感L2另一端與作為全差分電路尾電流源的第五NMOS管匪5的漏極相連；第五NMOS管匪5源極接地，柵極接第二偏置電壓Vbias2 ;第一 NMOS管匪I柵極與第三電感L3 —端相連,第三電感L3另一端接輸入信號并與第三電阻R3 —端相連,第三電阻R3另一端接第一偏置電壓Vbiasl ;第二 NMOS管匪2柵極與第四電感L4 一端相連，第四電感L4另一端接輸入信號并與第四電阻R4 —端相連，第四電阻R4另一端接第一偏置電壓Vbiasl ；所述典型的全差分電路與交叉耦合電容的連接方法如下:第三電容C3的一端與第二 NMOS管匪2的漏極及第四NMOS管NM4的源極相連，另一端與第三NMOS管匪3的柵極相連；第一電阻Rl的一端與第三NMOS管匪3的柵極相連，另一端與電源Vdd相連；第四電容C4的一端與第一 NMOS管NMl的漏極及第三NMOS管NM3的源極相連，另一端與第四NMOS管NM4的柵極相連；第二 電阻R2的一端與第四NMOS管NM4的柵極相連，另一端與電源Vdd相連。參照圖3，所述共模反饋電路包括第一 PMOS管到第六PMOS管和第六NMOS管，由四個PMOS管相互并聯(lián)來檢測差分放大器輸出端的共模電壓；其中，第五PMOS管PM5源極、第六PMOS管PM6源極與電源Vdd相連；第五PMOS管PM5柵極、第六PMOS管PM6柵極與第六電阻R6 —端相連，第六電阻R6另一端與偏置電壓Vbias相連；第二 PMOS管PM2柵極、第三PMOS管PM3柵極與第七電阻R7 —端相連，第七電阻R7另一端與參考電壓Vref相連；第一PMOS管PMl源極與第二 PMOS管PM2源極、第五PMOS管PM5漏極相連；第三PMOS管PM3源極與第四PMOS管PM4源極、第六PMOS管PM6漏極相連；第一 PMOS管PMl漏極與第四PMOS管PM4漏極相連；第一 PMOS管PMl柵極與第四PMOS管PM4柵極分別作為共模反饋電路的正、負輸入端；共模電壓與參考電壓Vref相比較，所得的電壓誤差也就是共模反饋電路的反饋電壓，該反饋電壓通過第六NMOS管NM6的柵極輸出，第六NMOS管NM6的柵極與漏極相連。共模反饋電路，其正極接在信號的正輸出端RFtjp，也就是第三NMOS管NM3與第七PMOS管PM7之間，其負極接在信號的負輸出端RFm，也就是第四NMOS管NM4與第八PMOS管PM8之間；其輸出端接在差分電路的尾電流源的柵極，也就是第五NMOS管匪5的柵極；參照圖3，通過共模反饋電路CMFB檢測到輸出端共模電平，并與電路內(nèi)部參考電壓Vref比較得出輸出反饋電壓Vcmfb，加在尾電流源NM5的柵極，這樣NM5的柵源電壓Vgs提聞了，由公式:
權(quán)利要求
1.一種高線性度低噪聲放大器，其特征在于，包含全差分放大器和共模反饋電路；所述全差分放大器的差分輸出端輸出共模電平，并由所述共模反饋電路負反饋給全差分放大器尾電流源的柵極；所述共模反饋電路，其正極與所述全差分放大器的差分輸出信號的正輸出端連接，負極與所述全差分放大器的差分輸出信號的負輸出端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高線性度低噪聲放大器，其特征在于，所述全差分放大器由典型的全差分電路與交叉耦合電容共同構(gòu)成；所述典型的全差分電路包括第一至第五NMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第一到第四電感、第一電容、第二電容、第三電阻、第四電阻；所述交叉耦合電容包括了第三電容、第四電容、第一電阻、第二電阻； 所述典型的全差分電路的連接如下:第一 NMOS管(匪I)漏極與第三NMOS管(匪3)源極相連；第二 NMOS管(NM2)漏極與第四NMOS管(NM4)源極相連；第三NMOS管(NM3)漏極與第七PMOS管(PM7)漏極相連；第四NMOS管(NM4)漏極與第八PMOS管(PM8)漏極相連；第三NMOS管(NM3)柵極、第四NMOS管(NM4)柵極、第七PMOS管(PM7)源極、第八PMOS管(PM8)源極分別與電源(Vdd)相連；第七PMOS管(PM7)柵極、第八PMOS管(PM8)柵極分別接第三偏置電壓(Vbias3);第一 NMOS管(匪I)源極與柵極間連接第一電容(Cl)，第一 NMOS管(匪I)源極與第一電感(LI) 一端相連；第二 NMOS管(匪2)源極與柵極間連接第二電容(C2);第二 NMOS管(匪2)源極與第二電感(L2) —端相連；第一電感(LI)另一端、第二電感(L2)另一端分別與作為全差分電路尾電流源的第五NMOS管(匪5)的漏極相連；第五NMOS管(匪5)源極接地，第五NMOS管(匪5)柵極接第二偏置電壓(Vbias2);第一 NMOS管(匪I)柵極與第三電感(L3) —端相連,第三電感(L3)另一端接輸入信號并與第三電阻(R3) —端相連，第三電阻(R3)另一端接第一偏置電壓(Vbiasl);第二 NMOS管(匪2)柵極與第四電感(L4) 一端相連，第四電感(L4)另一端接輸入信號并與第四電阻(R4) —端相連，第四電阻(R4)另一端接第一偏置電壓(Vbiasl)； 所述典型的全差分電路與交叉耦合電容的連接方法如下:第三電容(C3) —端分別與第二 NMOS管(NM2)漏極及第四NMOS管(NM4)源極相連，第三電容(C3)另一端與第三NMOS管(匪3)的柵極相連；第一電阻(Rl)的一端與第三NMOS管(匪3)的柵極相連，第一電阻(Rl)另一端與電 源(Vdd)相連；第四電容(C4)的一端分別與第一 NMOS管(匪I)的漏極及第三NMOS管(NM3)的源極相連，第四電容(C4)另一端與第四NMOS管(NM4)的柵極相連；第二電阻(R2)的一端與第四NMOS管(NM4)的柵極相連，第二電阻(R2)另一端與電源(Vdd)相連。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高線性度低噪聲放大器，其特征在于，所述第三電容(C3)、第四電容(C4)均為標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝支持的電容。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高線性度低噪聲放大器，其特征在于，所述共模反饋電路包括第一至第六PMOS管和第六NMOS管；其中，第五PMOS管(PM5)源極、第六PMOS管(PM6)源極分別與電源(Vdd)相連；第五PMOS管(PM5)柵極、第六PMOS管(PM6)柵極分別與第六電阻(R6) —端相連，第六電阻(R6)另一端與偏置電壓(Vbias)相連；第二 PMOS管(PM2)柵極、第三PMOS管(PM3)柵極分別與第七電阻(R7) —端相連，第七電阻(R7)另一端與參考電壓(Vref)相連；第一 PMOS管(PMl)源極分別與第二 PMOS管(PM2)源極、第五PMOS管(PM5)漏極相連；第三PMOS管(PM3)源極分別與第四PMOS管(PM4)源極、第六PMOS管(PM6)漏極相連；第一 PMOS管(PMl)漏極與第四PMOS管(PM4)漏極相連；第一 PMOS管(PMl)柵極與第四PMOS管(PM4)柵極分別作為共模反饋電路的正、負輸入端；共模電壓與參考電壓(Vref)相比較，所得的電壓誤差也就是共模反饋電路的反饋電壓，該反饋電壓通過第六NMOS管(NM6)柵極輸出，第六NMOS管(NM6)的柵極與漏極相連。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種高線性度低噪聲放大器，其特征在于，所述共模反饋電路輸出電壓負反饋給全差分放大器尾電流源第五NMOS管(匪5)的柵極，并在第五NMOS管(匪5)柵極與第二偏·置電壓(Vbias2)之間接第五電阻(R5)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種超高頻RFID接收機前端的高線性度低噪聲放大器。所述放大器通過共模反饋電路從全差分放大器的兩個差分輸出端檢測到二個共模電平，并有根據(jù)地調(diào)節(jié)放大器的偏差電流輸出反饋電壓到尾電流源的柵極，從而增大了尾電流源的過驅(qū)動電壓，從而進而提高了輸入電流達到提高線性度的目的，同時又解決了由于輸出共模電平不穩(wěn)定的缺點而引起的非線性失真；此外，級間交叉耦合電容，用來增大功率增益，并減小噪聲系數(shù)以提高噪聲性能，該結(jié)構(gòu)具有低噪聲系數(shù)、低功耗、高線性度的優(yōu)點。本發(fā)明用來解決當(dāng)前超高頻RFID接收機零中頻接收機中存在的載波泄漏問題，提高低噪聲放大器的線性度以，使其能夠在接收到存在大的阻塞信號的同時能夠，不失真地線性放大微弱的有用信號。
文檔編號H03F1/26GK103248324SQ20131014392
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)明者張長春, 高申俊, 方玉明, 郭宇鋒, 劉蕾蕾, 李衛(wèi) 申請人:南京郵電大學(xué)