一種低噪聲放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低噪聲放大器，包括：匹配放大級(jí)電路，包括第一晶體管、第二晶體管、第一輸出節(jié)點(diǎn)及第二輸出節(jié)點(diǎn)；第一晶體管的源級(jí)耦合至天線阻抗，其漏極耦合至第一輸出節(jié)點(diǎn)；第二晶體管的柵極耦合至第一晶體管的源級(jí)，其漏極耦合至第二輸出節(jié)點(diǎn)；增益提升級(jí)電路，包括第一對(duì)晶體管及耦合至第一對(duì)晶體管的第二對(duì)晶體管；第一對(duì)晶體管分別耦合至第一輸出節(jié)點(diǎn)及第二輸出節(jié)點(diǎn)。該發(fā)明的有益效果為：實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗匹配的同時(shí)確保了第一級(jí)噪聲的最小化，從而提升整體LNA的噪聲性能，實(shí)現(xiàn)差分端的輸出阻抗平衡，消除了增益提升帶來的非線性。
【專利說明】
一種低噪聲放大器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信收發(fā)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低噪聲放大器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)的發(fā)展，集成無線通信芯片被大量應(yīng)用于作戰(zhàn)系統(tǒng)、大規(guī)模應(yīng)急通信系 統(tǒng)、導(dǎo)航定位、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字電視廣播、公共安全、智能樓宇家居、無線電臺(tái)、移 動(dòng)終端、玩具電子等多個(gè)行業(yè)，相應(yīng)也衍生出了多樣的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。為了順應(yīng)市場的需 求，當(dāng)前無線通信領(lǐng)域最熱門的研究就是設(shè)計(jì)一款兼容多協(xié)議的收發(fā)器芯片，以滿足用戶 日益增長的語音、視頻、數(shù)據(jù)瀏覽等需求，這就要求作為無線通信收發(fā)器信號(hào)處理的第一級(jí) 放大器(低噪聲放大器，英文簡寫LNA)需要兼具有寬帶、高增益、高線性度、低噪聲、阻抗匹 配等特性指標(biāo)。同時(shí)，為使信號(hào)更好的處理，要求LNA可以輸出差分信號(hào)。
[0003] LNA是芯片與天線相連的第一級(jí)，它起到了對(duì)天線信號(hào)進(jìn)行放大的作用。在這個(gè)過 程中，通信頻帶內(nèi)的有用信號(hào)被低噪聲放大器放大，而由無線空間信道產(chǎn)生的噪聲被放大 器的增益抑制，同時(shí)放大器本身附加的噪聲非常小，使得有用信號(hào)被放大的同時(shí)并不影響 其質(zhì)量。無線空間信道傳來的各類干擾將產(chǎn)生信號(hào)交調(diào)量，這部分干擾將由放大器良好的 線性性能抑制。
[0004] 從結(jié)構(gòu)上來看，目前市場上的LNA主要分為兩類：一類是差分輸入差分輸出型的 LNA，這種結(jié)構(gòu)在與天線進(jìn)行匹配時(shí)，需要外接一個(gè)單端轉(zhuǎn)差分的變壓器，變相提升了成本； 另一類是單端輸入、差分輸出的LNA，這種LNA需要不需要外置的變壓器，同時(shí)采用噪聲消除 的結(jié)構(gòu)可以消除輸入端的一個(gè)晶體管的噪聲(主要噪聲來源），但是這種結(jié)構(gòu)往往存在輸出 阻抗差分端不平衡的問題。
[0005] 從匹配方式看，目前市場上的LNA主要分為以下兩類:一類是采用片外電感電容進(jìn) 行阻抗匹配，但這種方案增加了片外無源器件，且往往使LNA的工作在窄帶，應(yīng)用于單頻點(diǎn) 的無線通信；另一類是利用晶體管的源極輸入阻抗特性，形成共柵極管匹配，這種匹配可以 在數(shù)GHz的頻帶內(nèi)達(dá)到良好的效果，但由于對(duì)晶體管的跨導(dǎo)要求嚴(yán)格，極大的限制了 LNA的 增益性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)【背景技術(shù)】中LNA的阻抗匹配、低噪聲、高線性 度、阻抗平衡、高增益等特性間的折中難題，提供一種低噪聲放大器。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種低噪聲放大器，包括：
[0008] 匹配放大級(jí)電路，包括輸入節(jié)點(diǎn)、第一晶體管、第二晶體管、第一輸出節(jié)點(diǎn)及第二 輸出節(jié)點(diǎn);所述第一晶體管的源級(jí)耦合至所述輸入節(jié)點(diǎn)，其漏極耦合至所述第一輸出節(jié)點(diǎn)， 以將所述輸入節(jié)點(diǎn)處的噪聲電流轉(zhuǎn)換為所述第一輸出節(jié)點(diǎn)的第一噪聲電壓;所述第二晶體 管的柵極耦合至所述第一晶體管的源級(jí)，其漏極耦合至所述第二輸出節(jié)點(diǎn)，以將所述輸入 節(jié)點(diǎn)處的噪聲電流轉(zhuǎn)換為所述第二輸出節(jié)點(diǎn)的第二噪聲電壓;通過所述第二噪聲電壓與所 述第一噪聲電壓求和以消去第一晶體管的噪聲；以及
[0009] 增益提升級(jí)電路，包括第一對(duì)晶體管及耦合至所述第一對(duì)晶體管的第二對(duì)晶體 管;所述第一對(duì)晶體管分別耦合至所述第一輸出節(jié)點(diǎn)及所述第二輸出節(jié)點(diǎn)，通過設(shè)定所述 第一對(duì)晶體管與所述第二對(duì)晶體管的電流極性以抑制所述第二晶體管的噪聲。
[0010] 在本發(fā)明所述的低噪聲放大器中，所述第一對(duì)晶體管包括：
[0011] 第三晶體管，其柵極耦合至所述第一輸出節(jié)點(diǎn)；以及
[0012] 第四晶體管，其柵極耦合至所述第二輸出節(jié)點(diǎn)。
[0013] 在本發(fā)明所述的低噪聲放大器中，所述第二對(duì)晶體管包括：
[0014]第五晶體管，其柵極耦合至所述第三晶體管的柵極，所述第五晶體管的跨導(dǎo)的二 階導(dǎo)數(shù)與所述第三晶體管的跨導(dǎo)的二階導(dǎo)數(shù)符號(hào)相反；以及
[0015] 第六晶體管，其柵極耦合至所述第四晶體管的柵極，所述第六晶體管的跨導(dǎo)的二 階導(dǎo)數(shù)與所述第四晶體管的跨導(dǎo)的二階導(dǎo)數(shù)符號(hào)相反。
[0016] 在本發(fā)明所述的低噪聲放大器中，所述增益提升級(jí)電路還包括第一電容及第二電 容;所述第一電容耦合至所述第三晶體管的柵極與所述第五晶體管的柵極之間，所述第二 電容耦合至所述第四晶體管的柵極與所述第六晶體管的柵極之間。
[0017] 在本發(fā)明所述的低噪聲放大器中，所述增益提升級(jí)電路還包括第一電阻及第二電 阻;所述第一電阻耦合至所述第三晶體管的漏極，所述第二電阻耦合至所述第四晶體管的 漏極。
[0018] 在本發(fā)明所述的低噪聲放大器中，所述第一晶體管為共柵晶體管，所述第二晶體 管為共源晶體管。
[0019] 在本發(fā)明所述的低噪聲放大器中，所述匹配放大級(jí)電路還包括：
[0020] 共柵電阻，其耦合至所述第一晶體管的漏極；以及
[0021] 共源電阻，其耦合至所述第二晶體管的漏極。
[0022] 在本發(fā)明所述的低噪聲放大器中，所述匹配放大級(jí)電路還包括輸入電容，所述輸 入電容耦合至所述第一晶體管的源級(jí)及所述第二晶體管的柵極之間。
[0023] 在本發(fā)明所述的低噪聲放大器中，所述匹配放大級(jí)電路還包括片外電感，所述片 外電感耦合至所述第一晶體管的源級(jí)。
[0024] 上述公開的一種低噪聲放大器具有以下有益效果:通過在靠前級(jí)的匹配放大級(jí)采 用噪聲消除結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗匹配的同時(shí)確保了第一級(jí)噪聲的最小化，從而提升整體 LNA的噪聲性能;在靠后級(jí)的增益提升級(jí)，采用了多晶體管復(fù)用結(jié)構(gòu)，由于其是一種對(duì)稱性 結(jié)構(gòu)，其差分端的輸出阻抗是平衡的。這種結(jié)構(gòu)在提升整體增益的同時(shí)，消除了增益提升帶 來的非線性。與此同時(shí)，由于弱反型的晶體管處于LNA的后一級(jí)，其引入的噪聲是可以忽略 不計(jì)的。從整體上看，這樣的技術(shù)方案有效的提升了LNA電路的噪聲性能、增益性能，同時(shí)并 沒有惡化其線性性能。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明提供的一種低噪聲放大器的功能框圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明提供的一種低噪聲放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明提供的g%的消除原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0029] 本發(fā)明提供的本發(fā)明提供了一種組合了噪聲消除技術(shù)與多場效應(yīng)復(fù)用技術(shù) (Multi-gated Transistor，MGTR)的LNA，在一種噪聲消除結(jié)構(gòu)的后級(jí)采用了MGTR形式的緩 沖器，解決了 LNA的阻抗匹配、低噪聲、高線性度、阻抗平衡、高增益等特性間的折中難題。參 見圖1，圖1為本發(fā)明提供的一種低噪聲放大器的功能框圖。該低噪聲放大器包括兩級(jí)，分別 是匹配放大級(jí)與增益提升級(jí)。其中，匹配放大級(jí)采用了共柵輸入匹配與噪聲消除結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn) 了 LNA的寬帶匹配、單端到差分的轉(zhuǎn)換與極低噪聲性能。其引入的輸出阻抗不平衡的問題由 第二級(jí)增益提升級(jí)解決，同時(shí)增益提升級(jí)提供正的增益，使整體LNA增益得到提升，解決了 匹配放大級(jí)因共柵匹配帶來的增益低的問題。再者，在增益提升級(jí)采用了兩個(gè)工作在弱反 型區(qū)的NM0S晶體管，他們提升的三階非線性電流極性與該級(jí)的放大晶體管相反，互相抵消， 從而消除放大晶體管帶來的非線性問題，因此該級(jí)同時(shí)提供了增益與優(yōu)良的線性性能。
[0030] 參見圖2,圖2為本發(fā)明提供的一種低噪聲放大器100的結(jié)構(gòu)示意圖，該低噪聲放大 器100包括匹配放大級(jí)電路1及增益提升級(jí)電路2。
[0031] 一、匹配放大級(jí)電路1
[0032] 匹配放大級(jí)電路1包括輸入節(jié)點(diǎn)10、第一晶體管11、第二晶體管12、第一輸出節(jié)點(diǎn) 13及第二輸出節(jié)點(diǎn)14;所述第一晶體管11的源級(jí)耦合至所述輸入節(jié)點(diǎn)10(即天線阻抗），其 漏極耦合至所述第一輸出節(jié)點(diǎn)13,以將所述輸入節(jié)點(diǎn)10處的噪聲電流轉(zhuǎn)換為所述第一輸出 節(jié)點(diǎn)13的第一噪聲電壓;所述第二晶體管12的柵極耦合至所述第一晶體管11的源級(jí)，其漏 極耦合至所述第二輸出節(jié)點(diǎn)14,以將所述輸入節(jié)點(diǎn)10處的噪聲電流轉(zhuǎn)換為所述第二輸出節(jié) 點(diǎn)14的第二噪聲電壓;通過所述第二噪聲電壓與所述第一噪聲電壓形成差分信號(hào)以消去第 一晶體管11的噪聲;具體的，所述第一晶體管11為共柵晶體管(Ml)，所述第二晶體管12為共 源晶體管(M2)。所述匹配放大級(jí)電路1還包括輸入電容17、片外電感18、共柵電阻15(R CC)及 共源電阻16(RCS)。共柵電阻15耦合至所述第一晶體管11的漏極;共源電阻16耦合至所述第 二晶體管12的漏極。所述輸入電容17耦合至所述第一晶體管11的源級(jí)及所述第二晶體管12 的柵極之間。所述片外電感18耦合至所述第一晶體管11的源級(jí)。
[0033]匹配放大級(jí)電路1中的參數(shù)如下：
[0034] iin:由天線信號(hào)等效的輸入小信號(hào)電流；
[0035] gm,cG:輸入共柵晶體管Ml的跨導(dǎo)；
[0036] gm,CS:輸入共源晶體管M2的跨導(dǎo)；
[0037] Vn,in:由Ml產(chǎn)生的噪聲電壓在其源極的等效；
[0038] Vn,CG:Ml在輸出端(漏極)的等效噪聲電壓；
[0039] Vn, cs: M2在輸出端(漏極)的等效噪聲電壓；
[0040] Αν,α;:Μ1對(duì)信號(hào)的放大增益；
[0041 ] Av,(；s:M2對(duì)信號(hào)的放大增益。
[0042]匹配放大級(jí)由共柵輸入晶體管Ml與共源輸入晶體管M2組合而成。共柵輸入晶體管 的輸入阻抗可視為其跨導(dǎo)的倒數(shù)，即l/gm,cc，視天線阻抗為Rs，則只需二者相等，就可以在相 當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，即
[0043]
[0044]其單端信號(hào)轉(zhuǎn)為差分信號(hào)的原理如下：首先，對(duì)于從天線阻抗Rs輸入到Ml的源極 的信號(hào)，可認(rèn)為該信號(hào)是一個(gè)小信號(hào)電流iin，該小信號(hào)電流將經(jīng)過Ml，在Ml的負(fù)載RCG上流 過，根據(jù)基爾霍夫電流定律，對(duì)于輸入小信號(hào)電流計(jì)算為：
[0045]
(1)
[0046] 這意味著共柵晶體管Ml的輸入阻抗可以表示為：
[0047]
(2)
[0048] 從（2)式可以得出，Ml所提供的增益Av,cg為Av,cG = gm,cG · Rcg。而對(duì)于M2,其是標(biāo)準(zhǔn) 的共源輸入放大晶體管，因此其增益等于跨導(dǎo)與負(fù)載的相乘，同時(shí)對(duì)信號(hào)的相位產(chǎn)生反轉(zhuǎn)， 即為Av,Cs = -gm,cs · Res。綜合起來，則有：
[0049] Av, CG - - Αν, Cs - gm, CG * RcG - gm, Cs * Res (3)
[0050] 從(3)式可以看到，對(duì)于同一個(gè)天線信號(hào)，Ml與M2對(duì)其的放大增益大小相同，但極 性相反，因此在Ml與M2的漏輸出就形成了幅度相同而相位相差180°的差分信號(hào)，從而完成 了單端信號(hào)至差分信號(hào)的轉(zhuǎn)變過程。
[0051] 其低噪聲原理是利用共源晶體管M2將Ml源端的噪聲Vn放大，產(chǎn)生與Ml漏端也就是 Rcg處相位相同且幅度相同的噪聲，從而在輸出的差分信號(hào)中，這個(gè)噪聲可以互相抵消，這 樣，從整體上看，Ml產(chǎn)生的噪聲就被消除了。由于Ml是處于第一級(jí)的晶體管，對(duì)信號(hào)有放大 作用，因此這部分噪聲被消除將極大的有利于LNA的低噪聲設(shè)計(jì)。這個(gè)過程需要滿足一些條 件，首先，由Ml產(chǎn)生的噪聲電流從R CC流至天線端的Rs，這個(gè)噪聲電流將在Ml的源極和漏極分 別產(chǎn)生噪聲電壓
[0052]
[0053]
[0054] 同時(shí)，Vn, in經(jīng)由M2的柵極被放大，根據(jù)式(3)，這個(gè)噪聲電壓被放大為：
[0055] Vn,cs = Vn,in · Av,cs = a · in · Rs · (_gm,cs · Res) (4)
[0056] 由式(2)、（3)，式(4)可以被換算為：
[0057] Vn,cs = -a · in · RcG = Vn,CG (5)
[0058] 可以看到，在Ml與M2的漏端，由Ml產(chǎn)生的噪聲電壓是同相位且幅度一至的。由于差 分信號(hào)是兩端信號(hào)相減得來，因此在差分信號(hào)傳輸中，這個(gè)噪聲在相減的過程中由于相位 幅度一至而被抵消了，從而Ml的噪聲被完全消除。值得注意的是，由于Ml與M2是處在第一級(jí) 的放大晶體管，它們的噪聲對(duì)LNA而言影響是最大的，消除掉Ml的噪聲會(huì)使LNA的噪聲性能 得到極大的優(yōu)化。
[0059] 另一方面，M2的噪聲并不能通過這個(gè)結(jié)構(gòu)來消除，但由于阻抗匹配的工作主要由 Ml完成，因此M2的尺寸并不一定需要其保持特定的跨導(dǎo)，所以可以通過加大M2的尺寸（即提 高了跨導(dǎo))來抑制M2的噪聲。為了滿足(3)式，相應(yīng)需要減小M2的負(fù)載電阻RCS，這樣造成了匹 配放大級(jí)的輸出阻抗不平衡，這個(gè)問題由第二級(jí)增益提升級(jí)解決。
[0060] 二、增益提升級(jí)電路2
[0061] 增益提升級(jí)電路2包括第一對(duì)晶體管21及耦合至所述第一對(duì)晶體管21的第二對(duì)晶 體管22;所述第一對(duì)晶體管21分別耦合至所述第一輸出節(jié)點(diǎn)13及所述第二輸出節(jié)點(diǎn)14,通 過設(shè)定所述第一對(duì)晶體管21與所述第二對(duì)晶體管22的電流極性以抑制所述第二晶體管12 的噪聲。具體的，所述第一對(duì)晶體管21包括第三晶體管211 (M3)及第四晶體管212 (M4)。第三 晶體管211的柵極耦合至所述第一輸出節(jié)點(diǎn)13;第四晶體管212的柵極耦合至所述第二輸出 節(jié)點(diǎn)14。所述第二對(duì)晶體管22包括第五晶體管221(M5)及第六晶體管222(M6)。第五晶體管 221的柵極耦合至所述第三晶體管211的柵極，所述第五晶體管221的跨導(dǎo)的二階導(dǎo)數(shù)與所 述第三晶體管211的跨導(dǎo)的二階導(dǎo)數(shù)符號(hào)相反;第六晶體管222的柵極耦合至所述第四晶體 管212的柵極，所述第六晶體管222的跨導(dǎo)的二階導(dǎo)數(shù)與所述第四晶體管212的跨導(dǎo)的二階 導(dǎo)數(shù)符號(hào)相反。所述增益提升級(jí)電路2還包括第一電阻25(Rout)、第二電阻26(Rout)、第一 電容23及第二電容24;所述第一電容23耦合至所述第三晶體管211的柵極與所述第五晶體 管221的柵極之間，所述第二電容24耦合至所述第四晶體管212的柵極與所述第六晶體管 222的柵極之間。所述第一電阻25耦合至所述第三晶體管211的漏極，所述第二電阻26耦合 至所述第四晶體管212的漏極。
[0062]增益提升級(jí)電路2中的參數(shù)如下：
[0063] gm:晶體管的跨導(dǎo)；
[0064] g%:晶體管跨導(dǎo)的二階導(dǎo)數(shù)。
[0065] IIP3: Input Third Intercept Point輸入三階交調(diào)點(diǎn)，表征電路線性性能，越大 越好。
[0066]在匹配放大級(jí)，雖然圖2中的M2可以改變尺寸提升跨導(dǎo)來抑制噪聲，但其增益由于 要保持與Ml大小一致，因此仍受到Ml的限制。而Ml為了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配需要滿足
[0067]
[0068] 也就限制了其跨導(dǎo)gm,〇;的值，從而對(duì)增益有很大的限制。如果過于通過提升其負(fù) 載電阻R CC來尋求增益的提升，則又會(huì)因?yàn)殡娫措妷旱南拗茖?dǎo)致輸出動(dòng)態(tài)范圍下降，甚至導(dǎo) 致Ml因漏端電壓不足難以正常工作。因此，在匹配放大級(jí)是難以做到高增益性能的。
[0069] 本技術(shù)在增益提升級(jí)尋求了增益的提升，同時(shí)解決了匹配放大級(jí)輸出阻抗不平衡 的問題。而不同于一般的技術(shù)，在增益提升時(shí)帶來嚴(yán)重的非線性問題，本發(fā)明在增益提升級(jí) 引入了多晶體管復(fù)用技術(shù)(MGTR)，使用額外的弱反型晶體管消除放大晶體管的非線性電 流，從而去除因增益提升帶來的非線性問題。
[0070] M3及M4為工作在飽和區(qū)的放大晶體管，而M5與M6為工作在弱反型區(qū)的附加晶體管 (對(duì)信號(hào)放大功能微弱）。對(duì)于一個(gè)晶體管而言，其三階交調(diào)點(diǎn)ΠΡ 3的計(jì)算為：
[0071]
(6)
[0072] 從式(6)可以看出，為了使ΙΙΡ3盡可能取得最大值，晶體管的二階導(dǎo)數(shù)跨導(dǎo)g〃m需要 接近于0。然而，對(duì)于一個(gè)工作在飽和區(qū)（從而取得優(yōu)良的放大效果）的晶體管而言，其g%為 負(fù)值，從而產(chǎn)生三階非線性，導(dǎo)致IIP3指標(biāo)下降。與工作在飽和區(qū)的晶體管不同的是，工作 在弱反型區(qū)的晶體管的g%為正值。在本發(fā)明所使用的增益提升級(jí)中，通過引入工作于弱反 型區(qū)的M5及M6,提供了正向的g〃 m，與放大晶體管M3及M4的負(fù)向g〃m互相抵消，消除了三階非 線性，使得式(6)根式內(nèi)的分母趨近于0,極大的提升了 IIP3的指標(biāo)水平，其原理如圖3所示。 [0073]如圖3所示，對(duì)M3~M6進(jìn)行輸入電壓掃描，測量其在不同輸入電壓情況下的二階導(dǎo) 數(shù)跨導(dǎo)g%。圖中顯示，工作在飽和區(qū)的放大晶體管M3及M4的g〃 m為負(fù)值，而工作在弱反型區(qū) 的晶體管M5及M6則產(chǎn)生了一個(gè)正值的g%，二者共同作用后，組合起來的等效g〃 m在小信號(hào)范 圍內(nèi)貼近于〇(圖中靠近正中間部分的曲線），由此，根據(jù)式(6)，本結(jié)構(gòu)可以提升極大的IIP3 值。本結(jié)構(gòu)同時(shí)解決了增益設(shè)計(jì)的難題，由于M3及M4工作于飽和區(qū)，起到信號(hào)的放大作用， 其對(duì)信號(hào)的增益為：
[0074] Av=-gm · Rout (7)
[0075] 這個(gè)增益可以有效的彌補(bǔ)前面的匹配放大級(jí)因共柵匹配結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的增益限制 的問題。
[0076] 綜上所述，本技術(shù)方案創(chuàng)造性地結(jié)合了噪聲消除結(jié)構(gòu)與多晶體管復(fù)用結(jié)構(gòu)的優(yōu) 勢(shì)。因?yàn)樵谏漕l無線通信模塊中，存在這樣的定律：1、越是靠前級(jí)的模塊，其噪聲對(duì)整體通 信鏈路影響越大，而對(duì)鏈路的線性性能影響程度越小;2、越是靠后級(jí)的模塊，其線性性能對(duì) 整體通信鏈路影響越大，而對(duì)鏈路的噪聲性能影響程度越小;3、增益的提升帶來噪聲性能 的優(yōu)化與線性性能的惡化。所以在靠前級(jí)的匹配放大級(jí)，采用噪聲消除結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)寬帶阻 抗匹配的同時(shí)確保了第一級(jí)噪聲的最小化，從而提升整體LNA的噪聲性能;在靠后級(jí)的增益 提升級(jí)，采用了多晶體管復(fù)用結(jié)構(gòu)，由于其是一種對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，其差分端的輸出阻抗是平衡 的。這種結(jié)構(gòu)在提升整體增益的同時(shí)，消除了增益提升帶來的非線性。與此同時(shí)，由于弱反 型的晶體管處于LNA的后一級(jí)，其引入的噪聲是可以忽略不計(jì)的。從整體上看，這樣的技術(shù) 方案有效的提升了 LNA電路的噪聲性能、增益性能，同時(shí)并沒有惡化其線性性能。
[0077] 總而言之，本技術(shù)方案同時(shí)解決了 LNA電路的阻抗匹配、阻抗平衡、噪聲性能、增益 性能、線性性能的設(shè)計(jì)難題。
[0078] 針對(duì)【背景技術(shù)】中提出的現(xiàn)有技術(shù)在提升LNA的線性性能時(shí)采用低增益設(shè)計(jì)或者如 技術(shù)方案一中的補(bǔ)償性設(shè)計(jì)。但由于該技術(shù)方案在第一級(jí)就引入了兩個(gè)工作在弱反型區(qū)的 PM0S晶體管，它們產(chǎn)生的噪聲將對(duì)LNA產(chǎn)生巨大的影響。
[0079] 針對(duì)【背景技術(shù)】中提出的現(xiàn)有技術(shù)在提升LNA的噪聲性能時(shí)采用噪聲消除技術(shù)。這 種技術(shù)同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)寬帶匹配，但其負(fù)面影響是增益設(shè)計(jì)受到天線阻抗的牽制，導(dǎo)致LNA很 難達(dá)到較高的增益，而且為了達(dá)到輸出差分阻抗平衡，必須引入緩沖級(jí)。如果在緩沖級(jí)添加 增益，則會(huì)因?yàn)樵摷?jí)處于靠后級(jí)，產(chǎn)生大量非線性的影響。而如果在緩沖級(jí)使用無增益或負(fù) 增益的結(jié)構(gòu)，則無助于提升本來就不高的電路增益。
[0080] 本方案在LNA的第一級(jí)采用現(xiàn)有技術(shù)中聲消除技術(shù)類似的結(jié)構(gòu)，確保對(duì)噪聲影響 最大的第一級(jí)能擁有最小的噪聲，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了寬帶匹配。而在LNA的第二級(jí)，引入多晶體管 復(fù)用結(jié)構(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了輸出阻抗平衡、高增益、高線性度等性能，同時(shí)引入的晶體管的噪聲 由于處在第二級(jí)，對(duì)整體噪聲影響可以忽略。
[0081] 本文提供了實(shí)施例的各種操作。在一個(gè)實(shí)施例中，所述的一個(gè)或多個(gè)操作可以構(gòu) 成一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)可讀指令，其在被電子設(shè)備執(zhí)行時(shí)將使得計(jì) 算設(shè)備執(zhí)行所述操作。描述一些或所有操作的順序不應(yīng)當(dāng)被解釋為暗示這些操作必需是順 序相關(guān)的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解具有本說明書的益處的可替代的排序。而且，應(yīng)當(dāng)理解， 不是所有操作必需在本文所提供的每個(gè)實(shí)施例中存在。
[0082] 而且，本文所使用的詞語"優(yōu)選的"意指用作實(shí)例、示例或例證。本文描述為"優(yōu)選 的"任意方面或設(shè)計(jì)不必被解釋為比其他方面或設(shè)計(jì)更有利。相反，詞語"優(yōu)選的"的使用旨 在以具體方式提出概念。如本申請(qǐng)中所使用的術(shù)語"或"旨在意指包含的"或"而非排除的 "或"。即，除非另外指定或從上下文中清楚，"X使用A或B"意指自然包括排列的任意一個(gè)。 即，如果X使用A;X使用B;或X使用A和B二者，則"X使用A或B"在前述任一示例中得到滿足。
[0083] 而且，盡管已經(jīng)相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)方式示出并描述了本公開，但是本領(lǐng)域技 術(shù)人員基于對(duì)本說明書和附圖的閱讀和理解將會(huì)想到等價(jià)變型和修改。本公開包括所有這 樣的修改和變型，并且僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。特別地關(guān)于由上述組件(例如元件、 資源等)執(zhí)行的各種功能，用于描述這樣的組件的術(shù)語旨在對(duì)應(yīng)于執(zhí)行所述組件的指定功 能(例如其在功能上是等價(jià)的）的任意組件(除非另外指示），即使在結(jié)構(gòu)上與執(zhí)行本文所示 的本公開的示范性實(shí)現(xiàn)方式中的功能的公開結(jié)構(gòu)不等同。此外，盡管本公開的特定特征已 經(jīng)相對(duì)于若干實(shí)現(xiàn)方式中的僅一個(gè)被公開，但是這種特征可以與如可以對(duì)給定或特定應(yīng)用 而言是期望和有利的其他實(shí)現(xiàn)方式的一個(gè)或多個(gè)其他特征組合。而且，就術(shù)語"包括"、"具 有"、"含有"或其變形被用在【具體實(shí)施方式】或權(quán)利要求中而言，這樣的術(shù)語旨在以與術(shù)語 "包含"相似的方式包括。
[0084] 本發(fā)明實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理模塊中，也可以是各個(gè)單元單 獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)模塊中。上述集成的模塊既可以采用 硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能 模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，也可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介 質(zhì)中。上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤或光盤等。上述的各裝置或系統(tǒng)，可以 執(zhí)行相應(yīng)方法實(shí)施例中的方法。
[0085] 綜上所述，雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，但上述優(yōu)選實(shí)施例并非用以限 制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與潤 飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低噪聲放大器，其特征在于，包括： 匹配放大級(jí)電路，包括輸入節(jié)點(diǎn)、第一晶體管、第二晶體管、第一輸出節(jié)點(diǎn)及第二輸出 節(jié)點(diǎn);所述第一晶體管的源級(jí)耦合至所述輸入節(jié)點(diǎn)，其漏極耦合至所述第一輸出節(jié)點(diǎn)，以將 所述輸入節(jié)點(diǎn)處的噪聲電流轉(zhuǎn)換為所述第一輸出節(jié)點(diǎn)的第一噪聲電壓;所述第二晶體管的 柵極耦合至所述第一晶體管的源級(jí)，其漏極耦合至所述第二輸出節(jié)點(diǎn)，以將所述輸入節(jié)點(diǎn) 處的噪聲電流轉(zhuǎn)換為所述第二輸出節(jié)點(diǎn)的第二噪聲電壓;通過所述第二噪聲電壓與所述第 一噪聲電壓求和以消去第一晶體管的噪聲；以及 增益提升級(jí)電路，包括第一對(duì)晶體管及耦合至所述第一對(duì)晶體管的第二對(duì)晶體管;所 述第一對(duì)晶體管分別耦合至所述第一輸出節(jié)點(diǎn)及所述第二輸出節(jié)點(diǎn)，通過設(shè)定所述第一對(duì) 晶體管與所述第二對(duì)晶體管的電流極性以抑制所述第二晶體管的噪聲。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述第一對(duì)晶體管包括： 第三晶體管，其柵極耦合至所述第一輸出節(jié)點(diǎn)；以及 第四晶體管，其柵極耦合至所述第二輸出節(jié)點(diǎn)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述第二對(duì)晶體管包括： 第五晶體管，其柵極耦合至所述第三晶體管的柵極，所述第五晶體管的跨導(dǎo)的二階導(dǎo) 數(shù)與所述第三晶體管的跨導(dǎo)的二階導(dǎo)數(shù)符號(hào)相反；以及 第六晶體管，其柵極耦合至所述第四晶體管的柵極，所述第六晶體管的跨導(dǎo)的二階導(dǎo) 數(shù)與所述第四晶體管的跨導(dǎo)的二階導(dǎo)數(shù)符號(hào)相反。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述增益提升級(jí)電路還包括第一 電容及第二電容;所述第一電容耦合至所述第三晶體管的柵極與所述第五晶體管的柵極之 間，所述第二電容耦合至所述第四晶體管的柵極與所述第六晶體管的柵極之間。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述增益提升級(jí)電路還包括第一 電阻及第二電阻;所述第一電阻耦合至所述第三晶體管的漏極，所述第二電阻耦合至所述 第四晶體管的漏極。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述第一晶體管為共柵晶體管， 所述第二晶體管為共源晶體管。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述匹配放大級(jí)電路還包括： 共柵電阻，其耦合至所述第一晶體管的漏極；以及 共源電阻，其耦合至所述第二晶體管的漏極。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述匹配放大級(jí)電路還包括輸入 電容，所述輸入電容耦合至所述第一晶體管的源級(jí)及所述第二晶體管的柵極之間。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述匹配放大級(jí)電路還包括片外 電感，所述片外電感耦合至所述第一晶體管的源級(jí)。
【文檔編號(hào)】H03G3/30GK105897184SQ201610192381
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日
【發(fā)明人】張科峰, 劉覽琦
【申請(qǐng)人】武漢芯泰科技有限公司