專利名稱：前饋噪聲抵消電阻負(fù)反饋寬帶低噪聲放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。具體地涉及一種無線通信系統(tǒng)接收機(jī)中的寬 帶低噪聲放大器。
背景技術(shù)：
在放大微弱信號的場合，放大器自身的噪聲對信號的干擾可能很嚴(yán)重，因此希 減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。對于幾乎所有的射頻接收機(jī)系統(tǒng)，都必不可少的一個(gè) 模塊就是低噪聲放大器。低噪聲放大器的最主要用途在于1、系統(tǒng)接收到的射頻信號幅度 通常很弱，需要在接收前端先進(jìn)行放大才能正確處理；2、在接收機(jī)前端采用一個(gè)放大器能 夠有效的緩解對后級模塊的噪聲性能要求，降低后級模塊設(shè)計(jì)難度。低噪聲放大器在不同 的系統(tǒng)中有不同的設(shè)計(jì)要求，通常根據(jù)應(yīng)用頻率的不同，可以分為窄帶低噪聲放大器，多帶 低噪聲放大器和寬帶低噪聲放大器三種類型。無論哪種類型的LNA，其主要性能指標(biāo)都包括 阻抗匹配、噪聲系數(shù)(NF，Noise Figure)、線性度(IIP3，IIP2，IdB壓縮點(diǎn))、功耗等。圖1 說明了低噪聲放大器2在無線通信接收系統(tǒng)中的所起的作用，它是連接帶通濾波器1和下 變頻混頻器3之間的橋梁，帶通濾波器1選擇合適的頻帶之后的信號經(jīng)過低噪聲放大器放 大器放大之后，進(jìn)入混頻器下變頻至中頻。低噪聲放大器(2)可以降低后級電路的噪聲貢 獻(xiàn)，降低接收機(jī)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，提高信噪比和靈敏度。窄帶低噪聲放大器的噪聲性能和功耗優(yōu)于寬帶低噪聲放大器，但是只能針對特定 頻帶的應(yīng)用，對于目前需求越來越大的多模接收機(jī)來說，需要多個(gè)窄帶低噪聲放大器，消耗 的芯片面積大。而CMOS工藝的進(jìn)步使得寬帶低噪聲放大器的設(shè)計(jì)能夠滿足超寬帶范圍內(nèi) 所有信號的接收，適合于多模收發(fā)機(jī)和軟件無線電的應(yīng)用，但是相比于窄帶低噪聲放大器， 傳統(tǒng)寬帶低噪聲放大器的噪聲性能遠(yuǎn)不如窄帶低噪聲放大器。本發(fā)明結(jié)合噪聲抵消和電阻 負(fù)反饋技術(shù)，提出了一種寬帶低噪聲放大器的電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了低功耗下低噪聲性能的低 噪聲放大器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出了一種新型寬帶低噪聲放大器的電路結(jié)構(gòu)。它能降低寬帶 低噪聲放大器的噪聲系數(shù)，提高增益和線性度性能。本發(fā)明所提出的低噪聲放大器，包含了信號源(1)、信號源阻抗(3)、正向增益級 G (2)、共源或者共射放大管Mni (5)、共柵共源或者共基共集管Mn2 (6)、負(fù)載電阻、反饋 跟隨器(9)、反饋電阻&(4)、溝道熱噪聲源(7)。電路的連接關(guān)系如圖2所示。輸入信號 接在共源或者共射放大管Mni (5)的柵極或者基極，并接在正向增益級G (2)的輸入端，經(jīng)過 正向增益級G(2)放大之后的信號輸出接在共柵共源或者共基共集管Mn2 (6)的柵極，組成 前饋噪聲抵消通路。共柵共源或者共基共集管Mn2 (6)的源極或發(fā)射極與共源或者共射放 大管Mni (5)的漏極或集極相接，共柵共源或者共基共集管Mn2 (6)的漏極或集極接負(fù)載電阻 &(8)，負(fù)載電阻的另一極接電源電壓，輸出信號經(jīng)過反饋跟隨器(9)跟隨之后接反饋電阻Rf (4)，反饋電阻Rf (4)的另一極接輸入端口，組成負(fù)反饋環(huán)路。本方明中，采用電阻并聯(lián)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，降低噪聲系數(shù)，構(gòu)成輸入阻抗匹配。本方明中，采用前饋通路構(gòu)成的噪聲抵消技術(shù)，前饋通路中的增益級G可以由無源電路實(shí)現(xiàn)，也可以由有源電路實(shí)現(xiàn)。本方明中，采用電阻作為負(fù)載和反饋?zhàn)杩梗梢允枪潭娮杞M成的，也可以是開關(guān)構(gòu)成的可變電阻陣列，也可以是MOS管構(gòu)成的壓控電阻。本方明中，共源或者共射放大管Mni (5)可以是NMOS管，也可以是PMOS管，也可以是兩者相結(jié)合一起使用的組合跨導(dǎo)管。本發(fā)明將噪聲抵消技術(shù)和負(fù)反饋結(jié)合在一起，降低了寬帶低噪聲系數(shù)的噪聲系數(shù)。


圖1是一個(gè)介紹低噪聲放大器在無線通信接收機(jī)中應(yīng)用的示意圖。圖2是本發(fā)明提出的利用前饋噪聲抵消的電阻負(fù)反饋寬帶低噪聲放大器原理圖。圖3是本發(fā)明提出的利用前饋噪聲抵消的電阻負(fù)反饋寬帶低噪聲放大器的具體 電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖3，詳細(xì)闡述實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例。在圖3中，輸入信號源⑴輸入電路輸入端時(shí)有二極管(2)和(3)構(gòu)成的ESD保 護(hù)，防止靜電擊穿。輸入信號經(jīng)過電容Cl (19)和電阻RBl (18)構(gòu)成的高通濾波器加偏置 電壓之后輸入到放大管MNl (11)的柵極，同時(shí)經(jīng)過經(jīng)過電容C2 (4)和電阻RB2(17)構(gòu)成的 高通濾波器加偏置電壓之后輸入到放大管MPl (12)的柵極，還經(jīng)過經(jīng)過電容C3 (5)和電阻 RB3(6)構(gòu)成的高通濾波器加偏置電壓之后輸入到共源共柵管MN2 (15)的柵極，構(gòu)成噪聲和 信號的前饋通路。負(fù)載電阻RL(7)跨接在電源電壓和共源共柵管麗2 (15)的漏極之間。輸 出信號經(jīng)過電容C4(14)和電阻RB4(16)構(gòu)成的高通濾波器加偏置電壓之后輸入到共漏管 麗3(8)的柵極，MN4(9)為共漏管麗3(8)提供偏置電流，反饋電阻RF接在輸入端口與共漏 管MN3(8)的源極，提供反饋電流信號，降低輸入阻抗，達(dá)到與源極阻抗相匹配的目的。反饋 電容CF(13)接在共漏管麗3(8)的源極和放大管麗1(11)的漏極之間，提高高頻增益，提高 帶寬。由于共漏管麗3 (8)、反饋電阻RF、MN4(9)構(gòu)成的負(fù)反饋環(huán)路的存在，使得輸入節(jié) 點(diǎn)和放大管MNl(Il)的漏極節(jié)點(diǎn)之間的信號電壓極性相反，而噪聲電壓極性相同。電容 C3 (5)、電阻RB3 (6)、共源共柵管MN2 (15)構(gòu)成的噪聲和信號的前饋通路將信號和噪聲都正 向放大到共源共柵管麗2 (15)的柵極，在共源共柵管麗2 (15)的柵極和源極之間構(gòu)成了噪 聲抵消。兩種降低噪聲的方法相結(jié)合，重合降低了低噪聲放大器的輸出噪聲。對于信號電 壓來說，電容C3(5)、電阻RB3(6)、共源共柵管MN2(15)構(gòu)成的噪聲和信號的前饋通路增大 了電路的總等效跨導(dǎo)，電壓增益提高，因此最終的噪聲系數(shù)將大大降低。
權(quán)利要求
一種寬帶低噪聲放大器的電路，其特征在于由信號源(1)、信號源阻抗(3)、正向增益級G(2)、共源或者共射放大管MN1(5)、共柵共源或者共基共集管MN2(6)、負(fù)載電阻RL(8)、反饋跟隨器(9)、反饋電阻RF(4)、溝道熱噪聲源(7)構(gòu)成；通過電阻并聯(lián)負(fù)反饋環(huán)路和噪聲前饋通路來降低放大器的噪聲系數(shù)；其中，輸入信號接在共源或者共射放大管MN1(5)的柵極或者基極，并接在正向增益級G(2)的輸入端，經(jīng)過正向增益級G(2)放大之后的信號輸出接在共柵共源或者共基共集管MN2(6)的柵極，組成前饋噪聲抵消通路；共柵共源或者共基共集管MN2(6)的源極或發(fā)射極與共源或者共射放大管MN1(5)的漏極或集極相接，共柵共源或者共基共集管MN2(6)的漏極或集極接負(fù)載電阻RL(8)，負(fù)載電阻RL(8)的另一極接電源電壓，輸出信號經(jīng)過反饋跟隨器(9)跟隨之后接反饋電阻RF(4)，反饋電阻RF(4)的另一極接輸入端口，組成負(fù)反饋環(huán)路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶低噪聲放大器，其特征在于采用前饋通路構(gòu)成的噪聲抵 消技術(shù)，前饋通路中的增益級G由無源電路實(shí)現(xiàn)，或者由有源電路實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶低噪聲放大器，其特征在于采用電阻作為負(fù)載和反饋?zhàn)?抗，該電阻是固定電阻，或者是開關(guān)構(gòu)成的可變電阻陣列，或者是MOS管構(gòu)成的壓控電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶低噪聲放大器，其特征在于共源或者共射放大管Mni(5) 是NMOS管，或者是PMOS管，或者是兩者相結(jié)合一起使用的組合跨導(dǎo)管。
全文摘要
本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。具體為一種利用前饋噪聲抵消技術(shù)改進(jìn)的寬帶低噪聲放大器。本發(fā)明中的電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合并聯(lián)負(fù)反饋和噪聲抵消兩種技術(shù)，將二者融合在一起，在傳統(tǒng)電阻負(fù)反饋低噪聲放大器的基礎(chǔ)上，增加一條信號和噪聲電壓的放大通路，達(dá)到電路內(nèi)部節(jié)點(diǎn)噪聲電壓相互抵消，而信號電壓被增大的目的，輸出噪聲電流減小，最終輸出噪聲電壓降低，低噪聲放大器的噪聲系數(shù)降低，從而提高了接收機(jī)的靈敏度性能。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種電阻負(fù)反饋寬帶低噪聲放大器電路結(jié)構(gòu)。
文檔編號H03F1/26GK101807884SQ201010162479
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者王肖, 談熙, 閆娜, 閔昊 申請人:復(fù)旦大學(xué)