專利名稱：一種基于可控有源電感的全3g cmos差分低噪聲放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一個低噪聲放大器，具體涉及一個基于可控有源電感的全3G CMOS差分低噪聲放大器。
背景技術(shù)：
隨著第三代移動通信技術(shù)(3rd_generation, 3G)的出現(xiàn)和發(fā)展,3G通信已經(jīng)走進我們的日常生活。目前在中國的無線通信領(lǐng)域主要有三種3G通信標(biāo)準(zhǔn)中國聯(lián)通使用的WCDMA通信標(biāo)準(zhǔn)，中國電信使用的CDMA2000通信標(biāo)準(zhǔn)，以及中國移動使用的TD-SCDMA通信標(biāo)準(zhǔn)。這三種標(biāo)準(zhǔn)在中國的下行頻率分別是WCDMA為2130-2145MHz，⑶MA2000為2110-2125MHz, TD-SCDMA為2010-2025MHZ。隨著全球同步漫游和一體化手機需求的增加， 在一個手機終端上集成多個通信標(biāo)準(zhǔn)正成為一種必然趨勢。當(dāng)前的手機市場上已有很多集成了雙標(biāo)準(zhǔn)的手機,如 WCDMA+GSM，TD-SWCDMA+GSM, CDMA+CDMA2000 或 CDMA2000+GSM 等；也有多模的手機出現(xiàn)，如WCDMA+GSM+CDMA2000+CDMA，但只是為了兼容第二代移動通信標(biāo)準(zhǔn)，并沒有實現(xiàn)集成所有的3G通信標(biāo)準(zhǔn)。另外，藍牙(Bluetooth)傳輸協(xié)議作為一種常見的無線通信技術(shù)，主要用于移動電話、無線耳機、筆記本電腦和相關(guān)外設(shè)之間進行無線信息交換，其工作頻率為2. 4GHz，作為一種非常有用的無線數(shù)據(jù)傳輸工具，將其集成在手機終端上是非常常見的，也是很必要的。關(guān)于有源電感的研究已經(jīng)有很多，與片上螺旋電感相比，其具有面積小、品質(zhì)因子高、可控性好等特點。附圖I給出了可控有源電感的電路圖。通過改變有源電感的偏置電流可以改變其等效電感值，用于不同標(biāo)準(zhǔn)下的阻抗匹配。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明主要基于3G通信標(biāo)準(zhǔn)和Bluetooth標(biāo)準(zhǔn)，提供一個能兼容WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA和Bluetooth四種通信標(biāo)準(zhǔn)的基于可控有源電感CMOS差分低噪聲放大器。
發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的旨在提供一種可控、全3G、低功耗、小面積的CMOS差分低噪聲放大器，該放大器基于CMOS工藝實現(xiàn)，具有噪聲小、增益高、線性度好等優(yōu)點。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)—種基于可控有源電感的全3G CMOS差分低噪聲放大器,其包括輸入阻抗匹配電路、放大電路和輸出阻抗匹配電路；其特征在于所述輸入阻抗匹配電路用于接收來自天線的信號并實現(xiàn)WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA和Bluetooth四個標(biāo)準(zhǔn)下的輸入阻抗匹配；所述放大電路連接于所述輸入阻抗匹配電路與所述輸出阻抗匹配電路之間，用于放大所述輸入阻抗電路接收的信號；所述輸出阻抗匹配電路連接于所述放大電路和輸出端之間以匹配所述四個標(biāo)準(zhǔn)的輸出阻抗，并輸出最終的輸出信號；所述放大電路為帶源極電感負(fù)反饋和電容正反饋的共源共柵結(jié)構(gòu)，且在共柵管處并聯(lián)了一個正反饋電容；所述放大電路包含第一 NMOS管Ml、第二 NMOS管M2、第三NMOS管M3、第四NMOS管M4、第一電容Cf I、第二電容Cf2和第一電感Ls，其中第一電感Ls作為源極負(fù)反饋，第一電容Cfl和第二電容Cf2作為正反饋電容，第一 NMOS管Ml、第二 NMOS管M2為差分輸入管，第三NMOS管M3、第四NMOS管M4為電流源負(fù)載；所述輸入阻抗匹配電路包括第二電感Lgl和第三電感Lg2，第二電感Lgl的一端用于差分信號的正端輸入，另一端與Ml的柵極相連；第三電感Lg2的一端用于差分信號的負(fù)端輸入，另一端與第三NMOS管M3的柵極相連；所述輸出阻抗匹配電路包括第一電阻Rdl、第二電阻Rd2、第四電感Ldl、第五電感Ld2、第三電容Coutl和第四電容Cout2 ；其中，第二 NMOS管M2的柵極與第一偏置電壓Vdcl相連，第二 NMOS管M2的漏端 與第一電容Cfl的另一端連接，并分出三個支路分別與第一電阻Rdl、第四電感Ldl和第三電容Coutl的一端相連,第一電阻Rdl、第四電感Ldl的另一端共同連接在電源Vdd上,第三電容Coutl的另一端與信號輸出端的正端相連；第三NMOS管M3的漏極分別第四NMOS管M4的源極和第二電容Cf2的一端相連，第四NMOS管M4的柵極與第二偏置電壓Vdc2相連，第四NMOS管M4的漏端與Cf2的另一端連接，并分出三個支路分別于第二電阻Rd2、第五電感Ld2和第四電容Cout2的一端相連，第二電阻Rd2和第五電感Ld2的另一端共同連接在電源Vdd上，第四電容Cout2的另一端與信號輸出端的負(fù)端相連；所述輸入阻抗匹配電路匹配所述四個標(biāo)準(zhǔn)的輸入阻抗，當(dāng)輸入不同頻率的信號時，通過改變有源電感的偏置電流來改變有源電感的等效電感值，以實現(xiàn)所述四個標(biāo)準(zhǔn)的輸入阻抗匹配。本發(fā)明還提供了 所述電容為MOS電容。所述MOS電容為MOS管的MOS電容的柵極與連接在一起的源極、漏極、襯底形成，其電容值由MOS管的寬和長決定。所述電感為有源電感。所述有源電感采用MOS工藝實現(xiàn)。

圖I :現(xiàn)有技術(shù)中可控有源電感的電路圖。圖2 :本發(fā)明提供的基于可控有源電感的全3G CMOS差分低噪聲放大器。圖3 :現(xiàn)有技術(shù)中可控有源電感品質(zhì)因子Q的仿真結(jié)果。圖4 :本發(fā)明提供的基于可控有源電感的全3G CMOS差分低噪聲放大器的Sll參數(shù)仿真結(jié)果。圖5 :本發(fā)明提供的基于可控有源電感的全3G CMOS差分低噪聲放大器的S12參數(shù)仿真結(jié)果。圖6 :本發(fā)明提供的基于可控有源電感的全3G CMOS差分低噪聲放大器的S21參數(shù)仿真結(jié)果。圖7 :本發(fā)明提供的基于可控有源電感的全3G CMOS差分低噪聲放大器的S22參數(shù)仿真結(jié)果。圖8 :本發(fā)明提供的基于可控有源電感的全3G CMOS差分低噪聲放大器的噪聲系數(shù)NF仿真結(jié)果。
具體實施方式
下面結(jié)合具體附圖和實施案例對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明設(shè)計的基于可控有源電感的全3G CMOS差分低噪聲放大器，是一個兼容WCDMA, CDMA2000、TD-SCDMA和Bluetooth四個無線通信標(biāo)準(zhǔn)的差分窄帶低噪聲放大器，根據(jù)各個標(biāo)準(zhǔn)工作頻率的不同，通過控制有源電感的偏置電流，進而控制有源電感的等效電感值，再結(jié)合共源管的寄生電容，實現(xiàn)低噪聲放大器在不同標(biāo)準(zhǔn)下的輸入阻抗匹配，使其可工作在相應(yīng)的無線通信標(biāo)準(zhǔn)下。此外，本發(fā)明設(shè)計的低噪聲放大器采用可控的有源電感，使電路復(fù)用達到最大化，因此不僅具有低功耗、小面積、低成本等優(yōu)點，而且具有低噪聲、高增益、低輸入反射系數(shù)和高線性度等優(yōu)點。本發(fā)明設(shè)計的基于可控有源電感的全3G CMOS差分低噪聲放大器的電路原理如附圖2所示，包含輸入阻抗匹配電路、放大電路和輸出阻抗匹配電路。 所述輸入阻抗匹配電路包括第一有源電感Ls、第二有源電感Lgl、第三有源電感Lg2。輸入阻抗匹配電路通過改變可控有源電感的偏置電流來改變有源電感的等效電感值，從而實現(xiàn)不同標(biāo)準(zhǔn)下的輸入阻抗匹配。所述放大電路為帶源極電感負(fù)反饋共源共柵結(jié)構(gòu)且在共柵管處并聯(lián)了一個正反饋電容,包含第一 NMOS管Ml、第二 NMOS管M2、第三NMOS管M3、第四NMOS管M4、第一電感Ls、第一電容Cfl和第二電容Cf2，其中Ls作為源極負(fù)反饋，Cfl和Cfl為正反饋電容，Ml、M3為差分輸入管，M2、M4為電流源負(fù)載，其中Ls實現(xiàn)源極負(fù)反饋，用以提高電路的線性度，降低電路噪聲，Cfl和Cf2實現(xiàn)電路的正反饋，用以提升電路的增益。所述輸出阻抗匹配電路包括第一電阻Rdl、第二電阻Rd2、第四電感Ldl、第五電感Ld2、第三電容Cout I、第四電容Cout2，用以實現(xiàn)不同頻率下的輸出阻抗匹配。電路的具體連接方式為電感Lgl的一端用于差分信號的正端輸入，另一端與Ml的柵極相連，Ml的漏極分別與M2的源極和Cfl的一端相連，M2的柵極與偏置電壓Vdcl相連，M2的漏端與Cfl的另一端連接，又分出三個支路分別與RdULdl和Coutl的一端相連，Rdl和Ldl的另一端共同連接在Vdd上，Coutl的另一端與信號輸出端的正端相連；電感Lg2的一端用于差分信號的負(fù)端輸入，另一端與M3的柵極相連，M3的漏極分別M4的源極和Cf2的一端相連，M4的柵極與偏置電壓Vdc2相連，M4的漏端與Cf2的另一端連接，又分出三個支路分別于Rd2、Ld2和Cout2的一端相連，Rd2和Ld2的另一端共同連接在Vdd上，Cout2的另一端與信號輸出端的負(fù)端相連。放大電路采用帶源極電感負(fù)反饋的共源共柵結(jié)構(gòu)且在共柵管處并聯(lián)了一個正反饋電容，采用源極電感負(fù)反饋，可降低系統(tǒng)噪聲，提高系統(tǒng)的線性度；采用電容正反饋，可提高放大器增益，且不增加系統(tǒng)的直流功耗。輸出阻抗匹配電路使用LC諧振網(wǎng)絡(luò)與電阻并聯(lián)，以減小電阻在高頻下的寄生效應(yīng)，實現(xiàn)寬頻帶匹配。具體工作機制如下I、電感Lgl、電感Lg2及電感Ls是不同標(biāo)準(zhǔn)下的共用有源電感，在保證輸入阻抗匹配的同時，通過共用電路元件達到減小電路面積的目的。其電感的等效電感值‘和等效電阻值&分別為
權(quán)利要求1.一種基于可控有源電感的全3G CMOS差分低噪聲放大器,其包括輸入阻抗匹配電路、放大電路和輸出阻抗匹配電路；其特征在于所述輸入阻抗匹配電路用于接收來自天線的信號并實現(xiàn)WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA和Bluetooth四個標(biāo)準(zhǔn)下的輸入阻抗匹配；所述放大電路連接于所述輸入阻抗匹配電路與所述輸出阻抗匹配電路之間，用于放大所述輸入阻抗電路接收的信號；所述輸出阻抗匹配電路連接于所述放大電路和輸出端之間以匹配所述四個標(biāo)準(zhǔn)的輸出阻抗，并輸出最終的輸出信號； 所述放大電路為帶源極電感負(fù)反饋和電容正反饋的共源共柵結(jié)構(gòu)；所述放大電路包含第一 NMOS管Ml、第二 NMOS管M2、第三NMOS管M3、第四NMOS管M4、第一電容Cf!、第二電容Cf2和第一電感Ls，其中第一電感Ls作為源極負(fù)反饋，第一電容Cfl和第二電容Cf2作為正反饋電容，第一 NMOS管Ml、第二 NMOS管M2為差分輸入管，第三NMOS管M3、第四NMOS管M4為電流源負(fù)載； 所述輸入阻抗匹配電路包括第二電感Lgl和第三電感Lg2，第二電感Lgl的一端用于差分信號的正端輸入，另一端與第一 NMOS管Ml的柵極相連；第三電感Lg2的一端用于差分信 號的負(fù)端輸入，另一端與第三NMOS管M3的柵極相連； 所述輸出阻抗匹配電路包括第一電阻Rdl、第二電阻Rd2、第四電感Ldl、第五電感Ld2、第三電容Coutl和第四電容Cout2 ； 所述第二 NMOS管M2的柵極與第一偏置電壓Vdcl相連，第二 NMOS管M2的漏端與第一電容Cfl的另一端連接，并分出三個支路分別與第一電阻Rdl、第四電感Ldl和第三電容Coutl的一端相連,第一電阻Rdl、第四電感Ldl的另一端共同連接在電源Vdd上,第三電容Coutl的另一端與信號輸出端的正端相連；第三NMOS管M3的漏極分別第四NMOS管M4的源極和第二電容Cf2的一端相連，第四NMOS管M4的柵極與第二偏置電壓Vdc2相連，第四NMOS管M4的漏端與Cf 2的另一端連接，并分出三個支路分別于第二電阻Rd2、第五電感Ld2和第四電容Cout2的一端相連，第二電阻Rd2和第五電感Ld2的另一端共同連接在電源Vdd上，第四電容Cout2的另一端與信號輸出端的負(fù)端相連； 所述輸入阻抗匹配電路匹配所述四個標(biāo)準(zhǔn)的輸入阻抗，當(dāng)輸入不同頻率的信號時，通過改變有源電感的偏置電流來改變有源電感的等效電感值，以實現(xiàn)所述四個標(biāo)準(zhǔn)的輸入阻抗匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于可控有源電感的全3GCMOS差分低噪聲放大器，其特征在于所述第一電感Ls、第二電感Lgl、第三電感Lg2、第四電感Ldl和第五電感Ld2為可控的有源電感。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可控有源電感的全3GCMOS差分低噪聲放大器，其特征在于所述有源電感為MOS工藝有源電感。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于可控有源電感的全3GCMOS差分低噪聲放大器，其特征在于所述第一電容Cf!、第二電容Cf2、第三電容Coutl和第四電容Cout2為MOS電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于可控有源電感的全3GCMOS差分低噪聲放大器，其特征在于所述MOS電容為MOS管的MOS電容的柵極與連接在一起的源極、漏極、襯底形成，其電容值由MOS管的寬和長決定。
專利摘要一種基于可控有源電感的全3G CMOS差分低噪聲放大器可應(yīng)用于WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA和Bluetooth接收機的前端電路中。主要由輸入阻抗匹配電路，帶源極電感負(fù)反饋共源共柵放大電路和輸出阻抗匹配電路組成。其中輸入阻抗匹配電路由柵極電感、共源管的寄生電容和源極電感組成；放大電路使用源極電感負(fù)反饋和電容正反饋保證電路的高線性度、低噪聲和高增益；輸出阻抗匹配電路使用LC諧振網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)電阻構(gòu)成，實現(xiàn)輸出阻抗匹配。電感使用有源電感，通過改變有源電感的偏置電流，可使低噪聲放大器工作在不同頻率下，實現(xiàn)WCDMA、CMDA2000、TD-SCDMA和Bluetooth的信號放大。
文檔編號H03F3/45GK202772848SQ20122045699
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者顧曉峰, 王偉印 申請人:江南大學(xué)