本發(fā)明系關(guān)于一種低噪聲放大器，尤指一種具有電路復(fù)雜度低、低噪聲指數(shù)與高線性度之低噪聲放大器。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，無線通訊已成為人們生活中相當(dāng)重要的一環(huán)，各種不同電子裝置如智能型手機(jī)、智能型穿戴裝置、平板計(jì)算機(jī)中透過無線射頻系統(tǒng)來傳送或接收無線訊號(hào)。于無線射頻系統(tǒng)中，低噪聲放大器(Low Noise Amplifier，LNA)為必要的放大電路，低噪聲放大器的效能影響整體無線射頻系統(tǒng)的效能，其中，低噪聲放大器的線性度(Linearity)及噪聲指數(shù)(Noise Figure)系為具指標(biāo)性的效能。

習(xí)知技術(shù)已發(fā)展出利用串疊式電路架構(gòu)(Cascoded Circuit Topology)、主動(dòng)式偏壓網(wǎng)絡(luò)(Active Bias Circuit)、并聯(lián)式轉(zhuǎn)導(dǎo)特性補(bǔ)償(Parallel Type Transconductance Compensation)及封包追蹤調(diào)整(Envelop Tracking)等方式來改善低噪聲放大器的線性度。利用串疊式電路架構(gòu)之低噪聲放大器具有高頻增益佳特性，然而串疊式電路架構(gòu)之低噪聲放大器必須仰賴較高之電源電壓，以使每一晶體管的偏壓條件符合低噪聲及較高功率飽和特性，增加電路設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的不便。利用主動(dòng)式偏壓網(wǎng)絡(luò)之低噪聲放大器雖能減少高頻增益損失，并可隨著放大器的操作功率自主調(diào)整偏壓，但電路設(shè)計(jì)復(fù)雜度較高，需要較多的偏壓設(shè)定，且直流功率損耗較高，對(duì)于半導(dǎo)體制程所造成的特性誤差也較為敏感，造成電路設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的不便。利用并聯(lián)式轉(zhuǎn)導(dǎo)特性補(bǔ)償之低噪聲放大器可透過使用兩個(gè)并聯(lián)晶體管的尺寸及偏壓進(jìn)行調(diào)整，使得合成后的三階諧波失真(Third-Order Intermodulation，IMD3)具有補(bǔ)償功能，以提升整體放大器的線性度，然而，由于晶體管并聯(lián)后會(huì)增加輸入端及輸出端的電容量，不利于高頻阻抗匹配或是高頻增益特性，即不利于高頻操作。利用封包追蹤調(diào)整之低噪聲放大器可以透過數(shù)位 控制方式使放大器于不同的操作功率下而有不同的偏壓條件，且對(duì)于直流功率損耗的效率具有相當(dāng)?shù)母纳?，但是所需的?被動(dòng)元件較多，需要完整龐大的類比與數(shù)位控制回路才得以施行，增加電路設(shè)計(jì)復(fù)雜度及生產(chǎn)成本。

另一方面，習(xí)知技術(shù)已發(fā)展出利用串疊式電路架構(gòu)、主動(dòng)式前饋架構(gòu)(Active Feedforward Topology)及主動(dòng)式輸入負(fù)載(input active load)等方式來改善放大器的噪聲指數(shù)特性。利用串疊式電路架構(gòu)之低噪聲放大器亦具有噪聲指數(shù)佳的特性，然而，當(dāng)串疊式低噪聲放大器于輸入端的偏壓網(wǎng)絡(luò)透過饋入電感或饋入電阻來提供電壓或電流時(shí)，容易使低噪聲放大器的噪聲指數(shù)變差，而降低串疊式低噪聲放大器對(duì)于噪聲改善的效果。利用主動(dòng)式前饋架構(gòu)之低噪聲放大器雖具有效提升噪聲指數(shù)的效能，但是需要復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)來達(dá)到電路內(nèi)部噪聲相互抵銷的效果，且需要較多的偏壓設(shè)定，直流功率損耗較高，造成電路設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的不便。利用主動(dòng)式輸入負(fù)載之低噪聲放大器于輸入端具有寬帶噪聲阻抗匹配的特性，透過適當(dāng)?shù)钠珘赫{(diào)整與晶體管尺寸的選擇，可以使電路適合寬帶無線系統(tǒng)，然而，利用主動(dòng)式輸入負(fù)載之低噪聲放大器無法改善放大器之線性度，其較適合低功率之應(yīng)用而不利于高功率之操作。

因此，如何提供一種電路復(fù)雜度低、低噪聲指數(shù)與高線性度之低噪聲放大器，就成了業(yè)界所努力的目標(biāo)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種低噪聲放大器，其具有電路復(fù)雜度低、低噪聲指數(shù)與高線性度的特性。

本發(fā)明揭露一種低噪聲放大器，包含有一放大晶體管及一輔助晶體管，該放大晶體管包含有一第一端，用來接收該低噪聲放大器之一輸入訊號(hào)；一第二端，用來輸出該低噪聲放大器之一輸出訊號(hào)；以及一第三端。該輔助晶體管包含有一第一端；一第二端，耦于該放大晶體管之該第二端；以及一第三端，電性連接于該放大晶體管之該第一端。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一低噪聲放大器之示意圖；

圖2為包含輔助晶體管及未包含輔助晶體管之低噪聲放大器之噪聲指數(shù)示意圖；

圖3為包含輔助晶體管及未包含輔助晶體管之低噪聲放大器之三階諧波失真示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例一低噪聲放大器之示意圖。

其中的附圖標(biāo)記說明如下：

10 低噪聲放大器

100 放大晶體管

102 輔助晶體管

103 輸入端網(wǎng)絡(luò)

104 輸出端網(wǎng)絡(luò)

105 射頻后端處理電路

106 偏壓驅(qū)動(dòng)電路

ANT 天線

B 基極

C 集極

E 射極

G 閘極

D 汲極

S 源極

【具體實(shí)施方式】

請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例一低噪聲放大器10之示意圖。低噪聲放大器10包含有一放大晶體管100及一輔助晶體管102，放大晶體管100可為雙載子接面晶體管(Bipolar Junction Transistor，BJT)或是異質(zhì)接面雙載子晶體管(Heterojunction Bipolar Transistor，HBT)，輔助晶體管102可為金氧半場(chǎng)效晶體管(MOS Field Effect Transistor，MOSFET)或是高速電子移動(dòng)晶體管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)。放大晶體管100包含有基極B(第一端)、集極C(第二端)及射極E(第三端)，其中，基極B耦接于一天線ANT，或是透過一輸入端網(wǎng)絡(luò)103耦接至天線ANT，其中輸入端網(wǎng)絡(luò)103可包含阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)與帶通濾波器(未繪示于圖1)，用來接收低噪聲放大器10之一輸入訊號(hào)；集極C透過一輸出端網(wǎng)絡(luò)104耦接于一射頻后端處理電路105，使其與射頻后端處理電路105有良好阻抗匹配狀態(tài)，用來輸出低噪聲放大器10之一輸出訊號(hào)至射頻后端處理電路105；而射極E可耦接于一系統(tǒng)接地端。輔助晶體管102包含有閘極G(第一端)、汲極D(第二端)及源極S(第三端)，其中，汲極D耦于放大晶體管100之集極C；源極S電性連接于放大晶體管100之基極B；閘極G可耦接于一偏壓驅(qū)動(dòng)電路106，偏壓驅(qū)動(dòng)電路106可為一固定偏壓電路或是一可數(shù)位控制之可調(diào)偏壓電路。

需注意的是，輔助晶體管102系耦接于放大晶體管100之輸入端(基極B)及輸出端(集極C)之間，低噪聲放大器10可以根據(jù)于放大晶體管100輸出端的輸出振幅，來調(diào)整于放大晶體管100之輸出端的偏壓，進(jìn)而改善線性度。同時(shí)，低噪聲放大器10之噪聲可透過輔助晶體管102與放大晶體管100之噪聲抵消，進(jìn)而改善噪聲指數(shù)。換句話說，低噪聲放大器10僅利用單一輔助晶體管102即可調(diào)整于放大晶體管100之輸出端之偏壓及抵消放大晶體管100之噪聲，進(jìn)而改善低噪聲放大器10之線性度及噪聲指數(shù)，且低噪聲放大器10之電路復(fù)雜度低。

請(qǐng)參考圖2及圖3，圖2為包含輔助晶體管及未包含輔助晶體管之低噪聲放大器之噪聲指數(shù)示意圖，圖3為包含輔助晶體管及未包含輔助晶體管之低噪聲放大器之線性度(即三階諧波失真(Third-Order Intermodulation，IMD3)) 示意圖，其中實(shí)線代表包含輔助晶體管之低噪聲放大器之噪聲指數(shù)及線性度，虛線代表未包含輔助晶體管之低噪聲放大器之噪聲指數(shù)及線性度。由圖2及圖3可知，包含輔助晶體管之低噪聲放大器具有較佳之噪聲指數(shù)及線性度效能。

另外，請(qǐng)參考表1，表1列舉包含有輔助晶體管及未包含有輔助晶體管之低噪聲放大器于2.4GHz之小訊號(hào)增益、噪聲指數(shù)、大訊號(hào)下的1-dB功率飽和點(diǎn)及于輸入訊號(hào)為8dBm時(shí)之線性度。由表1可知，包含有輔助晶體管之低噪聲放大器在不增加直流功率損耗且對(duì)于小訊號(hào)增益影響不大的情況下，同時(shí)改善低噪聲放大器之噪聲指數(shù)及線性度之效能。

表1

需注意的是，前述實(shí)施例系用以說明本發(fā)明之概念，本領(lǐng)域具通常知識(shí)者當(dāng)可據(jù)以做不同之修飾，而不限于此。舉例來說，請(qǐng)參考圖4，圖4為本發(fā)明實(shí)施例一低噪聲放大器40之示意圖。低噪聲放大器40與低噪聲放大器10結(jié)構(gòu)類似，故相同元件沿用相同符號(hào)。與低噪聲放大器10不同的是，低噪聲放大器40耦接于一回授電路406，回授電路406耦接于輔助晶體管102之閘極及汲極之間，亦符合本發(fā)明之要求，而不限于此。另一方面，放大晶體管不限于雙載子接面晶體管或異質(zhì)接面雙載子晶體管，亦可為金氧半場(chǎng)效晶體管或是高速電子移動(dòng)晶體管等場(chǎng)效晶體管，如此一來，放大晶體管之第一端為場(chǎng)效晶體管之一 閘極，放大晶體管之第二端及第三端為場(chǎng)效晶體管之一汲極及一源極，而不在此限。此外，輔助晶體管不限于金氧半場(chǎng)效晶體管或是高速電子移動(dòng)晶體管，亦可為雙載子接面晶體管或異質(zhì)接面雙載子晶體管，如此一來，輔助晶體管之第一端為雙載子接面晶體管之一基極，輔助晶體管之第二端及第三端為雙載子接面晶體管之一集極及一射極，而不在此限。

綜上所述，本發(fā)明之低噪聲放大器僅利用一輔助晶體管即可調(diào)整于放大晶體管于輸出端之偏壓及抵消放大晶體管之噪聲，進(jìn)而改善低噪聲放大器之線性度及噪聲指數(shù)，且本發(fā)明之低噪聲放大器之電路復(fù)雜度低。

以上所述僅為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做之均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明之涵蓋范圍。