本發(fā)明涉及毫米波集成電路設(shè)計，尤其涉及一種毫米波低噪聲放大器。

背景技術(shù)：

1、射頻集成電路在不同的領(lǐng)域、不同的工作頻率，對電路的性能要求以及技術(shù)難度存在較大差異。在實際中，為了滿足性價比、工作頻率等要求，出現(xiàn)了很多制造工藝，例如bjt、hemt、bimos、cmos等。盡管bjt擁有速度和精度優(yōu)點，但是不適合大規(guī)模集成。htem則由于電子飽和速度高，工作頻率可至亞毫米波，多用于高速、大功率等，和bjt一樣，適合數(shù)字集成電路。在之前設(shè)計中，盡管cmos具有低成本優(yōu)勢，但是由于工藝限制，其截止頻率低、噪聲大，并不適合射頻電路的設(shè)計。但是隨著科技的進步，微電子工藝技術(shù)的提高，cmos晶體管的頻率特性逐漸得到改善，極大激發(fā)了cmos在射頻領(lǐng)域的使用。與gaas、bicmos等工藝相比，cmos工藝有著集成度高，成本最低、易于與數(shù)字電路集成等優(yōu)勢，為實現(xiàn)模塊的產(chǎn)品化提供了更好的條件。

2、在射頻電路設(shè)計中，低噪聲放大器則是接收機的關(guān)鍵器件，其性能的好壞直接影響整個接收機的靈敏度，對于低噪聲放大器而言，噪聲系數(shù)、增益等是其重要指標。低噪聲放大器接收來自天線的微弱信號，對微弱信號進行放大，并且為了減小后級電路噪聲對整個系統(tǒng)噪聲的影響，lna需要提供足夠的增益，特別是對下變頻電路來說，尤為重要。因此如何實現(xiàn)高增益、低噪聲一直是低噪聲放大器(lna)設(shè)計需要解決的問題。

3、低噪聲放大器設(shè)計一般采用共源、共柵、共源共柵等結(jié)構(gòu)，對于共源放大器，其具有良好的增益和噪聲性能，但是具有較窄的帶寬；共柵放大器則是具有寬帶特性，線性度和隔離度也會更好，但是其增益相對于共源結(jié)構(gòu)來說是較小的；而共源共柵結(jié)構(gòu)則是由共源管和共柵管堆疊構(gòu)成，相當于兩級放大器，增益明顯優(yōu)于共源和共柵放大器，因此被用在高增益放大器設(shè)計中，但是其需要較高的供電電壓，并且其噪聲明顯是大于共源級放大器，并且具有窄帶特性。因此采用共源共柵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高增益、低噪聲也是需要解決的問題。

4、在射頻電路設(shè)計中，阻抗匹配和無源器件的合理應用有助于降低噪聲系數(shù)。阻抗匹配是電路中一個很重要的設(shè)計，而電感是射頻電路中重要的無源器件，其在阻抗匹配中扮演著關(guān)鍵角色。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展，片上集成變壓器逐漸展現(xiàn)出其相對于傳統(tǒng)電感的優(yōu)勢，特別是在寬帶匹配方面。

5、綜上所述，公開的低噪聲放大器在以下方面有待提高：(1)采用變壓器匹配，增大帶寬的同時容易引入過大的插入損耗，造成噪聲的惡化；(2)采用傳統(tǒng)的lc(l是電感，c是電容)匹配去實現(xiàn)大帶寬較為困難；(3)共源共柵結(jié)構(gòu)在實現(xiàn)高增益的同時，難以同時實現(xiàn)高增益和低噪聲。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，特別創(chuàng)新地提出了一種毫米波低噪聲放大器。

2、為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種毫米波低噪聲放大器，低噪聲放大器包括：第一級放大電路、第二級放大電路、第三級放大電路，第一級放大電路的信號輸出端與第二級放大電路的信號輸入端相連，第二級放大電路的信號輸出端與第三級放大電路的信號輸入端相連；

3、所述第一級放大電路包括：第一輸入匹配電容、第二輸入匹配電容、輸入變壓器、第一共源晶體管、第二共源晶體管、第一共源中和電容、第二共源中和電容、第一共源共柵電感、第二共源共柵電感、第一共柵晶體管、第二共柵晶體管、第一共柵中和電容、第二共柵中和電容、第一級間變壓器、第一級間電感、第二級間電感；所述輸入變壓器包括：輸入變壓器初級線圈p1、輸入變壓器次級線圈s1；所述第一級間變壓器包括：第一級間變壓器初級線圈p2、第一級間變壓器次級線圈s2；具體連接方式為：

4、作為輸入信號的射頻信號與輸入變壓器初級線圈p1相連，第一輸入匹配電容的一端與輸入變壓器初級線圈p1的第一端相連，第一輸入匹配電容的另一端接地，第二輸入匹配電容的一端與輸入變壓器初級線圈p1的第二端相連，第二輸入匹配電容的另一端接地，輸入變壓器次級線圈s1的第一端與第一共源晶體管的柵極、第一共源中和電容的一端相連，輸入變壓器次級線圈s1的第二端與第二共源晶體管的柵極、第二共源中和電容的一端相連，第一共源晶體管的漏極與第一共源共柵電感的一端、第二共源中和電容的另一端相連，第二共源晶體管的漏極與第二共源共柵電感的一端、第一共源中和電容的另一端相連，第一共源晶體管的源極接地，第二共源晶體管的源極接地；第一共源共柵電感的另一端與第一共柵晶體管的源極相連，第二共源共柵電感的另一端與第二共柵晶體管的源極相連，第一共柵晶體管的柵極與第一共柵中和電容的一端相連，第一共柵中和電容的另一端與第二共柵晶體管的漏極、第一級間變壓器初級線圈p2的第二端相連；第二共柵晶體管的柵極與第二共柵中和電容的一端相連，第二共柵中和電容的另一端與第一共柵晶體管的漏極、第一級間變壓器初級線圈p2的第一端相連；第一級間變壓器次級線圈s2的第一端與第一級間電感的一端相連，第一級間變壓器次級線圈s2的第二端與第二級間電感的一端相連，第一級間電感的另一端與第二級放大電路的輸入端相連，第二級間電感的另一端與第二輸入放大電路的輸入端相連；

5、所述第二級放大電路包括：第三共源晶體管、第四共源晶體管、第三共源中和電容、第四共源中和電容、第三共源共柵電感、第四共源共柵電感、第三共柵晶體管、第四共柵晶體管、第三共柵中和電容、第四共柵中和電容、第二級間變壓器、第三級間電感、第四級間電感；所述第二級間變壓器包括：第二級間變壓器初級線圈p3、第二級間變壓器次級線圈s3；具體連接方式為：

6、第二級放大電路差分輸入的第一輸入端與第三共源晶體管的柵極、第三共源中和電容的一端相連，第二級放大電路差分輸入的第二輸入端與第四共源晶體管的柵極、第四共源中和電容的一端相連；第三共源晶體管的漏極與第三共源共柵電感的一端、第四共源中和電容的另一端相連，第四共源晶體管的漏極與第四共源共柵電感的一端、第三共源中和電容的另一端相連；第三共源晶體管的源極接地，第四共源晶體管的源極接地；第三共源共柵電感的另一端與第三共柵晶體管的源極相連，第四共源共柵電感的另一端與第四共柵晶體管的源極相連，第三共柵晶體管的柵極與第三共柵中和電容的一端相連，第三共柵中和電容的另一端與第四共柵晶體管的漏極、第二級間變壓器初級線圈p3的第二端相連；第四共柵晶體管的柵極與第四共柵中和電容的一端相連，第四共柵中和電容的另一端與第三共柵晶體管的漏極、第二級間變壓器初級線圈p3的第一端相連，第二級間變壓器次級線圈s3的第一端與第三級間電感的一端相連，第二級間變壓器次級線圈s3的第二端與第四級間電感的一端相連，第三級間電感的另一端與第三級放大電路的輸入端，第四級間電感的另一端與第三輸入放大電路的輸入端相連；

7、所述第三級放大電路包括：第五共源晶體管、第六共源晶體管、第五共源中和電容、第六共源中和電容、第五共源共柵電感、第六共源共柵電感、第五共柵晶體管、第六共柵晶體管、第五共柵中和電容、第六共柵中和電容、輸出變壓器xf4、第一輸出匹配電容、第二輸出匹配電容；所述輸出變壓器包括：輸出變壓器初級線圈p4、輸出變壓器次級線圈s4；具體連接方式為：

8、第三級放大電路差分輸入的第一輸入端與第五共源晶體管的柵極、第五共源中和電容的一端相連，第三級放大電路差分輸入的第二輸入端與第六共源晶體管的柵極、第六共源中和電容的一端相連；第五共源晶體管的漏極與第五共源共柵電感的一端、第六共源中和電容的另一端相連，第六共源晶體管的漏極與第六共源共柵電感的一端、第五共源中和電容的另一端相連，第五共源晶體管的源極接地，第六共源晶體管的源極接地；第五共源共柵電感的另一端與第五共柵晶體管的源極相連，第六共源共柵電感的另一端與第六共柵晶體管的源極相連，第五共柵晶體管的柵極與第五共柵中和電容的一端相連，第五共柵中和電容的另一端與第六共柵晶體管的漏極、輸出變壓器初級線圈p4的第二端相連；第六共柵晶體管的柵極與第六共柵中和電容的一端相連，第六共柵中和電容的另一端與第五共柵晶體管的漏極、輸出變壓器初級線圈p4的第一端相連；輸出變壓器次級線圈s4的第一端與第一輸出匹配電容的一端相連，輸出變壓器次級線圈s4的第二端與第二輸出匹配電容的一端相連，第一輸出匹配電容與第二輸出匹配電容的另一端均接地，輸出變壓器次級線圈s4輸出射頻信號。

9、進一步地，第一輸入匹配電容、第二輸入匹配電容、第一輸出匹配電容、第二輸出匹配電容之一或者任意組合為傳輸線平板電容，第一級間電感、第二級間電感、第三級間電感、第四級間電感之一或者任意組合為傳輸線電感。

10、采用傳輸線平板電容、傳輸線電感相較于一般的電容、電感的效果更好。

11、進一步地，所述傳輸線平板電容的寬度為4.5um，長度為15um。

12、進一步地，所述傳輸線平板電容采用金屬層m4和m5繪制。

13、進一步地，所述傳輸線電感的內(nèi)徑為20um，金屬線寬為3.5um。

14、進一步地，所述傳輸線電感采用高層金屬繪制。

15、進一步地，所述第一、二、三、四、五、六共源晶體管，第一、二、三、四、五、六共柵晶體管均為cmos工藝的mos管。

16、進一步地，第一級間變壓器的匝數(shù)比為1:2，輸入變壓器、第二級間變壓器、輸出變壓器的匝數(shù)比為1:1。

17、進一步地，輸入變壓器、第一級間變壓器、第二級間變壓器、輸出變壓器均有中心抽頭。

18、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明能夠在增大帶寬的前提下，還能同時實現(xiàn)高增益和低噪聲。具體的有益效果是：

19、(1)采用變壓器與電感、電容聯(lián)合匹配，減小了無源匹配電路的損耗，同時實現(xiàn)低噪聲放大器的大帶寬輸出；

20、(2)采用共源共柵放大結(jié)構(gòu)，結(jié)合變壓器與電容、電感聯(lián)合進行阻抗匹配，可以實現(xiàn)寬帶、高增益放大以及低噪聲的信號輸出。

21、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。