寬帶低噪聲放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及放大器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種寬帶低噪聲放大器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在通信系統(tǒng)中，低噪聲放大器是通信系統(tǒng)中接收機(jī)前端的第一級(jí)有源電路，實(shí)現(xiàn) 將天線接收的微弱信號(hào)放大，送給后級(jí)電路進(jìn)行處理。目前，無(wú)線通信多頻段、多標(biāo)準(zhǔn)、多 模式的發(fā)展趨勢(shì)，要求低噪聲放大器在設(shè)計(jì)不僅要考慮能夠完成對(duì)各種頻段無(wú)線信號(hào)的接 收、放大等功能，并且要求其能覆蓋多個(gè)通信頻段，兼容不同的通信標(biāo)準(zhǔn)。這當(dāng)中很重要的 一點(diǎn)就是低噪聲放大器在很寬的頻帶范圍內(nèi)滿足50歐姆輸入阻抗匹配。如果在處理信號(hào) 中阻抗不匹配，輸入低噪聲放大器的大部分信號(hào)功率將會(huì)被反射，這會(huì)嚴(yán)重惡化其處理信 號(hào)的性能。也就是說，輸入端的阻抗匹配已成為設(shè)計(jì)高性能低噪聲放大器的關(guān)鍵。
[0003] 通常來說，在用于實(shí)現(xiàn)寬頻帶輸入阻抗匹配的方法有：共柵輸入方式、電阻負(fù)反饋 結(jié)構(gòu)和濾波器匹配結(jié)構(gòu)。共柵輸入方式能很好滿足帶寬匹配要求，但它具有增益低，噪聲大 的缺陷。電阻負(fù)反饋輸入匹配結(jié)構(gòu)雖能實(shí)現(xiàn)寬帶匹配，但其增益和噪聲性能不佳，并且面臨 輸入匹配和噪聲之間折中的問題。濾波器匹配結(jié)構(gòu)由于要采用片上電感，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這 大大增加了芯片的面積和成本，這種匹配方式使用十分有限。
[0004] 因此，如果能夠采用一種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)很寬頻帶范圍的阻抗匹配，這對(duì)整個(gè) 低噪聲放大器的設(shè)計(jì)將帶來很大優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何在不影響增益和噪聲的情況下改善寬帶低噪 聲放大器的輸入匹配特性，而提供一種寬帶低噪聲放大器。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種寬帶低噪聲放大器，由共源結(jié)構(gòu)MOS管M1、共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2、輸入匹配電容 C1、接地電容C2、輸出匹配電容C3、第一電感L1、第二電感L2、第一電阻R1、第二電阻R2以 及第三電阻R3組成。共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml的漏極與共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2的漏極相連。共源 結(jié)構(gòu)MOS管Ml的柵極與第一電阻Rl和第一電感Ll的一端連接。第一電感Ll的另一端與 射頻信號(hào)輸入端口Vin和輸入匹配電容Cl的一端連接。輸入匹配電容Cl的另一端連接到 地。第一電阻Rl的另一端連接第一偏置電壓Vbl。共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2的柵極同時(shí)與第二 電阻R2和接地電容C2的一端相連。接地電容C2的另一端接地。第二電阻R2的另一端連 接第二偏置電壓Vb2。共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml的源極接地。共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2的漏極與輸出 匹配電容C3和第二電感L2的一端相連。第二電感L2的另一端與第三電阻R3 -端相連。 第三電阻R3的另一端與外部電源連接。輸出匹配電容C3的另一端連接到信號(hào)輸出端口 Vout0
[0008] 上述方案中，共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml和共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2均為NMOS管。
[0009] 上述方案中，輸入匹配電容Cl的電容值的取值范圍為0. 1-0. 7pF。
[0010] 上述方案中，輸入匹配電容Cl的電感值最好為0.36pF。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：
[0012] 1、采用采用電流復(fù)用技術(shù)，放大器的功耗低。
[0013] 2、輸入匹配結(jié)構(gòu)只采用了兩個(gè)元件，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，芯片尺寸小，成本低，不僅能 夠有效的提供寬頻帶匹配，還有較低的噪聲，滿足了現(xiàn)在多模多段無(wú)線通信系統(tǒng)中寬頻帶 應(yīng)用需求。
【附圖說明】
[0014] 圖1為一種寬帶低噪聲放大器的電路圖。
[0015] 圖2為圖1所示寬帶低噪聲放大器電路的輸入匹配與工作頻率的關(guān)系特性曲線 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地描述。
[0017] -種寬帶低噪聲放大器，如圖1所示，采用共源共柵結(jié)構(gòu)，主要由共源結(jié)構(gòu)MOS管 M1，共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2,輸入匹配電容C1，接地電容C2,輸出匹配電容C3,第一電感L1，第二 電感L2,第一電阻Rl，第二電阻R2以及第三電阻R3組成。其中，共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml和共 柵結(jié)構(gòu)MOS管M2均為NMOS管。
[0018] 共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml的柵極與第一電阻Rl和第一電感Ll的一端連接。第一電感 Ll的另一端與射頻信號(hào)輸入端口Vin和輸入匹配電容Cl的一端連接。輸入匹配電容Cl的 另一端連接到地。第一電阻Rl的另一端連接第一偏置電壓Vbl。共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2的柵 極同時(shí)與第二電阻R2和接地電容C2的一端相連。接地電容C2的另一端接地。第二電阻 R2的另一端連接第二偏置電壓Vb2。由于共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml和共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2共用同 一路靜態(tài)偏置電流，這樣不增加電流，而使電路增益疊加，實(shí)現(xiàn)了電流復(fù)用，此外還能降低 電路的功耗。
[0019] 共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml的漏極與共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2的漏極相連。共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml 的源極接地。共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2的漏極與輸出匹配電容C3和第二電感L2的一端相連。第 二電感L2的另一端與第三電阻R3-端相連。第三電阻R3的另一端與外部電源連接。輸 出匹配電容C3的另一端連接到信號(hào)輸出端口Vout。由于共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2的漏極連接的 第二電感L2與第三電阻R3構(gòu)成并聯(lián)峰化結(jié)構(gòu)，因而能有效提高電路的帶寬。同時(shí)，第二電 感L2、第三電阻R3和輸出匹配電容C3構(gòu)成寬帶低噪聲放大器的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，完成電 路的輸出阻抗匹配。
[0020] 共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml與共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2構(gòu)成共源共柵結(jié)構(gòu)，采用該電路結(jié)構(gòu)能有 效抑制輸出與輸入信號(hào)之間的饋通，提高電路的反向隔離度，同時(shí)改善電路增益和穩(wěn)定性。
[0021] 輸入匹配電容C1、第一電感Ll與共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml的柵極和源極之間的寄生電 阻1^構(gòu)成所述寬帶低噪聲放大器的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，輸入匹配阻抗經(jīng)過外推計(jì)算得到， 計(jì)算公式如（1)
[0023] 其中，rQ1是共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml的柵極和源極之間的寄生電阻，Cgs是共源結(jié)構(gòu)MOS 管Ml的柵極和源極之間的寄生電容。
[0024] 根據(jù)上面公式（1)，可以看到通過適當(dāng)選擇第一電感Ll與輸入匹配電容Cl的值， 即可實(shí)現(xiàn)寬頻帶范圍的輸入50Q阻抗匹配。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，輸入匹配電容Cl的 電容值為〇. 1-0. 7pF。輸入匹配電容Cl的電容值為0. 36pF。
[0025] 以上是本發(fā)明所述的寬帶低噪聲放大器的詳細(xì)描述。本發(fā)明通過有效利用共源 MOS晶體管的漏極與源極之間的寄生電阻和在輸入端口與地之間增加一個(gè)輸入匹配電容， 并折中優(yōu)化其電容值來改善輸入匹配特性。本發(fā)明實(shí)施例的有益效果包括：它輸入匹配網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只采用了兩個(gè)額外器件就有效提高了輸入阻抗匹配特性，而輸入匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)對(duì)電路的其它性能如噪聲，增益等方面幾乎沒有影響，使得能夠從整體上優(yōu)化寬帶低噪 聲放大器的性能。
[0026] 圖2所示為本寬帶低噪聲放大器的輸入阻抗匹配與工作頻率的關(guān)系特性曲線?？v 坐標(biāo)表示輸入反射系數(shù)S11,單位是dB，橫坐標(biāo)表示工作頻率，單位GHz.從圖2可以看出， 本發(fā)明寬帶低噪聲放大器在0-3GHZ頻率范圍內(nèi)的輸入反射系數(shù)SI1均小于-10dB，即該放 大器可工作于〇-3GHz的寬頻率范圍內(nèi)。
[0027] 需要說明的是，盡管以上本發(fā)明所述的實(shí)施例是說明性的，但這并非是對(duì)本發(fā)明 的限制，因此本發(fā)明并不局限于上述【具體實(shí)施方式】中。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，凡是 本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下獲得的其它實(shí)施方式，均視為在本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種寬帶低噪聲放大器，其特征在于：由共源結(jié)構(gòu)MOS管M1、共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2、輸 入匹配電容C1、接地電容C2、輸出匹配電容C3、第一電感L1、第二電感L2、第一電阻R1、第 二電阻R2以及第三電阻R3組成； 共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml的漏極與共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2的漏極相連； 共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml的柵極與第一電阻Rl和第一電感Ll的一端連接；第一電感Ll的 另一端與射頻信號(hào)輸入端口 Vin和輸入匹配電容Cl的一端連接；輸入匹配電容Cl的另一 端連接到地；第一電阻Rl的另一端連接第一偏置電壓Vbl ; 共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2的柵極同時(shí)與第二電阻R2和接地電容C2的一端相連；接地電容C2 的另一端接地；第二電阻R2的另一端連接第二偏置電壓Vb2 ; 共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml的源極接地； 共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2的漏極與輸出匹配電容C3和第二電感L2的一端相連；第二電感 L2的另一端與第三電阻R3 -端相連；第三電阻R3的另一端與外部電源連接；輸出匹配電 容C3的另一端連接到信號(hào)輸出端口 Vout。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶低噪聲放大器，其特征在于：共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml和 共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2均為NMOS管。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種寬帶低噪聲放大器，其特征在于：輸入匹配電容Cl 的電容值的取值范圍為〇. IpF~0. 7pF。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種寬帶低噪聲放大器，其特征在于：輸入匹配電容Cl的電 容值為〇? 36pF。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種寬帶低噪聲放大器，其采用共源共柵結(jié)構(gòu)，包括共源結(jié)構(gòu)MOS管M1、共柵結(jié)構(gòu)MOS管M2、輸入匹配電容C1、接地電容C2、輸出匹配電容C3、第一電感L1、第二電感L2、第一電阻R1、第二電阻R2以及第三電阻R3。其中輸入匹配電容、第一電感和共源級(jí)MOS晶體管的柵極與源極之間的寄生電阻一起構(gòu)成放大器的輸入匹配結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過利用共源級(jí)MOS晶體管的漏極與源極之間的寄生電阻和在輸入端口與地之間增加的輸入匹配電容，能有效改善電路的輸入匹配特性。本發(fā)明的寬帶低噪聲放大器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗低，集成度高，適用于低功耗寬頻帶應(yīng)用。
【IPC分類】H03F1/42, H03F1/26
【公開號(hào)】CN104967411
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510416267
【發(fā)明人】岑明燦, 宋樹祥, 蔡超波
【申請(qǐng)人】廣西師范大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請(qǐng)日】2015年7月15日