一種線(xiàn)性化寬帶低噪聲放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于集成電路領(lǐng)域，尤其涉及一種低噪聲放大器設(shè)計(jì)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 今天，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)變得越來(lái)越普及。對(duì)應(yīng)地，對(duì)寬帶射頻收發(fā)前端的研發(fā)變得 日益迫切。低噪聲放大器作為接收鏈路的最前端，其噪聲特性至關(guān)重要，這意味著在寬帶內(nèi) 的噪聲優(yōu)化難題有待解決。此外，低噪聲的獲得也不能用大功耗來(lái)交換，因?yàn)榈凸囊恢笔?芯片設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)。同時(shí)寬帶接收又存在著大量帶內(nèi)干擾的信號(hào)，使得接收機(jī)進(jìn)入飽 和狀態(tài)，產(chǎn)生非線(xiàn)性失真。為了獲得好的抗阻塞干擾能力，寬帶低噪放的線(xiàn)性度也需要加以 提尚。
[0003] 在過(guò)去的十年里，有大量低噪聲放大器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提出。其中，如圖1所示，電容 交叉親合共概低噪聲放大器（Zhuo，W. ;Li，X. ;Shekhar，S. ;Embabi，S.H.K.Acapacitor cross-coupledcommon-gatelow-noiseamplifier,IEEETransactionsonCircuits andSystemsII:ExpressBriefs,Vol: 52,no. 12pp:875 - 879, 2005) -經(jīng)提出便得到業(yè) 界的廣泛關(guān)注和應(yīng)用。采用共柵級(jí)輸入結(jié)構(gòu)具備天然的寬帶特征，電容交叉耦合連接又以 反饋的方式提升了等效輸入小信號(hào)跨導(dǎo)，節(jié)約了功耗。在噪聲路徑上也存在著熱噪聲的 部分抵消效果，使得噪聲底限由l+γ降低為1+0. 5γ。不過(guò)其線(xiàn)性度特性卻一直有待提 升。另一方面，其后有研究者創(chuàng)新性地使用多個(gè)晶體管并聯(lián)方法，來(lái)改善共柵低噪聲放大 器線(xiàn)性度（Τ.W.Kim,Acommon-gateamplifierwithtransconductancenonlinearity cancellationanditshigh-frequencyanalysisusingtheVolterraseries,IEEE Trans.Microw.TheoryTech.，vol. 57,no. 6,pp. 1461 - 1469,Jun. 2009.)。其核心思想在于 通過(guò)使用工作在弱反型的輔助晶體管的非線(xiàn)性來(lái)抵消主路徑晶體管的非線(xiàn)性，但是該方法 有著容易受到工藝偏差的影響和對(duì)于偏置條件的敏感性。
[0004] 幸運(yùn)的是，近來(lái)有報(bào)道提出圖2所示的雙電容交叉耦合反饋的共柵級(jí)輸入低噪聲 放大器結(jié)構(gòu)（H.G.Han，D.H.Jung，andT.W.Kim，"A2.88mW+9.06dBmIIP3Common-GateLNA WithDualCross-CoupledCapacitiveFeedback,'，IEEETransactionsonMicrowave TheoryandTechniques,vol. 63,no. 3,pp. 1019 - 1025,Mar. 2015.)。這個(gè)方案按棄了之前 大多數(shù)研究圍繞晶體管本身的非線(xiàn)性?xún)?yōu)化提升思路，轉(zhuǎn)而使用了負(fù)反饋的思路來(lái)增加電路 的環(huán)路增益，起到線(xiàn)性度的提升。同時(shí)，研究者也發(fā)現(xiàn)，電容交叉耦合除了可以降低共柵晶 體管的噪聲輸出之外，還可以對(duì)放大器的二階非線(xiàn)性分量抵消。這樣因?yàn)槎A非線(xiàn)性反饋 引發(fā)的IP3線(xiàn)性度退化得以有效避免。該研究取得了優(yōu)越的噪聲性能，以及良好的線(xiàn)性特 性。但是也注意到該電路結(jié)構(gòu)有著若干局限性：①輸入輸出直接通過(guò)電容的耦合，存在相 關(guān)聯(lián)動(dòng)，使得電路增益和匹配調(diào)諧變得困難。②負(fù)載使用電感電阻的并聯(lián)組合，占用芯片面 積，也不利于取得寬帶工作特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種線(xiàn)性化寬帶低噪聲放大器，采用有源交叉 耦合反饋使放大器具有良好的線(xiàn)性度；并且有源交叉耦合反饋的反饋隔離使得放大器增益 具備寬帶特點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種線(xiàn)性化寬帶低噪聲放大器，包括：第一輸入匹配級(jí)、第 二輸入匹配級(jí)、第一共柵級(jí)、第二共柵級(jí)、第一有源反饋級(jí)、第二有源反饋級(jí)、第一負(fù)載級(jí)、 第二負(fù)載級(jí)、第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端以及第二輸出端；
[0007] 所述第一輸入端與第一輸入匹配級(jí)的&。端相連，所述第一輸入匹配級(jí)的Di。端接 地，所述第一輸入匹配級(jí)的隊(duì)。端與第一共柵級(jí)的An端相連，所述第一共柵級(jí)的Bn端與第 一輸出端相連，所述第一共柵級(jí)的Dn端與第二輸入匹配級(jí)的B2。端相連；所述第一負(fù)載級(jí) 的第一端與第一輸出端相連，所述第一負(fù)載級(jí)的第二端接電源VDD，所述第一有源反饋級(jí)的 A12端接電源VDD，所述第一有源反饋級(jí)的B12端與第一輸出端相連，所述第一有源反饋級(jí)的 E12端與第二輸入匹配級(jí)的B2。端相連，所述第一有源反饋級(jí)的D12端接地；
[0008] 所述第二輸入端與第二輸入匹配級(jí)的A2。端相連，所述第二輸入匹配級(jí)的D2。端接 地，所述第二輸入匹配級(jí)的B2。端與第二共柵極的A21端相連，所述第二共柵級(jí)的B21端與第 二輸出端相連，所述第二共柵級(jí)的D21端與第一輸入匹配級(jí)的Bi。端相連；所述第二負(fù)載級(jí) 的第一端與第二輸出端相連，所述第二負(fù)載級(jí)的第二端接電源VDD，所述第二有源反饋級(jí)的 A22端接電源VDD，所述第二有源反饋級(jí)的B22端與第二輸出端相連，所述二有源反饋級(jí)的E22 端與第一輸入匹配級(jí)的隊(duì)。端相連，所述第二有源反饋級(jí)的D22端接地。
[0009] 進(jìn)一步地，所述第一輸入匹配級(jí)包括：電感Q、電感LS1，電容Q，所述電感Q的第 一端與電容Q的第一端相連，共同作為第一輸入匹配級(jí)的Ai。端；所述電感Li的第二端與 電感LS1的第一端相連，共同作為第一輸入匹配級(jí)的B1(]端；所述電容C屈第二端與電感LS1 的第二端相連，共同作為第一輸入匹配級(jí)的Di。端，所述Di。端接地。
[0010] 進(jìn)一步地，所述第一共柵極包括：NM0S晶體管I以及第一耦合電容，所述NM0S晶 體管吣的漏極作為第一共柵極的Bn端，所述NM0S晶體管Mi的源極作為第一共柵極的A^ 端，所述NM0S晶體管1的柵極與第一親合電容的第一端相連，第一親合電容的第二端作為 第一共柵極的Dn端。
[0011] 進(jìn)一步地，所述第一有源反饋級(jí)包括：NM0S晶體管Mnl、PM0S晶體管Mpl以及第一反 饋電容，所述NM0S晶體管Mnl的漏極作為第一有源反饋級(jí)的A12端，所述NM0S晶體管Μnl的 柵極與PM0S晶體管Mpl的柵極相連，共同作為第一有源反饋級(jí)的B12端，所述PM0S晶體管 Mpl的漏極作為第一有源反饋級(jí)的D12端，所述NM0S晶體管Μnl的源極與PM0S晶體管Μpl的 源極均與第一反饋電容的第一端相連，所述第一反饋電容的第二端作為第一有源反饋級(jí)的 E12 端。
[0012] 進(jìn)一步地，所述第二輸入匹配級(jí)包括：電感L2、電感LS2，電容C2，所述電感L2的第 一端與電容C2的第一端相連，共同作為第二輸入匹配級(jí)的A2。端；所述電感L2的第二端與 電感LS2的第一端相連，共同作為第二輸入匹配級(jí)的B2。端；所述電容C2的第二端與電感LS2 的第二端相連，共同作為第二輸入匹配級(jí)的D2。端，所述D2。端接地。
[0013] 進(jìn)一步地，所述第二共柵極包括：NM0S晶體管M2以及第二耦合電容，所述NM0S晶 體管M2的漏極作為第二共柵極的B21端，所述NM0S晶體管Μ2的源極作為第二共柵極的A21 端，所述NM0S晶體管％的柵極與第二耦合電容的第一端相連，第二耦合電容的第二端作為 第一二共柵極的D21端。
[0014] 進(jìn)一步地，所述第二有源反饋級(jí)包括：NM0S晶體管Mn2、PM0S晶體管Μρ2&及第二 反饋電容，所述NM0S晶體管此2的漏極作為第二有源反饋級(jí)的A22端，所述NM0S晶體管Μη2 的柵極與PM0S晶體管Μρ2的柵極相連，共同作為第二有源反饋級(jí)的Β22端，所述PM0S晶體 管1?2的漏極作為第二有源反饋級(jí)的D22端，所述NM0S晶體管Μη2的源極與PM0S晶體管Μρ2 的源極均與第二反饋電容的第一端相連，所述第二反饋電容的第二端作為第二有源反饋級(jí) 的Ε22端。
[0015] 進(jìn)一步地，所述第一有源反饋級(jí)還包括電容Cn以及電容C12，所述電容Cn第一端 與第一輸出端相連，所述電容Cn第二端與NM0S晶體管Mnl的柵極相連，所述電容C12第一端 與第一輸出端相連，所述電容C12第二端與PM0S晶體管Μpl的柵極相連。
[0016] 進(jìn)一步地，所述第二有源反饋級(jí)還包括電容C21以及電容C22，所述電容C21第一端 與第二輸出端相連，所述電容C21第二端與NM0S晶體管Mn2的柵極相連，所述電容C22第一端 與第二輸出端相連，所述電容C22第二端與PM0S晶體管Μp2的柵極相連。
[0017] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的一種線(xiàn)性化寬帶低噪聲放大器，由兩部分對(duì)稱(chēng)電路 構(gòu)成，兩部分電路均包括：輸入匹配級(jí)、共柵級(jí)、有源反饋級(jí)、負(fù)載級(jí)；該放大器為差分輸 入/輸出結(jié)構(gòu)，射頻信號(hào)Vin+/輸入后，經(jīng)輸入匹配寬帶濾波，被共柵晶體管轉(zhuǎn)化為電流信 號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大后在負(fù)載級(jí)