專利名稱：具有低噪聲、高隔離偏壓電路的低噪聲放大器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及低噪聲放大器，更具體地說，涉及具有低噪聲、高隔離偏壓電路的低噪聲放大器。
背景技術(shù)：
低噪聲放大器(LNA)在通信系統(tǒng)中用來對接收信號進行放大，這些接收信號的信號強度通常非常弱。正如本發(fā)明的名稱所示，LNA最重要的性能要素之一是由LNA引入到放大信號中的噪聲量。
典型的具有n溝道輸出晶體管的LNA包括這樣的偏壓電路，該偏壓電路通過偏壓信號路徑向n溝道輸出晶體管提供偏壓信號。由LNA引入的噪聲量用噪聲系數(shù)度量。LNA的噪聲系數(shù)數(shù)學表示為NF=10log(SiSo),]]>其中Si是輸入信噪比，So是輸出信噪比。因此，在LNA的輸入處加入的外部噪聲使Si下降，因而降低了LNA的NF。因此，使輸入處的噪聲成分最小化是很重要的，這些噪聲成分主要歸因于偏壓電路。
一種使在LNA的輸入處源于偏壓電路的噪聲成分最小化的技術(shù)是在偏壓信號路徑和地之間設置電容器，以使偏壓信號路徑中的某些噪聲分流到地。這種分流電容器的作用取決于其尺寸。然而，由于在其上制作LNA的集成電路上面積有限，所以在LNA中設置高效的分流電容器是不實際的。
另一種技術(shù)是在源和n溝道輸出晶體管之間的偏壓信號路徑上設置電阻器，該電阻器幫助把偏壓電路的噪聲與LNA的輸入隔離。然而，偏壓信號路徑中的大電阻器將降低LNA的大信號性能，例如，減少飽和輸出功率。另外，偏壓信號路徑中的大電阻器也會在LNA的輸入處產(chǎn)生噪聲，這是由于電阻器所導致的噪聲與其電阻值成正比。也可以用電感器替換電阻器，但是在較低頻率(例如，2GHz)處所需要的電感會要求大過實際可能性的電感器。此外，這種電感器會大大增加串聯(lián)電阻，并且因此會在LNA輸入處引入噪聲。
考慮到這些問題，需要一種LNA和方法，用于放大輸入信號，該輸入信號減少了由LNA的偏壓電路引入的噪聲，而又不影響LNA的信號性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種用于放大輸入信號的低噪聲放大器和方法，該放大器和方法使用連接在輸出晶體管和偏壓電路之間的具有電感和電容的高阻抗電子元件，以提供偏壓電路和輸出晶體管之間的噪聲隔離。該高阻抗電子元件所提供的噪聲隔離減少引入到輸出信號中的偏壓電路噪聲量。在一種實施方式中，高阻抗電子元件包括并聯(lián)的電感器和電容器。在另一種實施方式中，高阻抗電子元件包括接地傳輸線。
根據(jù)本發(fā)明實施方式的低噪聲放大器包括接收輸入信號的輸入端；輸出輸出信號的輸出端，該輸出信號是輸入信號放大后的信號；連接在第一電壓接頭和第二電壓接頭之間的偏壓電路；連接在第一電壓接頭和第二電壓接頭之間的輸出晶體管，所述輸出端連接到該輸出晶體管；連接在偏壓電路和輸出晶體管的控制接頭之間的偏壓信號路徑，所述輸入端連接到該偏壓信號路徑；和位于偏壓信號路徑中的具有電感和電容的高阻抗電子元件。高阻抗電子元件提供偏壓電路和所述輸入端之間的噪聲隔離，以減少輸出信號中的噪聲。
根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于放大輸入信號的方法包括提供輸出晶體管和連接到該輸出晶體管的控制接頭的偏壓電路；在偏壓電路和輸出晶體管之間提供具有電感和電容的高阻抗電子元件，該高阻抗電子元件提供偏壓電路和輸出晶體管之間的噪聲隔離，以減少引入到輸出晶體管中的噪聲；在輸出晶體管的控制接頭處接收輸入信號；和使用輸出晶體管放大輸入信號以產(chǎn)生輸出信號。
結(jié)合作為本發(fā)明原理的示例圖示的附圖，從下面的詳細描述中，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點將變清楚。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的低噪聲放大器(LNA)，該低噪聲放大器具有由并聯(lián)的電感器和電容器組成的高阻抗電子元件。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一種實施方式的圖1的LNA，但是該LNA具有由接地傳輸線組成的高阻抗電子元件。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明替換實施方式的圖2的LNA，但是該LNA具有串聯(lián)的電感器和電容器。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施方式用于放大輸入信號的方法的過程流程圖。
具體實施例方式
參考圖1，描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的低噪聲放大器(LNA)100。在工作中，LNA 100在其輸入端102接收諸如射頻(RF)信號之類的信號，放大這些輸入信號，將放大后的信號作為輸出信號從輸出端104發(fā)送出去，同時將由LNA引入到輸出信號中的噪聲量最小化。LNA 100在偏壓電路108和輸出晶體管110之間使用具有電感和電容的高阻抗電子元件106，以減少在輸出晶體管110的控制接頭(例如，柵極)處引入的噪聲量。因此，相對于其他可比的傳統(tǒng)LNA，LNA 100的噪聲系數(shù)(NF)提高了。
在圖1的實施方式中，LNA 100包括在電壓接頭114和電壓接頭116之間連接的電感器112和輸出晶體管110。電壓接頭114連接到電源電壓Vdd，而電壓接頭116連接到地。電感器112連接在電壓接頭114和輸出晶體管110之間。這樣，電源電壓通過電感器112被提供給輸出晶體管110。輸出晶體管110連接到輸入端102和輸出端104。輸出晶體管110充當放大器件來放大在輸入端102處接收到的信號，并且將輸出信號傳送到輸出端104。輸出晶體管110可以是n溝道晶體管，例如場效應晶體管(FET)，在這里被描述為FET。然而，輸出晶體管110也可以是另一種類型的晶體管。輸出FET 110的漏極連接到電感器112，而輸出FET的源極連接到地116。輸出FET 110的柵極連接到輸入端102，其用來接收將由LNA 100放大的輸入信號。輸出FET 110的漏極連接到輸出端104，其用來從LNA 100輸出輸出信號。
LNA 100還包括偏壓電路108、電容器118、可選電阻器120和高阻抗電子元件106。偏壓電路108連接到輸出FET 110的柵極，以向輸出FET提供偏壓信號。偏壓電路108連接在電源電壓接頭114和地116之間。在本實施方式中，偏壓電路108包括串聯(lián)連接的電阻器122和晶體管124(例如，F(xiàn)ET)，以在連接到晶體管124的柵極的節(jié)點125處提供參考電壓。電阻器122連接在電源電壓接頭114和晶體管124之間。晶體管124的柵極連接到晶體管124的漏極。晶體管124的柵極也通過偏壓信號路徑126連接到輸出FET 110的柵極，偏壓信號路徑126是用來從偏壓電路108向輸出FET 110提供偏壓信號的供給線路。
電容器118連接在偏壓信號路徑126上節(jié)點125和電壓接頭116(即，地)之間，以將偏壓信號路徑中的某些噪聲分流到地。這樣，就防止了偏壓電路108的某些噪聲到達輸出FET 110的柵極，如果這些噪聲到達了輸出FET 110的柵極，則它就可能被放大，并且增大在輸出端104處的輸出信號中的噪聲?？蛇x電阻器120位于偏壓信號路徑126中，以幫助把偏壓電路108的噪聲與LNA 100的輸入端102隔離。電阻器120是可選的，這是由于在LNA 100中包括了高阻抗電子元件106，該高阻抗電子元件106在偏壓電路108和LNA的輸入端102之間提供了有效噪聲隔離。然而，可以在LNA 100中包括電阻器120來進一步提高偏壓電路108和LNA的輸入端102之間的噪聲隔離。作為示例，如果可選電阻器120被包括在LNA 100中，則該電阻器可以具有在可比的傳統(tǒng)LNA中類似電阻器的20％到30％的電阻值。
類似于可選電阻器120，高阻抗電子元件106也位于偏壓信號路徑126中。如上所述，高阻抗電子元件106提供高阻抗來把偏壓電路108的噪聲與LNA 100的輸入端102隔離。高阻抗電子元件106具有電感和電容來提供高阻抗。
在本發(fā)明的實施方式中，高阻抗電子元件106由電感器128和電容器130組成，如圖1所示。電感器128和電容器130并聯(lián)在偏壓信號路徑126中。可以選擇電感器128的電感值和電容器130的電容值以在感興趣的頻率處諧振，以提供從LNA 100的輸入端102到偏壓電路108的晶體管124的柵極之間的高阻抗。這樣，偏壓電路108的噪聲與LNA 100的輸入端102被隔離來提高LNA的NF。電感器128和電容器130也形成阻抗匹配電路，該阻抗匹配電路使輸入阻抗與輸出FET 110的柵極相匹配。
在本發(fā)明的另一種實施方式中，高阻抗電子元件106由接地傳輸線202組成，如圖2所示。該接地傳輸線202具有電感和電容，以提供從LNA 100的輸入端102到偏壓電路108的晶體管124的柵極之間的高阻抗。接地傳輸線202的阻抗的最優(yōu)值由輸出FET 110的輸入阻抗來確定。一般來說，接地傳輸線202的阻抗較大能提供更好的隔離和噪聲性能。
在本發(fā)明的替換實施方式中，如圖3所示，分流電容器118被用在偏壓信號路徑126中的節(jié)點125和地116之間串聯(lián)的電容器304和電感器306替換?？梢赃x擇電容器304的電容值和電感器306的電感值以在感興趣的頻率處產(chǎn)生串聯(lián)諧振。這使得電容器304的電容值能夠小于圖1和圖2中的分流電容器118的電容值。因此，在替換實施方式中，可以將較小尺寸的電容器用作電容器304，節(jié)省在其上制作LNA 100的集成電路上的面積。
如圖1和圖3所示，LNA 100還包括在輸入端102上的輸入電容器132和在輸出端104上的輸出電容器134。電容器132和134用來有選擇地允許感興趣頻率的信號傳輸通過LNA 100的輸入端102和輸出端104。
根據(jù)本發(fā)明不同實施方式的LNA 100的設計相對于其他可比的傳統(tǒng)LNA提高了LNA 100的NF。在不損害大信號性能和LNA的增益的情況下，LNA 100的NF提高大約為最小NF降低的0.2dB?？紤]到典型LNA的NF大約為0.7dB量級，這種提高是相當可觀的。
參考圖4的過程流程圖描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的放大輸入信號的方法。在框402中，提供輸出晶體管和連接到該輸出晶體管的控制接頭的偏壓電路。作為示例，輸出晶體管可以是n溝道FET。接下來，在框404中，在偏壓電路和輸出晶體管之間提供具有電感和電容的高阻抗電子元件。高阻抗電子元件提供偏壓電路和輸出晶體管之間的噪聲隔離以減少引入到輸出晶體管中的噪聲量。接下來，在框406中，在輸出晶體管的控制接頭處接收輸入信號。接下來，在框408中，使用輸出晶體管來放大接收到的輸入信號以產(chǎn)生輸出信號。
盡管已描述并圖示了本發(fā)明的具體實施方式
，但是本發(fā)明不是要受限于所描述和圖示的各部分的特定形式和布置。本發(fā)明的范圍應由所附權(quán)利要求和它們的等同物定義。
權(quán)利要求
1.一種低噪聲放大器，包括接收輸入信號的輸入端；輸出輸出信號的輸出端，所述輸出信號是所述輸入信號放大后的信號；連接在第一電壓接頭和第二電壓接頭之間的偏壓電路；連接在所述第一電壓接頭和所述第二電壓接頭之間的輸出晶體管，所述輸出端連接到所述輸出晶體管；連接在所述偏壓電路和所述輸出晶體管的控制接頭之間的偏壓信號路徑，所述輸入端連接到所述偏壓信號路徑；和位于所述偏壓信號路徑中的具有電感和電容的高阻抗電子元件，所述高阻抗電子元件提供所述偏壓電路和所述輸入端之間的噪聲隔離，以減少所述輸出信號中的噪聲。
2.如權(quán)利要求1所述的低噪聲放大器，其中，所述輸出晶體管是n溝道場效應晶體管。
3.如權(quán)利要求1所述的低噪聲放大器，其中，所述高阻抗電子元件包括在所述偏壓信號路徑中并聯(lián)的電感器和電容器。
4.如權(quán)利要求3所述的低噪聲放大器，還包括在所述偏壓信號路徑中與所述高阻抗電子元件串聯(lián)的電阻器。
5.如權(quán)利要求1所述的低噪聲放大器，其中，所述高阻抗電子元件包括所述偏壓信號路徑中的接地傳輸線。
6.如權(quán)利要求5所述的低噪聲放大器，還包括串聯(lián)在所述偏壓信號路徑中的一個節(jié)點和所述第二電壓接頭之間的電感器和電容器，所述偏壓電路在所述節(jié)點處提供參考電壓。
7.如權(quán)利要求1所述的低噪聲放大器，其中，所述偏壓電路包括串聯(lián)在所述第一電壓接頭和所述第二電壓接頭之間的電阻器和晶體管。
8.如權(quán)利要求1所述的低噪聲放大器，還包括連接在所述偏壓信號路徑中的一個節(jié)點和所述第二電壓接頭之間的電容器，所述偏壓電路在所述節(jié)點處提供參考電壓。
9.一種用于放大輸入信號的方法，所述方法包括提供輸出晶體管和連接到所述輸出晶體管的控制接頭的偏壓電路；在所述偏壓電路和所述輸出晶體管之間提供具有電感和電容的高阻抗電子元件，所述高阻抗電子元件提供所述偏壓電路和所述輸出晶體管之間的噪聲隔離，以減少引入到所述輸出晶體管中的噪聲；在所述輸出晶體管的所述控制接頭處接收所述輸入信號；以及使用所述輸出晶體管放大所述輸入信號以產(chǎn)生輸出信號。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述偏壓電路包括串聯(lián)在第一電壓接頭和第二電壓接頭之間的電阻器和晶體管。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述高阻抗電子元件包括并聯(lián)的電感器和電容器。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述高阻抗電子元件包括接地傳輸線。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括提供串聯(lián)在偏壓信號路徑中的一個節(jié)點和電壓接頭之間的電感器和電容器，所述偏壓信號路徑連接到所述偏壓電路和所述輸出晶體管，所述偏壓電路在所述節(jié)點處提供參考電壓。
14.一種低噪聲放大器，包括接收輸入信號的輸入端；輸出輸出信號的輸出端，所述輸出信號是所述輸入信號放大后的信號；連接在第一電壓接頭和第二電壓接頭之間的偏壓電路，所述偏壓電路包括串聯(lián)的電阻器和晶體管；連接在所述第一電壓接頭和所述第二電壓接頭之間的輸出晶體管，所述輸出端連接到所述輸出晶體管；連接在所述晶體管的控制接頭和所述輸出晶體管的控制接頭之間的偏壓信號路徑，所述輸入端連接到所述偏壓信號路徑；和位于所述偏壓電路和所述輸入端之間的所述偏壓信號路徑中的具有電感和電容的高阻抗電子元件，所述高阻抗電子元件提供所述偏壓電路和所述輸入端之間的噪聲隔離，以減少所述輸出信號中的噪聲。
15.如權(quán)利要求14所述的低噪聲放大器，其中，所述輸出晶體管是n溝道場效應晶體管。
16.如權(quán)利要求14所述的低噪聲放大器，其中，所述高阻抗電子元件包括在所述偏壓信號路徑中并聯(lián)的電感器和電容器。
17.如權(quán)利要求16所述的低噪聲放大器，還包括在所述偏壓信號路徑中與所述高阻抗電子元件串聯(lián)的電阻器。
18.如權(quán)利要求14所述的低噪聲放大器，其中，所述高阻抗電子元件包括所述偏壓信號路徑中的接地傳輸線。
19.如權(quán)利要求18所述的低噪聲放大器，還包括串聯(lián)在所述偏壓信號路徑中的一個節(jié)點和所述第二電壓接頭之間的電感器和電容器，所述偏壓電路在所述節(jié)點處提供參考電壓。
20.如權(quán)利要求14所述的低噪聲放大器，還包括連接在所述偏壓信號路徑中的一個節(jié)點和所述第二電壓接頭之間的電容器，所述偏壓電路在所述節(jié)點處提供參考電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于放大輸入信號的低噪聲放大器和方法，該放大器和方法使用連接在輸出晶體管和偏壓電路之間的具有電感和電容的高阻抗電子元件，以提供偏壓電路和輸出晶體管之間的噪聲隔離。該高阻抗電子元件提供的噪聲隔離減少引入到輸出信號中的偏壓電路噪聲量。在一種實施方式中，高阻抗電子元件包括并聯(lián)的電感器和電容器。在另一種實施方式中，高阻抗電子元件包括接地傳輸線。
文檔編號H03F1/26GK1767374SQ20051008739
公開日2006年5月3日 申請日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者于宏出, 祖拉法·哈薩·阿博若 申請人:安捷倫科技有限公司