專利名稱：寬帶低噪聲放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻接收機(jī)中的寬帶低噪聲放大器，尤其涉及一種負(fù)反饋的寬 帶匹配方法。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)的射頻接收機(jī)中，射頻信號(hào)經(jīng)天線接收之后，經(jīng)過頻帶選通濾 波器，而后進(jìn)入射頻接收機(jī)芯片。在射頻接收機(jī)芯片中，低噪聲放大器一般位于接 收機(jī)的最前段，實(shí)現(xiàn)良好的輸入阻抗匹配，同時(shí)提供適中的增益放大射頻信號(hào)，并 且抑制后級(jí)電路模塊對(duì)整個(gè)系統(tǒng)噪聲的貢獻(xiàn)。低噪聲放大器必須與片外濾波器實(shí)現(xiàn) 良好的阻抗匹配，理想情況下是提供一個(gè)50Q的純電阻，用于避免或降低信號(hào)傳輸 過程中的功率損耗,故輸入阻抗匹配是低噪聲放大器的一項(xiàng)關(guān)鍵問題.傳統(tǒng)的低噪聲放大器釆用帶有電感負(fù)反饋的共源放大器，使得負(fù)反饋電感和放 大器的輸入電容在輸入信號(hào)頻率處發(fā)生諧振，可以獲得良好的輸入匹配性能，但是 其工作帶寬受到電路諧振限制， 一般只能應(yīng)用于窄帶射頻接收機(jī)芯片。而且這種結(jié) 構(gòu)必須使用片上螺旋電感，占用很大的芯片面積，增大了成本。為了在寬帶范圍內(nèi)能夠得到良好的輸入匹配，目前廣泛應(yīng)用的寬帶低噪聲放大 器的匹配方法有 一是將一個(gè)50Q的電阻直接并聯(lián)在共源放大器的輸入端，二是采 用共柵輸入結(jié)構(gòu)，三是采用帶有并聯(lián)電阻反饋的共源結(jié)構(gòu)。將一個(gè)50Q的電阻直接并聯(lián)在一個(gè)共源放大器的輸入端，在不考慮寄生電阻的情況下可以實(shí)現(xiàn)50Q輸入阻抗，但是會(huì)使晶體管前的射頻信號(hào)衰減，而且會(huì)帶來自 身的熱噪聲，這使得電路一般具有一個(gè)比較高的噪聲系數(shù)。對(duì)于共柵輸入結(jié)構(gòu)，不考慮寄生電容，其輸入阻抗為<formula>formula see original document page 3</formula>，其中g(shù)m為晶體管的跨導(dǎo)，因此合適的選擇器件的尺寸和偏置電流，能夠在寬帶下實(shí)現(xiàn)50Q的阻抗 匹配，但是它的增益不高，無法良好的抑制后級(jí)電路噪聲。而且在特別是在短溝道 器件下，它的噪聲是相當(dāng)高的。帶有并聯(lián)電阻反饋的共源結(jié)構(gòu)能在寬帶下實(shí)現(xiàn)輸入匹配。但是其增益和噪聲性 能不佳。可以通過增大反饋電阻來克服，但是同時(shí)也帶來了功耗高的問題。差分結(jié)構(gòu)為了達(dá)到單端放大器相同的噪聲系數(shù)，其功耗是單端放大器的兩倍。但 是差分放大器能夠有效抑制共模干擾，而且能大幅提高線性度。所以在要求高的線 性度，而功耗要求不是特別嚴(yán)格的情況下，使用差分結(jié)構(gòu)是不錯(cuò)的選擇。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種應(yīng)用 于射頻接收機(jī)芯片的寬帶低噪聲放大器電路和一種寬帶匹配方法。采用并聯(lián)一并聯(lián) 電阻負(fù)反饋技術(shù)，把交流反饋和直流偏置功能結(jié)合在一起，在不影響電路噪聲和增 益性能的情況下，實(shí)現(xiàn)寬帶輸入阻抗匹配，優(yōu)化電路的噪聲性能，同時(shí)使得直流工 作點(diǎn)更加穩(wěn)定。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的寬帶低噪聲放大器包括差分放大器單元、輸出單元、 反饋單元；其中差分放大器單元的正射頻信號(hào)輸入端用來輸入正射頻信號(hào)VtN+并接反饋單元的第一反饋輸出端，差分放大器單元的負(fù)射頻信號(hào)輸入端用來輸入負(fù)射 頻信號(hào)V^并接反饋單元的第二反饋輸出端；輸出單元的第一正輸出端用來輸出正 信號(hào)VouT+并接反饋單元的第一反饋輸入端，輸出單元的第二負(fù)輸出端用來輸出負(fù)信 號(hào)VouT.并接反饋單元的第二反饋輸入端；差分放大器單元的第一射頻信號(hào)輸出端接 輸出單元的第一信號(hào)輸入端，差分放大器單元的第二射頻信號(hào)輸出端接輸出單元的 第二信號(hào)輸入端。所述的差分放大器單元的左半邊電路和右半邊電路都采用共源共柵結(jié)構(gòu)，提高 增益和反相隔離度，減少密勒效應(yīng)的影響，擴(kuò)展帶寬。所述的差分放大器單元的第五輸入晶體管的源極帶有第七負(fù)反饋電阻，第六輸 入晶體管的源極帶有第八負(fù)反饋電阻，用以提高線性度，擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。所述的輸出單元釆的第一輸出晶體管和第二輸出晶體管都采用源極跟隨器結(jié) 構(gòu)，增加反相隔離，提供輸出匹配。所述的反饋單元包括第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器、第四電阻器、第 一電容、第二電容、第一晶體管、第二晶體管、以及地端；所述的反饋電路釆用并聯(lián)一并聯(lián)負(fù)反饋類型，結(jié)合了為輸入管提供直流電壓偏置和交流反饋的功能，第一 晶體管和第二晶體管上的直流壓降分別為差分放大器單元的正負(fù)輸入端的第五輸入晶體管、第六輸入晶體管提供直流電壓偏置；第三電阻第四電阻通過交流反饋機(jī)制 為此低噪聲放大器提供輸入匹配；第一電容和第二電容用以補(bǔ)償晶體管的寄生電容， 擴(kuò)展帶寬。差分放大器單元10用來放大接收的輸入射頻信號(hào)，輸出單元20緊接差分放大 器輸出信號(hào)，減小輸出阻抗，實(shí)現(xiàn)輸出匹配。本發(fā)明的突出特點(diǎn)是使用跨接在輸入 和輸出之間的反饋單元30，通過并聯(lián)一并聯(lián)負(fù)反饋減小電路的輸入阻抗，實(shí)現(xiàn)寬帶 的輸入阻抗匹配，優(yōu)化低噪聲放大器的噪聲性能，同時(shí)反饋單元為輸入管提供直流 偏置，將交流反饋和直流偏置功能結(jié)合在一起。在差分放大器單元10中，第五輸入晶體管105的柵極用來輸入正射頻信號(hào) VIN+，第六輸入晶體管106的柵極用來輸入負(fù)射頻信號(hào)VIN-。第五輸入晶體管105 的漏極接第三共柵晶體管103的源極，第六輸入晶體管106的漏極接第四共柵晶體 管104的源極，組成兩對(duì)共源共柵結(jié)構(gòu)。第三共柵晶體管103和第四共柵晶體管104 的柵極接第三偏置電壓Vbias3。第三共柵晶體管103的漏極接第一負(fù)載電阻器101 的一端，第一負(fù)載電阻器101的另一端接電源。第四共柵晶體管104的漏極接第二 負(fù)載電阻器102的一端，第二負(fù)載電阻器102的另一端接電源。第五輸入晶體管105 的源極接第七負(fù)反饋電阻器107的一端，第七負(fù)反饋電阻器107的另一端接第九晶 體管109的漏極，第六輸入晶體管106的源極接第八負(fù)反饋電阻器108，第八負(fù)反饋 電阻器108的另一端接第九晶體管109的漏極。第九晶體管109的漏極的柵極接第 一偏置電壓Vbiasl，源極接第十反饋電阻器110的一端，第十反饋電阻器110的另 一端接地。差分放大器單元10的第一射頻信號(hào)輸出端A3為第四共柵晶體管104的 漏極，第二射頻信號(hào)輸出端A4為第三共柵晶體管103的漏極。在輸出單元20中，包括第二輸出晶體管202和第一輸出晶體管201，組成的兩 個(gè)源極跟隨器。第一輸出晶體管201的柵極為輸出單元20的第一信號(hào)輸入端Bl， 源極為輸出單元20的第一正輸出端B3，漏極接電源。第二輸出晶體管202的柵極 為輸出單元的第二信號(hào)輸入端B2，源極為輸出單元的第二負(fù)輸出端B4，漏極接電源。在反饋單元30中，第二電阻器302，第二電容306和第四電阻器308串接成環(huán)， 第二電阻器302與第二電容306的連接點(diǎn)為反饋單元30的第一反饋輸入端Cl，第 二電容306與第四電阻器308的連接點(diǎn)為反饋單元30的第一反饋輸出端C3，第二 電阻器302與第四電阻器308的連接點(diǎn)接第二晶體管304的漏極。第一電阻器301 ， 第一電容305和第三電阻器307串接成環(huán)，第一電阻器301與第一電容305的連接點(diǎn)為反饋單元30的第二反饋輸入端C2，第一電容305與第三電阻器307的連接點(diǎn) 為反饋單元30的第二反饋輸出端C4，第一電阻器301與第三電阻器307的連接點(diǎn) 接第一晶體管303的漏極。第一晶體管303和第二晶體管304的柵極接第二偏置電 壓Vbias2，兩者源極接地。有益效果本實(shí)用新型的有益效果是，通過并聯(lián)一并聯(lián)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)寬帶 的輸入阻抗匹配，優(yōu)化低噪聲放大器的噪聲性能。并且將直流偏置和交流反饋結(jié)合 在一起實(shí)現(xiàn)，省去了直流偏置電路的設(shè)計(jì)，使得其直流工作點(diǎn)更加穩(wěn)定。而且因?yàn)?去除了一般偏置中的阻斷電容，所以一定程度上提高了線性度。


圖1為本發(fā)明的寬帶低噪聲放大器框圖。圖2為本發(fā)明的寬帶低噪聲放大器的差分放大器單元。圖3為本發(fā)明的寬帶低噪聲放大器的輸出單元。圖4為本發(fā)明的寬帶低噪聲放大器的反饋單元。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。參見圖1，圖1為本發(fā)明的寬帶低噪聲放大器的框圖。本發(fā)明的寬帶低噪聲放大 器包括差分放大器單元10、輸出單元20、反饋單元30;其中差分放大器單元IO的正射頻信號(hào)輸入端Al用來輸入正射頻信號(hào)Vw+并接反饋單元30的第一反饋輸出 端C3，差分放大器單元10的負(fù)射頻信號(hào)輸入端A2用來輸入負(fù)射頻信號(hào)Vjn+并接反 饋單元30的第二反饋輸出端C4;輸出單元20的第一正輸出端B3用來輸出正信號(hào) VouT+并接反饋單元30的第一反饋輸入端Cl ，輸出單元20的第二正輸出端B4用來 輸出負(fù)信號(hào)VouT.并接反饋單元30的第二反饋輸入端C2;差分放大器單元10的第 一射頻信號(hào)輸出端A3接輸出單元20的第一信號(hào)輸入端Bl，差分放大器單元10的 第二射頻信號(hào)輸出端A4接輸出單元20的第二信號(hào)輸入端B2。差分放大器單元10用來放大接收的輸入射頻信號(hào)，輸出單元20緊接差分放大 器輸出信號(hào)，減小輸出阻抗，實(shí)現(xiàn)輸出匹配。本發(fā)明的突出特點(diǎn)是使用跨接在輸入 和輸出之間的反饋單元30，通過并聯(lián)一并聯(lián)負(fù)反饋減小電路的輸入阻抗，實(shí)現(xiàn)寬帶 的輸入阻抗匹配，優(yōu)化低噪聲放大器的噪聲性能，同時(shí)反饋單元為輸入管提供直流偏置，將交流反饋和直流偏置功能結(jié)合在一起。在差分放大器單元10中，第五輸入晶體管105的柵極用來輸入正射頻信號(hào)V!N+， 第六輸入晶體管106的柵極用來輸入負(fù)射頻信號(hào)V1N.。第五輸入晶體管105的漏極 接第三共柵晶體管103的源極，第六輸入晶體管106的漏極接第四共柵晶體管104 的源極，組成兩對(duì)共源共柵結(jié)構(gòu)。第三共柵晶體管103和第四共柵晶體管104的柵 極接第三偏置電壓Vbias3。第三共柵晶體管103的漏極接第一負(fù)載電阻器101的一 端，第一負(fù)載電阻器101的另一端接電源。第四共柵晶體管104的漏極接第二負(fù)載 電阻器102的一端，第二負(fù)載電阻器102的另一端接電源。第五輸入晶體管105的 源極接第七負(fù)反饋電阻器107的一端，第七負(fù)反饋電阻器107的另一端接第九晶體 管109的漏極，第六輸入晶體管106的源極接第八負(fù)反饋電阻器108，第八負(fù)反饋電 阻器108的另一端接第九晶體管109的漏極。第九晶體管109的漏極的柵極接第一 偏置電壓Vbiasl，源極接第十反饋電阻器110的一端，第十反饋電阻器110的另一 端接地。差分放大器單元10的第一射頻信號(hào)輸出端A3為第四共柵晶體管104的漏 極，第二射頻信號(hào)輸出端A4為第三共柵晶體管103的漏極。在輸出單元20中，包括第二輸出晶體管202和第一輸出晶體管201組成的兩個(gè) 源極跟隨器。第一輸出晶體管201的柵極為輸出單元20的第一信號(hào)輸入端B1，源 極為輸出單元20的第一輸正出端B3，漏極接電源。第二輸出晶體管202的柵極為 輸出單元的第二信號(hào)輸入端B2，源極為輸出單元的第二負(fù)輸出端B4，漏極接電源。在反饋單元中，第二電阻器302，第二電容306和第四電阻器308串接成環(huán)， 第二電阻器302與第二電容306的連接點(diǎn)為反饋單元30的第一反饋輸入端Cl，第 二電容306與第四電阻器308的連接點(diǎn)為反饋單元30的第一反饋輸出端C3，第二 電阻器302與第四電阻器308的連接點(diǎn)接第二晶體管304的漏極。第一電阻器301， 第一電容305和第三電阻器307串接成環(huán)，第一電阻器301與第一電容305的連接 點(diǎn)為反饋單元30的第二反饋輸入端C2，第一電容305與第三電阻器307的連接點(diǎn) 為反饋單元30的第二反饋輸出端C4，第一電阻器301與第三電阻器307的連接點(diǎn) 接第一晶體管303的漏極。第一晶體管303和第二晶體管304的柵極接第二偏置電 壓Vbias2，兩者源極接地。本發(fā)明的寬帶低噪聲放大器的突出特點(diǎn)是采用并聯(lián)一并聯(lián)負(fù)反饋的反饋單元。 第一電阻器301與第三電阻器307結(jié)合，第二電阻器302與第四電阻器308結(jié)合， 實(shí)現(xiàn)交流反饋，降低電路的輸入阻抗，實(shí)現(xiàn)輸入阻抗匹配，優(yōu)化噪聲性能。第一電容305和第二電容306用來補(bǔ)償寄生電容，擴(kuò)展電路的帶寬。第一晶體管303和第 二晶體管304用來給差分放大器單元10提供輸入直流偏置，所以反饋單元將交流 反饋和提供直流偏置的功能結(jié)合在了一起，使得直流工作點(diǎn)更加穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種寬帶低噪聲放大器，其特征在于該低噪聲放大器包括差分放大器單元(10)、輸出單元(20)、反饋單元(30)；其中差分放大器單元(10)的正射頻信號(hào)輸入端(A1)用來輸入正射頻信號(hào)VIN+并接反饋單元(30)的第一反饋輸出端(C3)，差分放大器單元(10)的負(fù)射頻信號(hào)輸入端(A2)用來輸入負(fù)射頻信號(hào)VIN+并接反饋單元(30)的第二反饋輸出端(C4)；輸出單元(20)的第一正輸出端(B3)用來輸出正信號(hào)VOUT+并接反饋單元(30)的第一反饋輸入端(C1)，輸出單元(20)的第二負(fù)輸出端(B4)用來輸出負(fù)信號(hào)VOUT-并接反饋單元(30)的第二反饋輸入端(C2)；差分放大器單元(10)的第一射頻信號(hào)輸出端(A3)接輸出單元(20)的第一信號(hào)輸入端(B1)，差分放大器單元(10)的第二射頻信號(hào)輸出端(A4)接輸出單元(20)的第二信號(hào)輸入端(B2)。
2. 如權(quán)利要求1所述的寬帶低噪聲放大器，其特征在于，所述的差分放大器單 元(10)中，第一負(fù)載電阻器(101)、第三共柵晶體管(103)、第五輸入晶體管(105) 和第七負(fù)反饋電阻器(107)構(gòu)成差分放大器單元(10)的左半邊電路，第二負(fù)載電 阻器(102)、第四共柵晶體管(104)、第六輸入晶體管(106)和第八負(fù)反饋電阻器(108)構(gòu)成差分放大器單元(10)的右半邊電路；其左半邊電路和右半邊電路都采 用共源共柵結(jié)構(gòu)，提高增益和反相隔離度，減少密勒效應(yīng)的影響，擴(kuò)展帶寬；所述 的差分放大器單元(10)的第五輸入晶體管(105)的源極帶有第七負(fù)反饋電阻器(107)，第六輸入晶體管(106)的源極帶有第八負(fù)反饋電阻器(108)，用以提高線 性度，擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。
3. 如權(quán)利要求1所述的寬帶低噪聲放大器，其特征在于，所述的輸出單元(20) 包括第一輸出晶體管(201)和第二輸出晶體管(202)，采用源極跟隨器結(jié)構(gòu)，增加 反相隔離，提供輸出匹配。
4.如權(quán)利要求1的所述的寬帶低噪聲放大器，其特征在于所述的反饋單元(30) 采用并聯(lián)一并聯(lián)負(fù)反饋類型，結(jié)合了為輸入管提供直流電壓偏置和交流反饋的功能， 第一晶體管(303)和第二晶體管(304)上的直流壓降分別為差分放大器單元的正 負(fù)輸入端的第五輸入晶體管(105)、第六輸入晶體管(106)提供直流電壓偏置；第 三電阻器(307)第四電阻器(308)通過交流反饋機(jī)制為此低噪聲放大器提供輸入 匹配；第一電容(305)和第二電容(306)用以補(bǔ)償晶體管的寄生電容，擴(kuò)展帶寬。
全文摘要
寬帶低噪聲放大器是一種用于放大寬帶射頻信號(hào)的低噪聲放大器以及一種寬帶輸入匹配設(shè)計(jì)方法。該低噪聲放大器包括差分放大器單元(10)、輸出單元(20)、反饋單元(30)；該放大器采用差分結(jié)構(gòu)，以并聯(lián)-并聯(lián)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在寬帶范圍內(nèi)的輸入阻抗匹配，優(yōu)化電路的噪聲性能。而且反饋電路同時(shí)為輸入晶體管提供直流偏置，將交流反饋和提供直流偏置的功能結(jié)合在了一起，使得直流工作點(diǎn)更加穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H03F1/26GK101252341SQ20081001966
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者丁國華, 吳建輝, 萌 張, 時(shí)龍興, 紅 李, 李景峰, 然 束 申請(qǐng)人:東南大學(xué);無錫硅動(dòng)力微電子股份有限公司