本發(fā)明涉及一種射頻低噪聲放大器及其實現(xiàn)方法，特別是涉及一種低功耗低噪聲高線性射頻低噪聲放大器及其實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

射頻低噪聲放大器主要用在射頻接收機中，根據(jù)不同應用需求對低噪聲放大器(LNA)的設計要求會有所不同。高性能的低噪聲放大器通常的功耗會非常的高，但是由于對后級電路性能的影響比較重大，所以在低噪聲放大器的設計過程中會放寬對功耗的限制。但是隨著科技與經(jīng)濟的發(fā)展，射頻無線通信芯片對功耗的限制也越來越高，希望可以在保證高性能的同時降低電路或芯片的功耗，例如設計低功耗低噪聲高線性的射頻低噪聲放大器。

傳統(tǒng)的高線性技術(shù)主要有衍生疊加，反饋，優(yōu)化偏置，前饋等等。對于低功耗主要有電流復用，折疊共源共柵結(jié)構(gòu)等等。但是他們都是只可以實現(xiàn)高線性或者低功耗，目前還沒有可以同時可以實現(xiàn)低功耗，低噪聲和高線性的結(jié)構(gòu)。因此，研究低功耗低噪聲高線性的低噪聲放大器具有非常重要的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種射頻低噪聲放大器及其實現(xiàn)方法，以實現(xiàn)低功耗低噪聲高線性的射頻低噪聲放大器，滿足低功耗高性能的射頻無線通信的發(fā)展需求。

為達上述及其它目的，本發(fā)明提出一種射頻低噪聲放大器，包括：

輸入級電路，采用互補衍生疊加的電路結(jié)構(gòu)對輸入信號Input1進行放大，充分利用互補衍生疊加電路結(jié)構(gòu)的PMOS管與NMOS管不同電流特性來提高輸入級信號的線性度，從而得到經(jīng)過線性放大的第一射頻輸出Output1；

濾波電路，連接于該輸入級電路與輸出級電路之間，用于實現(xiàn)該輸入級電路的第一射頻輸出Output1和輸出級電路的第二射頻輸入Input2的匹配和噪聲的濾除；

輸出級電路，采用單端衍生疊加電路，將經(jīng)過該濾波電路處理過的該輸入級電路的第一射頻輸出Output1進一步放大；

反饋回路，用于把高線性的該輸出級電路的第二射頻輸出Output2和直流信號反饋回該輸入級電路的輸入端Input1。

進一步地，該輸入級電路包括第一PMOS管、第三NMOS管、第一電感、第二電感、第一電容、第三的電容、第一電阻、第三電阻以及第五電阻，該輸入信號Input1連接至該第一PMOS管和第三NMOS管的柵極、第一電容和第三電容的的一端以及第一電阻、第三電阻和第五電阻的一端，該第一電容的另一端接電源電壓，該第三電容的另一端接地，該第一電阻的另一端接第一偏置電壓，該第三電阻的另一端接第三偏置電壓，該第五電阻的另一端與該第一PMOS管、第三NMOS管的漏極組成第一射頻輸出Output1節(jié)點，該第一PMOS管的源極通過第一電感連接電源電壓，該第三PMOS管的源極通過第二電感接地。

進一步地，該輸入級電路還包括第二PMOS管、第四NMOS管、第二電容、第四電容、第二電阻以及第四電阻，該第一PMOS管的源極接該第二電容的一端、該第二PMOS管的源極，該第二電容的另一端連接該第二PMOS管的柵極和第二電阻的一端，第二電阻的另一端接第二偏置電壓，該第三NMOS管的源極接該第四電容的一端、該第四NMOS管的源極，該第四電容的另一端接該第四NMOS管的柵極和第四電阻的一端，該第四電阻的另一端接第四偏置電壓，該第五電阻的另一端與該第一PMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管的漏極相連組成第一射頻輸出Output1節(jié)點。

進一步地，該輸出級電路包括第五NMOS管、第三電感、第四電感、第五電容、第七電容、第八電容、第七電阻、第八電阻，經(jīng)濾波電路后的第二射頻輸入信號Input2連接至第五NMOS管的柵極、第七電容的一端以及第七電阻、第八電阻的一端，第七電容的另一端接地，第八電阻的另一端接第五偏置電壓，第七電阻的另一端接第五NMOS管的漏極，第五電容和第八電容的一端以及第三電感的一端，第五電容和第三電感的另一端接電源電壓，該第八電容的另一端為第二射頻輸出Output2節(jié)點，該第二射頻輸出Output2連接至該反饋回路的輸入端，該第五NMOS管的源極通過第四電感接地。

進一步地，該輸出級電路還包括第六NMOS管、第六電容以及第六電阻，該第五NMOS管的源極接該第六電容的一端、該第六NMOS管的源極，該第六電容的另一端接該第六NMOS管的柵極和該第六電阻的一端，該第六電阻的另一端接第六偏置電壓。

進一步地，該濾波電路包括第五電感、第九電容、第十電容，該第五電感一端連接第一射頻輸出Output1，另一端連接第九電容和第十電容的一端，該第九電容的另一端接電源電壓，該第十電容的另一端接第二射頻輸入信號Input2。

進一步地，該濾波電路通過調(diào)整電感值與電容值實現(xiàn)該輸入級電路的第一射頻輸出Output1和輸出級電路的第二射頻輸入Input2的匹配和噪聲的濾除。

進一步地，該反饋回路包括通過一電阻或源極入漏極出的MOS管，其輸入為該第二射頻輸出Output2，輸出反饋至該第一射頻輸入Input1。

為達到上述目的，本發(fā)明還提供一種射頻低噪聲放大器的實現(xiàn)方法，包括如下步驟：

步驟一，利用采用互補衍生疊加電路結(jié)構(gòu)的輸入級電路對輸入信號Input1進行放大，利用互補衍生疊加電路結(jié)構(gòu)的PMOS管與NMOS管不同電流特性來提高輸入級信號的線性度，得到經(jīng)過線性放大的第一射頻輸出Output1；

步驟二，利用濾波電路對該輸入級電路的第一射頻輸出Output1進行噪聲濾除后作為第二射頻輸入Input2輸至輸出級電路，并對該輸入級電路的第一射頻輸出Output1和該輸出級電路的第二射頻輸入Input2的匹配；

步驟三，利用采用單端單端衍生疊加電路結(jié)構(gòu)的輸出級節(jié)點路將經(jīng)過該濾波電路處理過的該輸入級電路的第一射頻輸出Output1進一步放大；

步驟四，利用反饋電路將該輸出級電路的高線性的第二射頻輸出Output2和直流信號反饋回該輸入級電路的輸入端。

進一步地，于步驟一與步驟三中，通過改變輸入級電路與輸出級場效應管的柵極偏置電壓進一步優(yōu)化線性度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種射頻低噪聲放大器及其實現(xiàn)方法通過采用互補衍生疊加與單端衍生疊加相結(jié)合作為輸入級電路，充分利用PMOS管與NMOS管不同電流特性來提高輸入級信號的線性度，將輸入級信號的線性度提升至傳統(tǒng)的兩倍，解決了單一技術(shù)對信號線性度提升不足的問題，同時于輸出級電路采用單端衍生疊加電路取代傳統(tǒng)無線性度提高的輸出級電路來提高輸出級線號的線性度，通過調(diào)整輸出級電路的場效應管的柵極電壓來優(yōu)化線性度，可以實現(xiàn)信號線性度的進一步提升，解決了傳統(tǒng)輸出級信號線性度惡化的問題，本發(fā)明通過采用反饋電路存在于高線性的兩級電路之間，僅把高線性信號和直流信號反饋回電路的輸入端，實現(xiàn)高線性反饋的同時又實現(xiàn)了電流的復用，解決了傳統(tǒng)電路的高功耗，線性度惡化的問題，本發(fā)明通過在高線性的輸入與輸出級之間加入濾波調(diào)諧電路，以解決電路的噪聲以及輸入級與輸出級電路之間的匹配，達到了電路的線性度不惡化以及低噪聲的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種射頻低噪聲放大器的電路示意圖；

圖2為本發(fā)明具體實施例中輸入級電路的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明具體實施例中濾波電路的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明具體實施例中輸出級電路的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明具體實施例中反饋電路的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明一種射頻低噪聲放大器的實現(xiàn)方法的步驟流程圖。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例并結(jié)合附圖說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應用，在不背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更。

圖1為本發(fā)明一種射頻低噪聲放大器的電路示意圖，圖2為本發(fā)明具體實施例中輸入級電路的電路結(jié)構(gòu)圖，圖3為本發(fā)明具體實施例中濾波電路的電路結(jié)構(gòu)圖，圖4為本發(fā)明具體實施例中輸出級電路的電路結(jié)構(gòu)圖，圖5為本發(fā)明具體實施例中反饋電路的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖1-圖5所示，本發(fā)明一種射頻低噪聲放大器，包括：輸入級電路10、濾波電路20、輸出級電路30和反饋回路40。

其中，輸入級電路10由PMOS管M₁-M₂、NMOS管M₃-M₄、電感L₁-L₂、電阻R₁-R₅以及電容C₁-C₄組成，采用互補衍生疊加的電路結(jié)構(gòu)對輸入信號Input1進行放大，充分利用互補衍生疊加的電路結(jié)構(gòu)的PMOS管與NMOS管的不同電流特性來提高輸入級信號的線性度，同時通過改變場效應管的柵極偏置電壓來優(yōu)化線性度，從而得到經(jīng)過線性放大的第一射頻輸出Output1；濾波電路20由電感L5、電容C₉-C₁₀組成，用于實現(xiàn)級間(輸入級電路10的第一射頻輸出端Output1和輸出級電路30的第二射頻輸入端Input2)的匹配和噪聲的濾除作用，主要通過調(diào)整電感值與電容值來實現(xiàn)；輸出級電路30由NMOS管M₅-M₆、電感L₃-L₄、電阻R₆-R₈以及電容C₅-C₈組成，采用單端衍生疊加電路取代傳統(tǒng)無線性度提高的輸出級電路來提高輸出級線號的線性度，主要通過調(diào)整輸出級電路的場效應管的柵極電壓來優(yōu)化線性度，將經(jīng)過濾波電路20處理過的輸入級電路10的第一輸出射頻信號Output1進一步放大；反饋回路40，用于把高線性的輸出級電路30的第二射頻輸出信號Output2和直流信號反饋回電路的輸入端Input1，實現(xiàn)了電流的有效復用并抑制了線性度的惡化，在本發(fā)明具體實施例中，反饋回路40可通過電阻或源極入漏極出的MOS管實現(xiàn)，本發(fā)明不以此為限。

輸入信號Input1連接至PMOS管M₁和NMOS管M₃的柵極、電容C₁和C₃之一端以及電阻R₁、R₃和R₅之一端，電容C₁之另一端接電源VDD，電容C₃之另一端接地Gnd，電阻R₁之另一端接偏置電壓V_b1，電阻R₃之另一端接偏置電壓V_b3，電阻R₅之另一端與PMOS管M₁-M₂和NMOS管M₃-M₄的漏極相連組成第一射頻輸出Output1節(jié)點，PMOS管M₁的源極接電容C₂之一端、電感L₁之一端、PMOS管M₂之源極，電感L₁之另一端接電源VDD，電容C₂之另一端接PMOS管M₂之柵極和電阻R₂之一端，電阻R₂之另一端接偏置電壓V_b2，NMOS管M₃的源極接電容C₄之一端、電感L₂之一端、NMOS管M₄之源極，電感L₂之另一端接地Gnd，電容C₄之另一端接NMOS管M₄之柵極和電阻R₄之一端，電阻R₄之另一端接偏置電壓V_b4，在本發(fā)明中，電容C₂,C₄用于隔離直流，耦合交流信號以及MOS管之間的匹配，與寄生電感諧振等等的作用；第一射頻輸出Output1節(jié)點連接至電感電感L₅之一端，電感L₅之另一端連接至電容C₉-C₁₀之一端，電容C₉之另一端連接至電源VDD，電容C₁₀之另一端連接至第二射頻輸入端Input2；第二射頻輸入信號Input2連接至NMOS管M₅的柵極、電容C₇之一端以及電阻R₇和R₈之一端，電容C₇之另一端接地Gnd，電阻R₈之另一端接偏置電壓V_b5，電阻R₇之另一端接NMOS管M₅-M₆之漏極、電容C₅和C₈之一端以及電感L₃之一端，電容C₅和電感L₃之另一端接電源VDD，電容C₈之另一端為第二射頻輸出Output2節(jié)點，NMOS管M₅的源極接電容C₆之一端、電感L₄之一端、NMOS管M₆之源極，電感L₄之另一端接地Gnd，電容C₆之另一端接NMOS管M₆之柵極和電阻R₆之一端，電阻R₆之另一端接偏置電壓V_b6；第二射頻輸出Output2連接至反饋回路40之輸入端，反饋回路40之輸出端連接至輸入信號Input1。

在本發(fā)明具體實施例中，PMOS管M₂與NMOS管M₄是用于對PMOS管M₁與NMOS管M₃起到進一步改善線性的作用。其主要通過調(diào)整MOS管的偏置電壓來改變MOS管得工作區(qū)域：使PMOS管M₂(NMOS管M₄)在線性區(qū)，PMOS管M1(NMOS管M₃)在飽和區(qū)，再于輸出端把輸出信號相加抵消相應的分量來改善線性，最好地，MOS管M₂(M₄)的寬長比為MOS管M₁(M₃)的兩倍。MOS管M₁管的寬長比為MOS管M₃管的兩到三倍，但本發(fā)明不以此為限。

圖6為本發(fā)明一種射頻低噪聲放大器的實現(xiàn)方法的步驟流程圖。如圖6所示，本發(fā)明一種射頻低噪聲放大器的實現(xiàn)方法，包括如下步驟：

步驟601，利用采用互補衍生疊加電路結(jié)構(gòu)的輸入級電路對輸入信號Input1進行放大，利用互補衍生疊加電路結(jié)構(gòu)的PMOS管與NMOS管不同電流特性來提高輸入級信號的線性度，得到經(jīng)過線性放大的第一射頻輸出Output1；較佳地，本發(fā)明還通過改變輸入級電路的場效應管的柵極偏置電壓來優(yōu)化線性度，從而得到經(jīng)過線性放大的第一射頻輸出Output1；

步驟602，利用濾波電路對該輸入級電路的第一射頻輸出Output1進行噪聲濾除后作為第二射頻輸入Input2輸至輸出級電路，并對該輸入級電路的第一射頻輸出Output1和該輸出級電路的第二射頻輸入Input2的匹配；

步驟603，利用采用單端單端衍生疊加電路結(jié)構(gòu)的輸出級節(jié)點路將經(jīng)過該濾波電路處理過的該輸入級電路的第一射頻輸出Output1進一步放大；在本發(fā)明具體實施例中，本發(fā)明還通過調(diào)整輸出級電路的場效應管的柵極電壓來優(yōu)化線性度；

步驟604，利用反饋電路將該輸出級電路的高線性的第二射頻輸出Output2和直流信號反饋回該輸入級電路的輸入端。

綜上所述，本發(fā)明一種射頻低噪聲放大器及其實現(xiàn)方法通過采用互補衍生疊加與單端衍生疊加相結(jié)合作為輸入級電路，充分利用PMOS管與NMOS管不同電流特性來提高輸入級信號的線性度，將輸入級信號的線性度提升至傳統(tǒng)的兩倍，解決了單一技術(shù)對信號線性度提升不足的問題，同時于輸出級電路采用單端衍生疊加電路取代傳統(tǒng)無線性度提高的輸出級電路來提高輸出級線號的線性度，通過調(diào)整輸出級電路的場效應管的柵極電壓來優(yōu)化線性度，可以實現(xiàn)信號線性度的進一步提升，解決了傳統(tǒng)輸出級信號線性度惡化的問題，本發(fā)明通過采用反饋電路存在于高線性的兩級電路之間，僅把高線性信號和直流信號反饋回電路的輸入端，實現(xiàn)高線性反饋的同時又實現(xiàn)了電流的復用，解決了傳統(tǒng)電路的高功耗，線性度惡化的問題，本發(fā)明通過在高線性的輸入與輸出級之間加入濾波調(diào)諧電路，以解決電路的噪聲以及輸入級與輸出級電路之間的匹配，達到了電路的線性度不惡化以及低噪聲的目的。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，應如權(quán)利要求書所列。