[發(fā)明專利]多模可調(diào)諧CMOS差分低噪聲放大器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010141732.4
• 申請(qǐng)日: 2010-04-08
• 公開（公告）號(hào): CN101834576A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 路守領(lǐng);李波;韓科峰;楊?yuàn)檴?/a>;江雯;譚杰;王俊宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): H03F3/45
• 分類號(hào): H03F3/45;H03F1/32;H03F1/26
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無線通信系統(tǒng)接收機(jī)前端電路低噪聲放大器。

背景技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，新的通信標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)或可配置的多標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)成為趨勢。在多標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)架構(gòu)中，前端低噪聲放大器作為無線通信接收機(jī)第一級(jí)，占有至關(guān)重要的地位。低噪聲放大器盡量不惡化信噪比時(shí)放大有用的微弱信號(hào)，把信號(hào)輸送到下一級(jí)混頻器處理。

圖1說明了低噪聲放大器在無線通信接收機(jī)中的地位。作為無線通信接收機(jī)系統(tǒng)第一級(jí)，低噪聲放大器的性能影響整個(gè)無線通信接收機(jī)：(1)低噪聲放大器的噪聲系數(shù)決定了無線通信接收機(jī)的噪聲底限。(2)低噪聲放大器需要足夠的電壓增益，抑制后級(jí)混頻器和模擬基帶對(duì)無線通信接收機(jī)系統(tǒng)的噪聲貢獻(xiàn)。(3)信號(hào)附近有強(qiáng)干擾時(shí)，低噪聲放大器需要足夠好的線性度，減小多階交調(diào)分量。(4)低噪聲放大器要求低輸入反射系數(shù)，與前級(jí)天線或?yàn)V波器做阻抗匹配，使功率傳輸最大化。低噪聲放大器的性能參數(shù)噪聲系數(shù)、電壓增益、線性度和輸入反射系數(shù)是相互影響，相互制約的，設(shè)計(jì)時(shí)需要在各參數(shù)之間折衷，綜合考慮。

多標(biāo)準(zhǔn)前端低噪聲放大器的主要有兩種結(jié)構(gòu)：多個(gè)窄帶低噪聲放大器并聯(lián)輸入和寬帶結(jié)構(gòu)。前者可實(shí)現(xiàn)較好的噪聲系數(shù)和增益，但是芯片面積和功耗較大。后者可實(shí)現(xiàn)多標(biāo)準(zhǔn)多頻段覆蓋，但對(duì)Blocker的抑制不夠好，影響整個(gè)接收機(jī)的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種功耗低，芯片面積小，而且增益高，線性度好的CMOS差分低噪聲放大器。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的CMOS差分低噪聲放大器，是一個(gè)可調(diào)諧的差分多標(biāo)準(zhǔn)窄帶低噪聲放大器，通過開關(guān)調(diào)節(jié)電容陣列改變輸出諧振頻率，調(diào)節(jié)片外匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)輸入阻抗匹配，使得低噪聲放大器可以工作在不同通信標(biāo)準(zhǔn)下。另一方面，考慮到無線通信系統(tǒng)的功耗要求，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了低功耗條件下低噪聲、高增益、低輸入反射系數(shù)和高線性度。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的CMOS差分低噪聲放大器包含共源共柵放大器、輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、可調(diào)諧輸出LC諧振網(wǎng)絡(luò)和偏置電路；還包含第一電容C1和第二電容C2，這2個(gè)電容都是交流耦合電容；其中：

a、所述的共源共柵放大器包含第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第三NMOS管M3和第四NMOS管M4；

b、所述的輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)包括第一電感Lg1、第二電感Lg2、第三電感Ls、第三電容Cg1、第四電容Cg2、第五電容Cex1和第六電容Cex2；

c、所述的可調(diào)諧輸出LC諧振網(wǎng)絡(luò)包括第四電感Lo、第五NMOS管M5、第六NMOS管M6、第七NMOS管M7、第八NMOS管M8、第七電容Ca1、第八電容Ca2、第九電容Cb1、第十電容Cb2、第十一電容Cc1、第十二電容Cc2、第十三電容Cd1和第十四電容Cd2；可調(diào)諧輸出LC諧振網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)選頻功能，并且可調(diào)諧輸出LC諧振網(wǎng)絡(luò)在直流時(shí)不消耗電壓裕度，提高輸出的動(dòng)態(tài)范圍；

d、所述的偏置電路包括第九NMOS管MB、第一電阻RB1和第二電阻RB2；

第三電感Ls和第四電感Lo為帶中心抽頭的差分電感；差分信號(hào)輸入端先并聯(lián)第三電容Cg1和第四電容Cg2，后串聯(lián)第一電感Lg1和第二電感Lg2，經(jīng)交流耦合電容第一電容C1和第二電容C2連接到共源共柵管第一NMOS管M1和第二NMOS管M2的柵極；第一NMOS管M1和第二NMOS管M2的柵源并聯(lián)第五電容Cex1和第六電容Cex2，第一NMOS管M1和第二NMOS管M2的源極與第三電感Ls差分端相連，第三電感Ls中心端連接到電源負(fù)端GND；共源管第一NMOS管M1和第二NMOS管M2的漏極分別與共柵管第三NMOS管M3和第四NMOS管M4的源極相連；共柵管第三NMOS管M3和第四NMOS管M4的漏極連接輸出匹配網(wǎng)絡(luò)；偏置電路中第九NMOS管MB柵極漏極相連，經(jīng)第一電阻RB1和第二電阻RB2連接到第一NMOS管M1和第二NMOS管M2的柵極。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：

a、在低功耗條件(電路功耗4mW)下實(shí)現(xiàn)了用于DCS1800、PCS1900、WCDMA和Bluetooth多模可調(diào)諧差分CMOS差分低噪聲放大器。

b、本發(fā)明使用兩個(gè)片上帶中心抽頭的差分電感，減小了芯片面積。

c、設(shè)計(jì)中輸入共源管柵源間并聯(lián)電容，減小噪聲匹配和功率匹配間的差距，并有效減小工藝偏差對(duì)輸入阻抗匹配的影響。

附圖說明

圖1：多模無線通信系統(tǒng)中低噪聲放大器。

圖2：本發(fā)明多模可調(diào)諧CMOS差分低噪聲放大器電路圖。