[發明專利]一種無電感高增益CMOS寬帶低噪聲放大器

無效

• 申請號: 201310648595.7
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103633947A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 秦國軒;閆月星;楊來春
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F3/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術領域

本發明涉及一種低噪聲放大器，尤其涉及一種無電感高增益CMOS寬帶低噪聲放大器。

背景技術

隨著無線通信技術的不斷發展，無線寬帶技術已經成為大多數用戶升級的首選技術。寬帶低噪聲放大器是無線寬帶系統中非常關鍵的模塊，尤其是在無線接收機當中，低噪聲放大器一般位于接收機的最前端，如圖1所示，從天線饋入的微弱信號經過頻帶選通濾波器后要通過低噪聲放大器進行放大，低噪聲放大器輸出的信號再由下變頻混頻器變頻得到正交的I、Q信號，再由后級進行處理。低噪聲放大器是第一個處理信號的有源器件，所以它的性能直接影響到接收機的整體性能。它必須在很寬的頻帶范圍內實現輸入阻抗匹配、提供平坦的增益、引入盡可能低的噪聲，并保證有足夠的線性范圍容納可能出現的信號能量。因此設計一個大帶寬的LNA是無線系統設計中非常重要的環節。

絕大多數應用要求低噪聲放大器具有50Ω的輸入阻抗，從而使得低噪聲放大器的輸入可以直接作為片外射頻濾波器的終端負載，這是低噪聲放大器的設放大器的計中必須滿足的一個性能指標。當阻抗不匹配時，射頻濾波器到低噪聲放大器的功率傳輸會發生反射，嚴重惡化系統性能。目前可以提供電阻性輸入阻抗的寬帶匹配有共柵極輸入和匹配網絡匹配和帶有并聯電阻負反饋三種方式。其中，共柵極輸入的方式不需要復雜的匹配網絡，但是它的增益不高，無法良好的抑制后級電路噪聲。而且在特別是在短溝道器件下，它的噪聲是相當高的。匹配網絡匹配的方式雖然能夠有較高增益，但需要采用片上電感，增加了芯片的面積和成本，同時電路的線性度也比較差，應用領域受到局限。帶有并聯電阻負反饋的共源結構能在寬帶下實現輸入匹配。但是其增益和噪聲性能不佳。小信號傳輸需要系統的噪聲系數NF達到系統的要求，而輸入匹配和噪聲系數之間存在著重要的折衷。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提供一種無電感高增益CMOS寬帶低噪聲放大器，本發明結構簡單，減小了芯片面積，便于集成，降低了成本，本發明放大器在輸入匹配、噪聲、增益、帶寬和線性度方面具有一定的優勢，其性價比高。

為了解決上述技術問題，本發明一種無電感高增益CMOS寬帶低噪聲放大器包括信號輸入級和噪聲抵消級，所述信號輸入級由電阻R_F、NMOS管M_1n和PMOS管M_1p組成，其中的PMOS管M_1p和NMOS管M_1n構成了一個自偏置反相器，所述信號輸入級利用所述電阻R_F的負反饋實現輸入阻抗的匹配；所述噪聲抵消級由電阻R₁、電容C₁、PMOS管M_2p、NMOS晶體管M_2n、NMOS晶體管M₃和NMOS晶體管M₄組成，所述PMOS管M_2p用于增加NMOS晶體管M₂的跨導并復用NMOS晶體管M_2n的電流；所述噪聲抵消級用于與所述信號輸入級的噪聲電壓相互抵消；

上述各電子元器件之間的連接關系為：

信號的輸入端與電阻R_F的一端、NMOS管M_1n的柵極、PMOS管M_1p的柵極、NMOS管M_2n的柵極和PMOS管M_2p的柵極連接；NMOS管M_1n的源極接地，PMOS管M_1p的源極接電源VDD；電阻R_F的另一端與NMOS管M_1n的漏極和PMOS管M_1p的漏極結合再與電容C₁的一端連接，電容C₁的另一端接電阻R₁的一端和NMOS管M₄的柵極，電阻R₁的另一端和NMOS管M₄的漏極連接至電源VDD，NMOS管M₄的源極與NMOS管M₃的漏極連接后作為信號的輸出端，NMOS管M₃的源級與NMOS管M_2n的漏極和PMOS管M_2P的漏極相連，NMOS管M_2n的源級接地，PMOS管M_2n的源級接電源VDD。

與現有技術相比，本發明放大器的有益效果是：