[發(fā)明專利]一種寬帶CMOS巴倫低噪聲放大器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310715496.6
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103746660B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段宗明;李智群;王曉東;馬強
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F3/45
• 代理公司: 合肥金安專利事務(wù)所34114
• 代理人: 徐偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及射頻集成電路技術(shù)，具體為一種寬帶CMOS巴倫低噪聲放大器。

背景技術(shù)

低噪聲放大器是噪聲系數(shù)很低的放大器，一般用作各類無線電接收機的高頻或中頻前置放大器以及高靈敏度電子探測設(shè)備的放大電路，對于幾乎所有的射頻接收機系統(tǒng)，必不可少的一個模塊就是低噪聲放大器。由于系統(tǒng)接收到的射頻信號幅度通常很弱，放大器自身的噪聲對信號的干擾可能很嚴(yán)重，因此希望減小這種噪聲，并且提供一定的電壓增益，以提高輸出的信噪比。在射頻接收前端，來自天線單元的接收信號基本都是單端信號；而在接收機設(shè)計中，混頻部分基本都采用雙平衡結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，這就使得射頻前端一般需要包含低噪聲放大器、單端-轉(zhuǎn)差分變換巴倫等功能。

共源共柵結(jié)構(gòu)的單端-差分巴倫拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是無線收發(fā)射頻前端中常用的單端-差分轉(zhuǎn)換電路，主要原因是其具有寬帶輸入匹配特性，傳統(tǒng)的共源共柵巴倫放大器電路如圖1所示。射頻信號由傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下第一晶體管M1^’源極及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下第二晶體管M2^’柵極輸入，差分信號從傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下第一晶體管M1^’及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下第二晶體管M2^’的漏極輸出。通過調(diào)整傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下第一晶體管M1^’和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下第二晶體管M2^’的寬長比及柵極偏置電壓，可以調(diào)整流經(jīng)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下第一晶體管M1^’和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下第二晶體管M2^’的電流大小，進(jìn)而改變傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下第一晶體管M1^’和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下第二晶體管M2^’在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下的跨導(dǎo)g^’_m，使其輸入阻抗與50歐姆天線匹配。通過調(diào)整傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下共柵支路負(fù)載電阻R^’_CG和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下共源支路負(fù)載電阻R^’_CS的阻值大小，可以獲得不同的電壓增益。該結(jié)構(gòu)具有較寬的輸入帶寬和增益帶寬。但是，傳統(tǒng)的共源共柵巴倫放大器具有以下缺點：

第一是噪聲較大，傳統(tǒng)的共源共柵巴倫放大器噪聲系數(shù)較大，一般超過5dB，不適應(yīng)高性能射頻接收前端對低噪聲的要求；

第二是差分平衡性較差，傳統(tǒng)的共源共柵巴倫放大器由于轉(zhuǎn)換電路分別工作與共柵、共源狀態(tài)，分布參數(shù)隊其平衡性影響較大，尤其是在設(shè)計中高頻情況下幅度平衡和相位平衡難以控制，因此即使其輸入匹配帶寬較寬，但難以在寬帶范圍內(nèi)實現(xiàn)較好的差分平衡性限制了其寬帶應(yīng)用；

第三是隔離度差，由于共源共柵巴倫放大器的隔離度較差，這將導(dǎo)致輸出端信號返回到輸入端，難以滿足系統(tǒng)對隔離度指標(biāo)的要求；

第四是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下源極電感L^’_S的限制了電路的集成度與芯片面積，為了保證較好的輸入匹配，傳統(tǒng)的共源共柵巴倫放大器共源管（即傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)下第一晶體管M1^’）的源極通常是接一個大的扼流電感到地，在低頻段該電感感值很大，一般需要片外電感，這就增加了電路的片外元件；在GHz以上頻段可采用片上螺旋電感實現(xiàn)，但片上電感的使用大大增加了芯片面積。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)的共源共柵巴倫放大器的不足，提供一種寬帶CMOS低噪聲巴倫放大器，能在保證寬帶特性的與單端-差分轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，提升電路增益與噪聲性能，改善差分輸出平衡性，消除對片外電感和大面積片上電感的依賴。

本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)如下：

一種寬帶CMOS巴倫低噪聲放大器，含有電阻負(fù)載級，所述的電阻負(fù)載級由共柵支路負(fù)載電阻R_CG和共源支路負(fù)載電阻R_CS組成；此外還設(shè)有共源共柵輸入級和差分共柵隔離級，其中，共源共柵輸入級的輸出端與差分共柵隔離級的輸入端相連接，差分共柵隔離級的輸出端和電阻負(fù)載級的輸入端相連接；