[發明專利]一種采用有源跨導增強和噪聲抵消技術的差分低功耗低噪聲放大器

有效

• 申請號: 201410431317.0
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN104167993B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 張蓉;孫景業;刁盛錫;傅忠謙;林福江
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F3/45
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 李新華,顧煒

技術領域

本發明涉及一種采用有源跨導增強和噪聲抵消技術的差分低功耗低噪聲放大器，具有低噪聲系數低功耗的特點，屬于射頻集成電路技術領域。

背景技術

低噪聲放大器是無線傳輸系統中接收機的關鍵模塊，它的主要作用是在保持低噪聲的條件下，放大天線從空中接收到的微弱信號并傳輸到后級。由于處于射頻接收的最前端，低噪聲放大器對于整個接收機性能有重要影響。輸入輸出端口匹配，噪聲系數低，足夠的增益，合適的功耗和線性度是低噪聲放大器設計的基本要求。

傳統的低噪聲放大器一般采用源極電感反饋技術，但是需要片上電感，占據太大面積。傳統的共柵放大器雖然可以容易的實現輸入匹配和較低的功耗，但是噪聲系數比較大。最近幾年里無電感的低噪聲放大器開始出現。它們一般可以分為兩類：第一類是帶有電阻反饋或者有源反饋的共源放大器，第二類是結合跨導增強或者噪聲抵消的共柵放大器。但是這些結構在增益、噪聲、線性度、功耗等性能中都有一定的折中選取。

共柵放大器因為提供比并聯反饋放大器小的電壓增益，所以線性度比較好。而且共柵放大器可以有效的利用柵端來實現跨導增強技術。圖1，參考文獻【1】(Sanghyun Woo,Woonyun Kim Chang-Ho Lee,Kyutae Lim,Joy Laskar,―A 3.6mW differential common-gate CMOS LNA with positive-negative feedback,‖ISSCC 2009/SESSION 12/RF BUILDING BLOCKS/12.2.)這種跨導增強結構經常被用來減少功耗。

雖然共柵放大器的線性度較好，但是噪聲性能比采用并聯反饋的放大器要差。所以采用共柵放大器結構還要克服噪聲惡化的問題。圖2，參考文獻【2】(Chih-Fan Liao,Shen-Iuan Liu,―A Broadband Noise-Canceling CMOS LNA for 3.1–10.6-GHz UWB Receivers,‖IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL.42,NO.2,FEBRUARY 2007.)提供了一種噪聲消除的共柵放大器結構，可以有效降低共柵放大器的噪聲。

為了克服低噪聲放大器的性能缺點，一種寬帶無電感低功耗的低噪聲放大器被提出來了。圖3，參考文獻【3】(Hongrui Wang,Li Zhang,and Zhiping Yu,―A Wideband Inductorless LNA With Local Feedback and Noise Cancelling for Low-Power Low-Voltage Applications,‖IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—I:REGULAR PAPERS,VOL.57,NO.8,AUGUST 2010.)它同時采用跨導增強和噪聲消除技術來達到低功耗、低噪聲的目標。但是文中采用的是單端電路，對于環境噪聲的抗干擾能力不強。

發明內容

本發明目的在于提供一種采用有源跨導增強和噪聲抵消技術的差分低功耗低噪聲放大器，解決現有低功耗共柵低噪聲放大器的噪聲系數較高、功耗大的問題。本發明放大器采用差分結構使得電路對環境噪聲有更強的干擾能力，通過跨導二次增強和噪聲抵消技術的結合，實現了低噪聲系數和低功耗的性能。該設計可用在射頻收發機CMOS集成電路中。

為此，本發明提供了如下的技術方案：

本發明技術方案：一種采用有源跨導增強和噪聲抵消技術的差分低功耗低噪聲放大器，其包括主共柵放大級1、有源跨導增強的放大級2、平衡非平衡變壓器3和負載阻抗4；輸入信號從平衡非平衡變壓器3的輸入端口進入，其差分輸出端口既與有源跨導增強的放大級2的源端和主共柵放大級1的源端直接耦合，也通過電容耦合到有源跨導增強的放大級2的柵端；有源跨導增強的放大級2采用NMOS和PMOS的對稱結構，并且NMOS結構采用了cascode形式；有源跨導增強的放大級2的漏端通過電容耦合至主共柵放大級1的柵極；負載阻抗4與主共柵放大級1和有源跨導增強的放大級2的cascode管的漏極相接；電路的輸出端位于主共柵放大級1的漏極。