[發明專利]一種采用正反饋技術和有源跨導增強技術的低功耗低噪聲放大器

在審

• 申請號: 201410431380.4
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN104270100A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 陳岑;孫景業;刁盛錫;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
• 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正反饋技術和有源跨導增強技術的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

隨著個人無線通訊市場的繁榮發展，人們對各種無線通訊工具的性能要求也越來越高。無線通信技術變得高速化、超帶寬化。一個完整的射頻收發系統包括射頻前端和基帶處理部分。射頻前端(又稱作收發器)決定著這個系統的基本性能指標。低噪聲放大器作為無線傳輸系統中接收機的關鍵模塊，一般直接與天線相連，低噪聲放大器用來放大天線所接收到的微弱信號，所以對其的要求不僅是要提高增益，同時又要盡量減少對信號的惡化，因此低噪聲放大器的設計需要整體考慮多方面性能參數：端口輸入匹配，增益，噪聲系數，功耗，線性度及面積等。隨著市場競爭的加劇，成本問題越來越得到重視。因此低功耗，面積小，覆蓋多種頻段的電路結構成了研究熱點。

傳統的低噪聲放大器采用源級電感反饋技術，可以幫助窄帶實現輸入匹配并且達到較低的噪聲系數，但這種結構需要片上電感，芯片面積大，成本高，且不適用于寬帶系統，因此無電感的拓撲結構被提出用來克服上述缺點。無電感結構通常應用于共柵結構中，可以通過電阻負反饋技術實現輸入匹配，提高帶寬，降低電路對于器件參數變化的靈敏性，提升電路的線性度，但是引入的電阻本身產生熱噪聲，會惡化噪聲，因此在輸入匹配和噪聲系數方面存在折中關系。噪聲抵消技術可以緩解輸入匹配和噪聲系數方面的折中，用來克制寬帶噪聲差的情況，不過以消耗較大的功耗為代價。為降低共柵結構的噪聲和功耗，跨導增強技術得到廣泛應用。

電容交叉耦合技術是一種無源的跨導增強技術，可以有效地利用共柵結構的柵端實現跨導增強。圖1參考文獻【1】(Y.Liao,Z.Tang,and?H.Min,A?CMOS?wide-band?low-noise?amplifier?with?balun-based?noise-canceling?technique,in?Solid-State?Circuits?Conference,2007.ASSCC'07.IEEE?Asian,2007,pp.91-94)其結構由平衡非平衡變壓器、電容交叉耦合的共柵放大級和負載電阻組成。電容交叉耦合的共柵放大級由共柵NMOS放大管M1和M2組成，交叉耦合的電容C1和C2將差分輸入信號耦合到相對的晶體管的柵極，使得共柵放大管M1和M2的柵源間信號電壓增加一倍，從而增加共柵放大管的等效跨導，降低了噪聲系數和功耗。

電容交叉耦合技術有效地提升了主放大管的等效跨導，但其跨導增強僅限于1倍，并且不能有效地抑制輸入阻抗的噪聲，因此有源跨導增強的共柵結構被提出，可以實現更低的噪聲系數，并且不依賴于器件之間的匹配。圖2參考文獻【2】(Chen?Liang，Li?Zhiqun，“A?new?wideband?LNA?using?a?gm-boosting?technique，”Journal?of?Semiconductor，vol.35，No.1)由有源跨導增強的共柵放大級、主放大級和負載級組成。但是采用單端結構，對于環境噪聲的抗干擾能力不強，這點可以進行改進。

圖3參考文獻【3】(F.Belmas,F.Hameau,and?J.Fournier,a?1.3?mw?20db?gain?low?power?inductorless?lna?with?4db?noise?figure?for?2.45?ghz?ism?band,Radio?Frequency?Integrated?Circuits?Symposium(RFIC),2011?IEEE,2011,pp.1-4.)利用多次跨導增強實現低功耗低噪聲的性能。參考文獻【4】(F.Belmas,F.Hameau,and?J.Fournier,A?Low?Power?Inductorless?LNA?With?Double?Gm?Enhancement?in?130?nm?CMOS,Solid-State?Circuits,IEEE?Journal?of,v?ol.47,pp.1094-1103,2012.)更加詳細的闡述了多次跨導增強實現低功耗低噪聲性能的結構。

發明內容