[發(fā)明專利]超寬帶低噪聲放大器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711068702.3
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107733375B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李振榮;劉爽;莊奕琪;張超越
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F1/32;H03F3/193;H03F3/21;H03F3/24
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發(fā)明公開了一種超寬帶低噪聲放大器，主要解決現(xiàn)有技術(shù)噪聲和線性度性能較差的問題。其采用兩級級聯(lián)結(jié)構(gòu)，且兩級之間利用電容C3耦合。該第二級放大電路采用并聯(lián)峰值結(jié)構(gòu)的基本共源極電路；該第一級放大電路的輸入?輸出之間連接由反饋MOS管M3和反饋耦合電容C2組成串聯(lián)電路，用以提供寬帶的匹配和提高線性度，反饋MOS管M3的源極連接有偏置MOS管M4，用以為反饋MOS管M3提供偏置電流；第一級放大電路輸入端與第二級放大電路輸出端之間連接有輔助跨導放大器G。本發(fā)明可部分或全部消除由第一級放大電路中部分元器件產(chǎn)生的噪聲，提高了超寬帶低噪聲放大器整體的噪聲性能，可用于超寬帶的無線通信。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種超寬帶低噪聲放大器，主要用于超寬帶無線通信。

背景技術(shù)

超寬帶低噪聲放大器一般作為超寬帶射頻前端的第一個模塊，負責將天線上接收到的微弱信號功率放大供后級電路使用，同時需引入較小的噪聲功率，其性能對整個系統(tǒng)的性能有重要的影響。天線上接收的信號一般為經(jīng)過調(diào)制的信號，信號頻率在射頻或微波的范圍內(nèi)，通過高頻電路理論可知輸入信號的反射程度與天線和低噪聲放大器輸入阻抗的匹配程度有密切的關(guān)系，即：

式中Γ代表入射信號的反射系數(shù)，Rin代表低噪聲放大器的輸入阻抗，Rs代表天線特征阻抗。

由于在天線和低噪聲放大器之間的反射會引起信號功率損失，嚴重的情況下會損壞信號使通信質(zhì)量下降。為了解決這一問題，通用的方法是在放大管的柵極和漏極之間加入負反饋電阻，使從放大器輸入端看見去的阻抗有合適的實部分量，再通過阻抗匹配的方式轉(zhuǎn)換到50歐姆，或者采用共柵極的放大模式。但如此一來，采用負反饋電阻會使匹配網(wǎng)絡(luò)復雜化，為了在整個通信頻帶內(nèi)都得到近似50歐姆的輸入阻抗需要加入電感、電容等無源元件，犧牲了芯片面積，并且無法進一步提高線性度，采用共柵極輸入匹配則會限制單級放大器增益和噪聲性能，對于簡單的共柵極電路，在輸入端實現(xiàn)匹配時放大器的噪聲系數(shù)≥3dB。

由級聯(lián)的噪聲理論可知，最前級即低噪聲放大器的噪聲系數(shù)對系統(tǒng)整體的噪聲起著決定性作用，因為該噪聲經(jīng)過接收鏈整體增益的放大最終出現(xiàn)在輸出端，而其他部分的噪聲僅經(jīng)過接收鏈部分模塊的增益放大。所以通過技術(shù)手段進一步減小低噪聲放大器的噪聲貢獻，對提高接收鏈的整體性能十分有效。與此同時，低噪聲放大器的增益要足夠高，以使后級的噪聲等效到輸入端的影響可以盡可能減小；增益-頻率特性要足夠平坦，使時域信號的失真程度盡可能減小。

隨著無線通信系統(tǒng)變得越來越普及，導致整個通信環(huán)境變得極其嘈雜，天線在接收有用信號的同時也接收了通頻帶內(nèi)其他的噪聲或者通訊信號，如果該干擾足夠大則會影響到低噪聲放大器的正常工作狀態(tài)，使之失去對有用信號的放大能力。另一個常見的情況：考慮發(fā)射通路與接收通路通過雙工器共用天線的情況，假設(shè)需要接收的信號功率在-80dBm左右，發(fā)射端功放的輸出功率為30dBm，雙工器的發(fā)射端口與接收端口的隔離特性為50dBm，這將意味著發(fā)射的功率有-20dBm泄漏到輸入端，其與有用信號共同輸入到低噪聲放大器，由于發(fā)射信號的泄露功率較大，使得低噪聲放大器處在增益壓縮的狀態(tài)，有用信號不能被有效放大。同時由于超寬帶通信系統(tǒng)的寬帶寬特性，其接收到的總信號功率為整個頻帶內(nèi)信號功率的積分，使得這種非線性現(xiàn)象對超寬帶通信系統(tǒng)的影響更加強烈。在低噪聲放大器的設(shè)計過程中，負反饋是提高線性度的有效方法，但這以犧牲增益為代價，同時造成低噪聲放大器和系統(tǒng)整體的噪聲系數(shù)的惡化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種超寬帶低噪聲放大器電路結(jié)構(gòu)，以對匹配性能、噪聲、增益和線性度四者之間強烈的折中關(guān)系進行弱化，在保持增益特性和匹配性能不變的情況下提高噪聲特性和線性度。

本發(fā)明的技術(shù)思路是：鑒于匹配、增益、噪聲和線性度之間的折中關(guān)系，合理的選擇出低噪聲放大電路的電路結(jié)構(gòu)，恰當?shù)脑O(shè)置電路元器件的參數(shù)值，在實現(xiàn)匹配性能的同時引入較少的噪聲，并通過電路結(jié)構(gòu)改善電路的噪聲和線性度，以滿足通信系統(tǒng)對低噪聲放大器各種性能參數(shù)的要求，提高接收鏈的整體性能。