[發(fā)明專利]一種內(nèi)置單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器

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• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108736837A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉明;李寶騏;潘兆琳
• 申請（專利權(quán)）人: 上海磐啟微電子有限公司
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F3/195;H03F3/45;H04B1/10
• 代理公司: 上海旭誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發(fā)明公開了一種內(nèi)置單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器，涉及射頻通訊技術(shù)領(lǐng)域，包括輸入匹配電路和輸出負(fù)載匹配電路，還包括相互連接的第一級放大電路和第二級放大電路，所述輸入匹配電路與所述第一級放大電路連接，所述第一級放大電路與所述第二級放大電路連接，所述第二級放大電路與所述輸出負(fù)載匹配電路連接。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是面積小、節(jié)約成本，無需外部匹配電路，經(jīng)實(shí)際流片驗(yàn)證，相比較輸入帶balun的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的靈敏度會有2?3dB的提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及射頻通訊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種內(nèi)置單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器。

背景技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)和CMOS集成電路工藝的的迅猛發(fā)展，無線終端小型化、低功耗、低成本、高性能已成為射頻集成電路(RFIC)發(fā)展的必然趨勢。

在射頻接收機(jī)設(shè)計(jì)中，要得到良好的總體系統(tǒng)性能，關(guān)鍵在于性能優(yōu)越的前端。射頻接收機(jī)的第一級模塊低噪聲放大器(LNA)是其中最關(guān)鍵的電路之一，LNA需要具有良好的噪聲系數(shù)，并提供足夠的增益，以確保整個(gè)接收系統(tǒng)具有最小NF；同時(shí)當(dāng)接收信號較大時(shí)，應(yīng)有足夠的線性度以減小信號失真。此外低噪聲放大器的前級通常為分立的射頻帶通濾波器，由于濾波器的傳輸特性與終端所接負(fù)載有很大關(guān)系，低噪聲放大器的輸入阻抗必需符合濾波器的規(guī)定，在射頻領(lǐng)域，該阻抗通常設(shè)定為一個(gè)統(tǒng)一的純電阻值50歐姆。

當(dāng)前射頻接受機(jī)前端模塊LNA和mixer使用方案主要有：單端LNA和單平衡混頻器；片外Balun、差分LNA和雙平衡混頻器；以及單端輸入差分輸出LNA和雙平衡混頻器。

隨著電路集成度的提高，特別是隨著把RF電路和Baseband電路集成在一起的SOC的發(fā)展，襯底耦合噪聲變得越來越嚴(yán)重，單端放大器、mixer等對襯底耦合沒有抑制能力，襯底耦合會極大影響低噪聲放大器和mixer地性能，最終使系統(tǒng)接收機(jī)的性能大打折扣。

差分LNA和雙平衡混頻器方案可以較好抑制共模噪聲的影響，但是需要使用一個(gè)額外的平衡轉(zhuǎn)換器Balun把天線接收的單端信號轉(zhuǎn)化為差分信號。圖1是2.4G LNA包含Balun的傳統(tǒng)架構(gòu),這種結(jié)構(gòu)的工作過程是：從天線過來的信號，經(jīng)過Balun，將單端信號轉(zhuǎn)換為雙端信號之后，送給LNA全差分放大電路的輸入端。這個(gè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是無需額外匹配電路、系統(tǒng)較簡單；它的主要缺點(diǎn)是Balun面積非常大，增加了芯片成本；同時(shí)平衡轉(zhuǎn)換器很難片上集成，需要使用片外元件，而且會引入1-3dB的損耗，這將大大降低射頻接收機(jī)的靈敏度(約1-3dB)，降低系統(tǒng)的集成度和性能，提高系統(tǒng)成本。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種內(nèi)置單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器，能夠完成單端轉(zhuǎn)雙端的功能，并由共柵放大器放大到輸出，驅(qū)動后級電路。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：

1、接收來自天線的信號并放大，本身具有很低的噪聲并提供足夠的增益已抑制后續(xù)電路的噪聲。

2、匹配天線的輸出阻抗，以便從天線獲得最大信號功率。

在實(shí)際應(yīng)用中，在滿足系統(tǒng)指標(biāo)要求之后，LNA會更多的關(guān)注功耗和面積。隨著現(xiàn)在降低芯片成本和功耗的要求，傳統(tǒng)的2.4G的LNA由于結(jié)構(gòu)的限制在一些應(yīng)用中已經(jīng)漸漸不能滿足要求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種內(nèi)置單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器，該結(jié)構(gòu)應(yīng)用在射頻接收通路第一級，包括輸入匹配電路和輸出負(fù)載匹配電路，還包括相互連接的第一級放大電路和第二級放大電路，所述輸入匹配電路與所述第一級放大電路連接，所述第一級放大電路與所述第二級放大電路連接，所述第二級放大電路與所述輸出負(fù)載匹配電路連接。