[發(fā)明專利]一種采用部分有源負(fù)反饋技術(shù)及正反饋技術(shù)的超寬帶低噪聲放大器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010046767.3
• 申請(qǐng)日: 2020-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN111245373B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張昊;閆旭;時(shí)家惠;林福江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H03F1/26
• 分類號(hào): H03F1/26;H03F1/42
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明

本發(fā)明提出了一種采用部分有源負(fù)反饋技術(shù)(local active feedback)及正反饋技術(shù)的超寬帶低噪聲放大器，包括采用電流復(fù)用技術(shù)的主共源共柵放大級(jí)(1)、部分有源負(fù)反饋支路(2)、電容交叉耦合正反饋支路(3)和電阻負(fù)載(4)。本發(fā)明通過將主放大級(jí)中僅經(jīng)過了共源級(jí)放大的射頻信號(hào)引入有源負(fù)反饋支路，在傳統(tǒng)有源負(fù)反饋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升了電路的帶寬和線性度，并通過噪聲抵消優(yōu)化了負(fù)反饋電路的噪聲系數(shù)，同時(shí)采用電容交叉耦合結(jié)構(gòu)，增大了主共源放大管在高頻段的等效跨導(dǎo)，拓展了電路的帶寬。此外主放大級(jí)采用電流復(fù)用技術(shù)，在有限的偏置電流下提升了電路的增益，并優(yōu)化了電路的帶寬和噪聲系數(shù)。采用差分結(jié)構(gòu)使得電路對(duì)環(huán)境噪聲有更好的抑制能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種采用部分有源負(fù)反饋技術(shù)(local active feedback)及正反饋技術(shù)的超寬帶低噪聲放大器，具有超寬帶、低噪聲和高線性度的特點(diǎn)，屬于射頻集成電路技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近些年來(lái)，無(wú)線通信技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，由于不同應(yīng)用中無(wú)線通信所遵循的通信標(biāo)準(zhǔn)不同，射頻接收機(jī)往往需要對(duì)多個(gè)頻段的信號(hào)進(jìn)行接收處理，使得射頻接收機(jī)的寬帶設(shè)計(jì)成為目前的一大發(fā)展趨勢(shì)。低噪聲放大器是接收機(jī)鏈路的第一級(jí)有源電路模塊，其主要作用是在引入較少噪聲的前提下對(duì)天線接收到的微弱射頻信號(hào)進(jìn)行放大，從而抑制后級(jí)電路模塊對(duì)整體接收機(jī)鏈路的噪聲貢獻(xiàn)，保證接收機(jī)的整體性能，其設(shè)計(jì)需要考慮到增益、噪聲系數(shù)、帶寬、線性度和功耗等多個(gè)指標(biāo)的折衷。由于MOS管寄生效應(yīng)的影響，低噪聲放大器在高頻段的增益會(huì)有相當(dāng)程度的衰減，其輸入匹配狀況也將惡化，同時(shí)在較寬頻帶內(nèi)獲得較低的噪聲系數(shù)也是寬帶低噪聲放大器的一個(gè)設(shè)計(jì)難點(diǎn)。因此，超寬帶低噪聲放大器的設(shè)計(jì)是目前射頻電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一個(gè)研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。

傳統(tǒng)超寬帶低噪聲放大器的結(jié)構(gòu)主要有共柵低噪聲放大器、分布式低噪聲放大器和帶阻性負(fù)反饋的共源低噪聲放大器等。其中共柵低噪聲放大器的輸入輸出間沒有密勒效應(yīng)，在忽略了溝道調(diào)制效應(yīng)和體效應(yīng)時(shí)，其Zin≈1/gm，可令gm＝20mS使其匹配至50Ω阻抗；但這也同時(shí)限制了放大管的跨導(dǎo)，使得這種結(jié)構(gòu)的噪聲性能較差。共柵結(jié)構(gòu)的電路性能可以通過電容交叉耦合等方式優(yōu)化，但是增益仍然受到制約。分布式低噪聲放大器具有十分優(yōu)良的寬帶性能，但噪聲性能較差，此外分布式低噪聲放大器還會(huì)占用相當(dāng)大的芯片面積。帶阻性負(fù)反饋的共源低噪聲放大器由于負(fù)反饋的存在，其性能對(duì)于電路參數(shù)的變化較為不敏感，所以也能實(shí)現(xiàn)良好的寬帶性能，同時(shí)其線性度也會(huì)因負(fù)反饋的存在而改善，但是其增益也會(huì)因?yàn)榉答侂娮璧呢?fù)載效應(yīng)而被限制。

有源負(fù)反饋技術(shù)是一種采用源級(jí)跟隨器實(shí)現(xiàn)的負(fù)反饋技術(shù)，由于這種結(jié)構(gòu)中反饋管對(duì)開環(huán)增益的負(fù)載效應(yīng)可以忽略，因此緩解了阻性負(fù)反饋結(jié)構(gòu)中增益較小的問題。圖2參考文獻(xiàn)【1】(J.Borremans,P.Wambacq,D.linten,“An ESD-protected DC-to-6GHz 9.7mWLNA in 90nm digital CMOS,”in IEEE Int.Solid-State Circuits Conf.Tech.,Feb.2007,pp.422-613.)其結(jié)構(gòu)主要由共源共柵放大級(jí)，有源負(fù)反饋級(jí)和有源負(fù)載級(jí)組成。其中有源負(fù)反饋級(jí)由NM3與NM4組成，NM4用于為反饋管NM3提供偏置電流，NM3將輸出端的電壓信號(hào)反饋到輸入節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了負(fù)反饋，拓展了電路帶寬，同時(shí)這種反饋結(jié)構(gòu)還實(shí)現(xiàn)了部分噪聲抵消，在負(fù)反饋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上優(yōu)化了噪聲性能。但這種結(jié)構(gòu)直接從輸出節(jié)點(diǎn)引入的反饋信號(hào)幅度較大且?guī)捿^窄，影響了整體電路的線性度與輸入匹配。