[發明專利]一種基于可重構電感的雙頻段低噪聲放大器

在審

• 申請號: 202110630712.1
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113381713A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 何進;潘俊仁;曹慶珊;張惟;鄧冬琴
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45;H03F3/193;H03F1/56
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 彭艷君

本發明涉及毫米波無線通信技術，具體涉及一種基于可重構電感的雙頻段低噪聲放大器，包括依次連接的可重構輸入匹配網絡、放大電路、可重構輸出匹配網絡；還包括射頻輸入端、射頻輸出端、控制電壓端、電源端和地線端；可重構輸入匹配網絡和可重構輸出匹配網絡分別連接射頻輸入端和射頻輸出端。該放大器在輸入輸出匹配網絡中使用可重構電感設計，通過改變控制電壓VS的值，可以在不增加額外面積的情況下實現該低噪聲放大器的匹配中心頻率在28GHz/32GHz兩種頻率之間切換。同時該低噪聲放大器的噪聲系數、增益、輸入輸出回波損耗、線性度等達到均衡的性能。

技術領域

本發明屬于毫米波無線通信技術領域，特別涉及一種基于可重構電感的雙頻段低噪聲放大器。

背景技術

在前幾代移動通信技術的普及和現今5G的推廣下，移動通信系統面臨著多種制式并存、多個頻段并列的局面。因此，多頻段設計是移動通信系統發展的必然趨勢。低噪聲放大器是射頻接收機鏈路中的第一個模塊，其噪聲系數對接收機的整體噪聲系數起主導作用，并且需要提供足夠的增益來抑制后級放大器的噪聲對接收機整體的影響，此外，低噪聲放大器還要實現良好的阻抗匹配來防止信號的回波損耗。作為射頻接收機中不可或缺的一部分，低噪聲放大器的多頻段設計也迫在眉睫。對毫米波頻率可重構低噪聲放大器的研究，可以為面積緊湊、性能均衡的毫米波頻段多頻射頻前端電路芯片設計提供新思路，從而促進毫米波頻段5G移動通信系統研發和布局，適應互聯網新技術和新應用的發展潮流，具有極其重要的戰略意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于可重構電感的雙頻低噪聲放大器。可以在不增加額外面積的情況下實現匹配頻段切換選擇的功能。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種基于可重構電感的雙頻段低噪聲放大器，包括依次連接的可重構輸入匹配網絡、放大電路、可重構輸出匹配網絡；還包括射頻輸入端、射頻輸出端、控制電壓端VS、電源端VDD和地線端GND；可重構輸入匹配網絡和可重構輸出匹配網絡分別連接射頻輸入端和射頻輸出端。

在上述基于可重構電感的雙頻段低噪聲放大器中，可重構輸入匹配網絡包括第一可重構電感Lrec1、第一電容C1、第一控制開關晶體管Msw1以及第一大電阻Rsw1；可重構輸入匹配網絡輸入端為單端射頻輸入信號RFin，輸出端連接放大電路。

在上述基于可重構電感的雙頻段低噪聲放大器中，可重構輸出匹配網絡包括第二可重構電感Lrec2、第四電容C4、第二控制開關晶體管Msw2以及第二大電阻Rsw2；可重構輸出匹配網絡輸入端連接放大電路輸出端，輸出端為單端射頻輸出信號RFout。

在上述基于可重構電感的雙頻段低噪聲放大器中，放大電路包括三級放大器，第一級放大器包括按共源共柵方式連接的第一MOS晶體管M1、第二MOS晶體管M2，共源管第一MOS晶體管M1源級連接源級退化電感LS，共柵管第二MOS晶體管M2漏極連接第一負載電感LD1；第二級放大器包括按共源共柵方式連接的第三MOS晶體管M3、第四MOS晶體管M4，共柵管第四MOS晶體管M4漏級連接第二負載電感LD2；第三級放大器包括按共源共柵方式連接的第五MOS晶體管M5、第六MOS晶體管M6，共柵管第六MOS晶體管M6漏級連接第二可重構電感Lrec2；放大電路輸入端連接可重構輸入匹配網絡輸出端，輸出端連接可重構輸出匹配網絡輸入端；

放大電路與可重構輸入匹配網絡通過第一電容C1耦合，第一級和第二級放大器之間通過第二電容C2耦合，第二級和第三級放大器之間通過第三電容C3耦合；放大電路和可重構輸出匹配網絡通過第四電容C4耦合。

在上述基于可重構電感的雙頻段低噪聲放大器中，第一可重構電感Lrec1、第二可重構電感Lrec2均采用55nm CMOS工藝金屬互連線設計，利用工藝中最頂層金屬作為頂層原電感線圈，第二層金屬作為次級耦合線圈；源級退化電感LS、第一負載電感LD1、第二負載電感LD2均采用55nm CMOS工藝頂層金屬互連線設計。