[發(fā)明專利]三線圈變壓器及低噪聲放大器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211614868.1
• 申請(qǐng)日: 2022-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN116013656A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張雷;王競(jìng)擇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01F27/28
• 分類號(hào): H01F27/28;H01F19/00;H03F1/26;H03F1/56;H01F27/33;H01F29/00
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王萌

本公開提供的三線圈變壓器及低噪聲放大器，三線圈變壓器中的第一、第二電感線圈均為具有封閉形狀的線圈，且兩者存在重疊，第三電感線圈為由第一、第二主體通過交叉跳線形成的“8”字型線圈，第一、第二主體均與第一、第二電感線圈存在疊合，且交叉跳線不與第一、第二電感線圈接觸。低噪聲放大器包括晶體管、電容和所述三線圈變壓器，三圈變壓器分別連接在晶體管的柵極、源極和漏極，實(shí)現(xiàn)跨導(dǎo)增強(qiáng)和噪聲抵消，以增加電路增益并減小噪聲，還起到第一級(jí)輸入匹配和一二級(jí)級(jí)間匹配的作用。本公開提供的三線圈變壓器可實(shí)現(xiàn)三線圈之間耦合系數(shù)的相互獨(dú)立，便于電路設(shè)計(jì)，通過三線圈變壓器同時(shí)完成噪聲抵消和輸入匹配以及級(jí)間匹配，可大大減少芯片面積。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及三圈變壓器及具有該三線圈變壓器的低噪聲放大器。

背景技術(shù)

在過去十年里，毫米波技術(shù)無疑是發(fā)展最迅猛的之一。毫米波作為電磁波，其主要的應(yīng)用方向是通信和雷達(dá)。在毫米波系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的組件之一是低噪聲放大器(LNA)，它接收并放大來自天線的小信號(hào)，且具有良好的信噪比(SNR)。由于低噪聲放大器位于接收機(jī)的第一級(jí)，而接收機(jī)的第一級(jí)決定了鏈路的噪聲系數(shù)(NF)，因此它需要提供足夠的增益來抑制后級(jí)鏈路的噪聲。因此，如何優(yōu)化低噪聲放大器的噪聲性能和提高其功率增益一直是人們關(guān)注的重要問題。

在降低噪聲系數(shù)方面，F(xiàn).Bruccoleri提出的噪聲抵消技術(shù)(noise-cancelling)是一個(gè)很好的選擇，它可以在寬帶范圍降低低噪聲放大器的噪聲系數(shù)，傳統(tǒng)的噪聲抵消技術(shù)由兩路放大器組成，其中一路放大器為主要的信號(hào)通路放大器，稱為主放大器，另一路放大器稱輔放大器。其中主放大器的信號(hào)流與輔放大器的信號(hào)流同向，疊加增強(qiáng)；噪聲信號(hào)流則反向，疊加后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)主放大器噪聲信號(hào)流的抵消，并且可以證明這種抵消是寬帶的。除此之外，跨導(dǎo)增強(qiáng)技術(shù)也是一種提高低噪聲放大器增益并減小其噪聲的重要技術(shù)，跨導(dǎo)增強(qiáng)技術(shù)是在低噪聲放大器的跨導(dǎo)級(jí)晶體管的柵極和源極之間直接接入一反相放大器，該反相放大器可以提高跨導(dǎo)級(jí)晶體管的柵極和源極之間的電壓差，相當(dāng)于提升跨導(dǎo)晶體管的等效跨導(dǎo)。

在毫米波頻段下，因?yàn)殡娐返募纳^為嚴(yán)重，所以傳統(tǒng)的噪聲抵消結(jié)構(gòu)往往不能很好的抵消噪聲，并且額外的輔放大器通路所引入的寄生會(huì)帶來不可忽視的增益損耗。這使得毫米波頻段下使用傳統(tǒng)噪聲抵消技術(shù)的低噪聲放大器不會(huì)有太好的噪聲性能和增益性能。一種在毫米波頻段下實(shí)現(xiàn)噪聲抵消的方法是使用三線圈變壓器，不引入額外的輔放大器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)噪聲抵消和跨導(dǎo)提升。然而對(duì)于三線圈變壓器中的耦合系數(shù)，組成三線圈變壓器的三個(gè)電感之間具有互感關(guān)系，因此一旦設(shè)計(jì)好三線圈變壓器中其中兩個(gè)耦合系數(shù)，第三個(gè)耦合系數(shù)就被固定下來，可能無法同時(shí)得到需要的三個(gè)耦合系數(shù)，需要在指標(biāo)之間進(jìn)行折衷。

發(fā)明內(nèi)容

本公開旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本公開第一方面實(shí)施例提供的便于調(diào)節(jié)耦合系數(shù)的三線圈變壓器，包括：

第一電感線圈和第二電感線圈，均為具有封閉形狀的線圈，且兩者具有重疊；

第三電感線圈，為由第一主體和第二主體通過交叉跳線形成的“8”字型線圈，所述第一主體和第二主體均與所述第一電感線圈和所述第二電感線圈存在疊合，且所述交叉跳線不與所述第一電感線圈和所述第二電感線圈接觸。

在一些實(shí)施例中，所述第三電感線圈為對(duì)稱或非對(duì)稱的“8”字型線圈。

在一些實(shí)施例中，所述第三電感線圈與所述第一電感線圈的耦合系數(shù)同所述第一主體和所述第二主體分別與所述第一電感線圈的疊合面積之比成正相關(guān)。

在一些實(shí)施例中，所述第三電感線圈與所述第二電感線圈的耦合系數(shù)同所述第一主體和所述第二主體分別與所述第二電感線圈的疊合面積之比成正相關(guān)。

在一些實(shí)施例中，所述第一電感線圈和所述第二電感線圈為全等形狀。