專利名稱：一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路的制作方法
一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于模擬集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路。
背景技術(shù)：
阻性電壓并聯(lián)負反饋寬帶低噪聲放大器常采用噪聲電壓前饋型噪聲抵消電路(參見文獻[I]和附圖6)來降低噪聲。這種噪聲電壓前饋型噪聲抵消電路主要由跨導(dǎo)輸入級、阻性電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)、噪聲電壓信號檢測級和混合電壓信號合成級構(gòu)成，且跨導(dǎo)輸入級與阻性電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)組成電壓并聯(lián)負反饋放大器，噪聲電壓信號檢測級的輸入端與跨導(dǎo)輸入級的輸入端并聯(lián)，跨導(dǎo)輸入級的輸出端和噪聲電壓信號檢測級的輸出端分別與混合電壓信號合成級的兩個輸入端相連。其抵消噪聲的方式是通過噪聲電壓信號檢測級將噪聲電壓信號前饋并放大，然后在混合電壓信號合成級將大小相等極性相反的噪聲信號以及大小相等極性相同的信息信號相疊加以抵消噪聲信號?？梢?，這種噪聲電壓前饋型噪聲抵消電路的主要缺點是1)由于噪聲電壓信號檢測級的輸入端與跨導(dǎo)輸入級的輸入端是并聯(lián)的，因此噪聲電壓信號檢測級本身的噪聲不能被跨導(dǎo)輸入級所抑制；2)要求噪聲電壓信號檢測級具有較大的增益以抵消跨導(dǎo)輸入級和反饋網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的噪聲，因此該級的功耗和面積均較大；3)由于噪聲電壓信號檢測級的輸入端與跨導(dǎo)輸入級的輸入端是并聯(lián)的，對信息信號而言，其在混合電壓信號合成級相當于兩個單級放大器所放大的信號的疊加，所以信息信號的增益相對較小。為了克服傳統(tǒng)噪聲電壓前饋型噪聲抵消電路的上述缺點，本發(fā)明提出了一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路，其跨導(dǎo)輸入級、阻性電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)和混合電壓信號合成級這三級電路與傳統(tǒng)的噪聲電壓前饋型噪聲抵消電路是相同的，不同之處是引入了噪聲電流信號檢測級、噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級和噪聲電壓信號放大級，用以取代傳統(tǒng)噪聲電壓前饋型噪聲抵消電路中的噪聲電壓信號檢測級。其中，噪聲電流信號檢測級所檢測并前饋的是跨導(dǎo)輸入級所產(chǎn)生(或放大)的噪聲電流信號和信息電流信號，并通過噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級將噪聲電流信號和信息電流信號轉(zhuǎn)換成噪聲電壓信號和信息電壓信號，然后通過噪聲電壓信號放大級放大以滿足噪聲電壓信號抵消的條件。此外，在噪聲電流信號檢測級和混合電壓信號合成級之間引入了電流緩沖級用以阻斷由于米勒效應(yīng)而導(dǎo)致的源信號通過跨導(dǎo)輸入級和混合電壓信號合成級的直接前饋，并將噪聲電流信號檢測級和混合電壓信號合成級隔離。此時由于噪聲電流信號檢測級的輸入端與跨導(dǎo)輸入級的輸出端是串聯(lián)的，噪聲電流信號檢測級及其后續(xù)各級自身的噪聲可以被跨導(dǎo)輸入級所抑制，因此額外引入的這四級電路的噪聲貢獻相對較小。本發(fā)明的一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路，目前尚無相關(guān)的文獻介紹，亦未搜索到相關(guān)的專利文件
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的和要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路，由阻性電壓并聯(lián)負反饋放大電路和噪聲抵消電路兩部分構(gòu)成，其中所述的阻性電壓并聯(lián)負反饋放大電路由跨導(dǎo)輸入級I、電流緩沖級2和阻性電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)3組成；所述的噪聲抵消電路由噪聲電流信號檢測級4、噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級5、噪聲電壓信號放大級6和混合電壓信號合成級7組成。上述的跨導(dǎo)輸入級I、電流緩沖級2、噪聲電流信號檢測級3、噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級5和噪聲電壓信號放大級6均為四端口網(wǎng)絡(luò)，即兩個輸入端口和兩個輸出端口 ；上述的混合電壓信號合成級7為五端口網(wǎng)絡(luò),三個輸入端口和兩個輸出端口，且其中的一個輸入端口為其它兩個輸入端口的公共端。
上述的跨導(dǎo)輸入級I、噪聲電流信號檢測級4的輸入端、電流緩沖級2和阻性電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)3依次串聯(lián)，即所述跨導(dǎo)輸入級I的一個輸出端與所述噪聲電流信號檢測級4的一個輸入端連接，所述噪聲電流信號檢測級4的另一個輸入端與所述電流緩沖級2的一個輸入端連接，所述電流緩沖級2的另一個輸入端與所述電流緩沖級2的一個輸出端連接，所述電流緩沖級2的另一個輸出端與所述阻性電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)3的一端連接；所述阻性電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)3的另一端同時與所述跨導(dǎo)輸入級I的一個輸入端和信號源連接，所述跨導(dǎo)輸入級I的其余輸入端和輸出端均接地。上述的噪聲電流信號檢測級4的輸出端、噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級5、噪聲電壓信號放大級6、混合電壓信號合成級7和負載依次級聯(lián)，即所述噪聲電流信號檢測級4的輸出端與所述噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級5的輸入端相連，所述噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級5的輸出端與所述噪聲電壓信號放大級6的輸入端相連,所述噪聲電壓信號放大級6的輸出端與所述混合電壓信號合成級7的兩個輸入端相連，且其中一個為公共端，所述混合電壓信號合成級7的第三個輸入端與所上述電流緩沖級2的輸出端連接，所述混合電壓信號合成級7的輸出端與負載相連。上述的跨導(dǎo)輸入級I和噪聲電壓信號放大級6均為反相放大器，可以是單級共源極或單級共射極組態(tài)中的任一種。上述的電流緩沖級2可以采用單級共柵極或單級共基極組態(tài)中的任一種。上述的電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)3采用單個的電阻實現(xiàn)。上述的噪聲電流信號檢測級4采用電流傳感器或變壓器實現(xiàn)。上述的噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級5采用無源或有源的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)。若上述的噪聲電流信號檢測級4的輸出端所構(gòu)成回路的電流與其輸入端所構(gòu)成回路的電流方向相同，貝1J上述的混合電壓信號合成級7的輸出信號為其兩輸入信號之和，且采用由有源器件組成的加法電路實現(xiàn)，本發(fā)明中將這種類型的噪聲電流前饋型噪聲抵消電路稱為噪聲電流前饋“和”型噪聲抵消電路；若上述的噪聲電流信號檢測級4的輸出端所構(gòu)成回路的電流與其輸入端所構(gòu)成回路的電流方向相反，則上述的混合電壓信號合成級7的輸出信號為其兩輸入信號之差，且采用由有源器件組成的減法電路實現(xiàn)，本發(fā)明中將這種類型的噪聲電流前饋型噪聲抵消電路稱為噪聲電流前饋“差”型噪聲抵消電路。
本發(fā)明的一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路具有如下優(yōu)點和有益效果I、由于本發(fā)明的一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路中的噪聲抵消電路所檢測并前饋的是電流信號，其噪聲電流信號檢測級的輸入端與跨導(dǎo)輸入級的輸出端是串聯(lián)的，因此該噪聲抵消電路所產(chǎn)生的噪聲可以被跨導(dǎo)輸入級所抑制；2、由于本發(fā)明的一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路中的噪聲電流信號首先被噪聲電流信號檢測級檢測，然后被噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級轉(zhuǎn)換成電壓，這兩級電路對噪聲信號具有放大作用，這樣就可以減小噪聲電壓信號放大級的增益，從而減小了噪聲電壓 信號放大級的功耗和芯片面積；3、對信息信號而言，由于本發(fā)明的一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路中的跨導(dǎo)輸入級、噪聲電流信號檢測級、噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級和噪聲電壓信號放大級是級聯(lián)的，相當于兩級級聯(lián)放大器，因此信息信號的增益相對較大。


圖I是本發(fā)明的原理示意圖；圖2是圖I所示的一種噪聲電流前饋“和”型噪聲抵消電路的具體實現(xiàn)電路圖；圖3是圖I所示的一種噪聲電流前饋“差”型噪聲抵消電路的具體實現(xiàn)電路圖；圖4是圖2中各關(guān)鍵節(jié)點電壓或回路電流的信號示意圖以及噪聲抵消過程示意圖；圖5是圖3中各關(guān)鍵節(jié)點電壓或回路電流的信號示意圖以及噪聲抵消過程示意圖；圖6是傳統(tǒng)的噪聲電壓前饋型噪聲抵消電路的具體實現(xiàn)電路圖。圖7是基于O. 2 μ m GaAs p-HEMT工藝仿真的實施例圖2和圖6的噪聲系數(shù)(NF);圖8是基于O. 2 μ m GaAs p-HEMT工藝仿真的實施例圖2和圖6的輸入反射系數(shù)(Sll)和功率增益(S21)；圖中1.跨導(dǎo)輸入級，2.電流緩沖級，3.電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)，4.噪聲電流信號檢測級，5.噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級，6.噪聲電壓信號放大級，7.混合電壓信號合成級。
具體實施例方式為了加深對本發(fā)明的理解，下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的詳述，實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的規(guī)定。圖2和圖3所不為圖I的兩種基于場效應(yīng)管工藝的具體實施電路圖。如圖I、圖2和圖3所示的一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路，由阻性電壓并聯(lián)負反饋放大電路和噪聲抵消電路構(gòu)成。其中，所述的阻性電壓并聯(lián)負反饋放大電路由跨導(dǎo)輸入級I、電流緩沖級2和阻性電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)3組成；所述的噪聲抵消電路由噪聲電流信號檢測級4、噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級5、噪聲電壓信號放大級6和混合電壓信號合成級7組成。圖2是圖I所示的一種噪聲電流前饋“和”型噪聲抵消電路的具體實施電路圖。在圖2中，所述的跨導(dǎo)輸入級由單級共源極放大器VFlOl實現(xiàn)，所述的電流緩沖級2由單級共柵極放大器VF201實現(xiàn)，所述的電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)由反饋電阻Rf實現(xiàn)，所述的噪聲電流信號檢測級4由匝數(shù)比為I :1的集成變壓器TF401實現(xiàn)，所述的噪聲電流-電壓轉(zhuǎn)換級5由電阻R501構(gòu)成，所述的噪聲電壓信號放大級6由單級共源極放大器VF601實現(xiàn)，所述的混合電壓信號合成級7由單級共漏極放大器VF701實現(xiàn)。圖2中，所述的阻性電壓并聯(lián)負反饋放大電路由VF101、TF401的初級線圈、VF201和Rf構(gòu)成且依次串連，即源信號經(jīng)耦合電容Cl耦合至VFlOl的柵極，從VFlOl漏極輸出的電流信號經(jīng)過TFlOl的初級線圈輸入至VF201的源極，VF201的漏極與Rf的一端以及VF701的柵極相連，Rf的另一端與VFlOl的柵極相連，VFlOl的源極接地，VF201的柵極接供電電源Ue2。所述的噪聲抵消電路由TF401的次級線圈、R501、VF601和VF701構(gòu)成且依次級連，即TF401次級線圈的同名端同時連接R501的一端和VF601的柵極，R501的另一端和VF601的源極均接地，VF601的漏極與VF701的源極相連后所輸出的電壓信號經(jīng)耦合電容C2輸出至負載，VF701的漏極接供電電源VDD，TF401次級線圈的異名端接供電電源Ug30 VFB1、VFB2、VFB3和電阻RBl構(gòu)成鏡像電流源，為VF10UVF201和VF601提供偏置電流，即VFB1、VFB2與VFB3的源極均接供電電源VDD，VFBl的柵極和VFBl的漏極、VFB2的柵極、VFB3的柵極以及電阻RBl的一端相連，RBl的另一端接地，VFB3的漏極與VF601的漏極相連。上述晶體管中，VF101、VF201、VF601和VF701為N溝道場效應(yīng)管，VFBU VFB2和VFB3為P溝道場效應(yīng)管。其中VFlOl與VF201的尺寸相同，VFBl與VFB2的尺寸相同。圖3是圖I所示的一種噪聲電流前饋“差”型噪聲抵消電路的具體實施電路圖。圖3中的跨導(dǎo)輸入級I、電流緩沖級2、阻性電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)3和噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級5與圖2相同，但其噪聲電流信號檢測級4和混合電壓信號合成級7與圖2不同。具體而言，在圖3中所述的噪聲電流信號檢測級4仍由匝數(shù)比為I :1集成變壓器TF401實現(xiàn)但其次級線圈的連接方式與圖2相反，即TF401次級線圈的異名端同時連接R501的一端和VF601的柵極，其同名端接供電電源Ue3;所述的混合電壓信號合成級7由共漏極放大器VF701和VF702以及匝數(shù)比為萬；I且初級線圈具有中間抽頭的集成變壓器TF701實現(xiàn)。VF701的柵極接VF201的漏極而VF702的柵極接VF601的漏極，VF701和VF702的源極分別與TF701初級線圈的兩端相連；TF701初級線圈的中間抽頭接地，TF701次級線圈的兩端分別與負載的兩端相連，VF701和VF702的漏極接供電電源VDD。圖3中的其它各部分電路及其連接方式與圖2相同?；贠. 2 μ m GaAs p-HEMT工藝，在O. 5 2GHz的工作頻段，用ADS軟件對本實施例圖2和圖6所示電路的性能進行了仿真，結(jié)果如圖7和圖8所示?？梢钥闯?，本實施例圖 2的噪聲系數(shù)(NF)為O. 67 O. 71dB，輸入反射系數(shù)(Sll)小于-14dB，其功率增益(S21)為23 28dB。而在具有相似電路結(jié)構(gòu)和相同的偏置電流時，傳統(tǒng)的噪聲電壓前饋型噪聲抵消電路(圖6)的噪聲系數(shù)NF為O. 71 O. 73dB，輸入反射系數(shù)Sll小于-lldB，其功率增益S21為18 20dB。可見，在具有相同功耗時，較之于傳統(tǒng)的噪聲電壓前饋型噪聲抵消電路，本發(fā)明的一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路的噪聲抵消效果更好。
權(quán)利要求
1.一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路，由阻性電壓并聯(lián)負反饋放大電路和噪聲抵消電路組成，其特征在于所述的阻性電壓并聯(lián)負反饋放大電路由跨導(dǎo)輸入級(I)、電流緩沖級(2)和阻性電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)(3)組成；所述的噪聲抵消電路由噪聲電流信號檢測級(4)、噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級(5)、噪聲電壓信號放大級(6)和混合電壓信號合成級(7)組成；其中所述的跨導(dǎo)輸入級(I)、電流緩沖級(2)、噪聲電流信號檢測級(4)、噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級(5)和噪聲電壓信號放大級(6)均為四端ロ網(wǎng)絡(luò)，即兩個輸入端口和兩個輸出端ロ ；所述的混合電壓信號合成級(7)為五端ロ網(wǎng)絡(luò)，即三個輸入端口和兩個輸出端ロ，且其中的一個輸入端ロ為其它兩個輸入端ロ的公共端；所述的跨導(dǎo)輸入級(I )、噪聲電流信號檢測級(4)的輸入端、電流緩沖級(2)和阻性電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)(3)依次串聯(lián)，即所述跨導(dǎo)輸入級(I)的ー個輸出端與所述噪聲電流信號檢測級(4)的ー個輸入端連接，所述噪聲電流信號檢測級(4)的另ー個輸入端與所述電流緩沖級(2)的ー個輸入端連接，所述電流緩沖級(2)的另ー個輸入端與所述電流緩沖級(2)的ー個輸出端連接，所述電流緩沖級(2)的另ー個輸出端與所述阻性電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)(3)的一端連接；所述阻性電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)(3)的另一端同時與所述跨導(dǎo)輸入級(I)的一個輸入端和信號源連接，所述跨導(dǎo)輸入級(I)的其余輸入端和輸出端均接地；所述的噪聲電流信號檢測級(4)的輸出端、噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級(5)、噪聲電壓信號放大級(6)、混合電壓信號合成級(7)和負載依次級聯(lián)，即所述噪聲電流信號檢測級(4)的輸出端與所述噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級(5)的輸入端相連,所述噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級(5)的輸出端與所述噪聲電壓信號放大級(6)的輸入端相連,所述噪聲電壓信號放大級(6)的輸出端與所述混合電壓信號合成級(7)的兩個輸入端相連，且其中ー個為公共端，所述混合電壓信號合成級(7)的第三個輸入端與所述電流緩沖級(2)的輸出端連接，所述混合電壓信號合成級(7)的輸出端與負載相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噪聲電流前饋型噪聲抵消電路，其特征是所述的電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)(3)采用單個的電阻實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噪聲電流前饋型噪聲抵消電路，其特征是所述的噪聲電流信號檢測級(4)采用電流傳感器或變壓器實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噪聲電流前饋型噪聲抵消電路，其特征是所述的跨導(dǎo)輸入級(I)和噪聲電壓信號放大級(6)均為反相放大器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種噪聲電流前饋型噪聲抵消電路，由阻性電壓并聯(lián)負反饋放大電路和噪聲抵消電路構(gòu)成，其中，所述的阻性電壓并聯(lián)負反饋放大電路由跨導(dǎo)輸入級、電流緩沖級和阻性電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)組成；所述的噪聲抵消電路由噪聲電流信號檢測級、噪聲電流-電壓信號轉(zhuǎn)換級、噪聲電壓信號放大級和混合電壓信號合成級組成且依次級聯(lián)；所述的跨導(dǎo)輸入級、噪聲電流信號檢測級的輸入端、電流緩沖級和電壓并聯(lián)負反饋網(wǎng)絡(luò)依次串聯(lián)；所述電流緩沖級的輸出端同時與所述混合電壓信號合成級的三個輸入端中的一個輸入端相連。由于所述噪聲抵消電路自身的噪聲可以被所述的跨導(dǎo)輸入級所抑制，因此本發(fā)明的噪聲抵消效果比傳統(tǒng)的噪聲電壓前饋型噪聲抵消電路好。
文檔編號H03F1/26GK102651633SQ20121015158
公開日2012年8月29日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者張冰, 李效龍, 田雨波, 解志斌 申請人:江蘇科技大學(xué)