一種基于交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器電路的制作方法
【專利摘要】一種交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器，包括CG輸入級、級聯(lián)級、電阻負(fù)載級，CG輸入級包括NMOS管M2，級聯(lián)級包括NMOS管M3。電阻負(fù)載級包括電阻RL1和RL，M2的源極通過節(jié)點(diǎn)X連接至地，漏極接至電阻RL1負(fù)端，RL1正端接至電源VDD，M3的漏極連接至電阻RL2負(fù)端，RL2正端接至電源VDD，射頻輸入信號(hào)Vi從節(jié)點(diǎn)X輸入，從M2的漏極輸出信號(hào)Vout+，從M3的漏極輸出信號(hào)Vout-，M3的柵極通過耦合電容連接節(jié)點(diǎn)X，M2的柵極通過耦合電容連接M3的源極，串聯(lián)的信號(hào)源和信號(hào)源內(nèi)阻通過耦合電容串接于節(jié)點(diǎn)X，Vb2、Vb3分別通過偏置電阻為M2和M3提供偏置電壓。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：通過在CG輸入級和級聯(lián)級之間使用電容交叉耦合反饋技術(shù)，使放大器獲得低的噪聲指數(shù)的同時(shí)又具有低功耗。
【專利說明】一種基于交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于集成電路領(lǐng)域，尤其涉及一種低噪聲放大器。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著當(dāng)今各種制式通訊協(xié)議的廣泛應(yīng)用（比如數(shù)字電視，WIFI，以及藍(lán)牙等），兼 容多個(gè)通信協(xié)議的軟件無線電技術(shù)變得越發(fā)重要。正因如此，近年來業(yè)界對寬帶收發(fā)技術(shù) 的研發(fā)與日俱增。因?yàn)長NA(低噪聲放大器）通常是接收機(jī)的第一級，其噪聲至關(guān)重要，所 以在寬帶內(nèi)的LNA噪聲優(yōu)化問題成為了寬帶接收技術(shù)的關(guān)鍵。此外，低噪聲的獲得也不能 用大功耗來交換，因?yàn)榈凸耐瑯邮切酒O(shè)計(jì)的重要主題。
[0003] 迄今為止，有兩種普遍使用的寬帶LNA拓?fù)洌阂环N是單端共柵（CG)LNA，另一種是 共柵-共源（CG-CS)LNA。兩種結(jié)構(gòu)都采用了共柵極輸入結(jié)構(gòu)，具備大的帶寬和良好的隔離 特性。注意到單端CGLNA的噪聲較大，可以利用如圖1所示的電容交叉耦合（CCC)反饋 加以改善（W. Zhuo, X. Li, S. Shekhar, S. Η· K. Embabi, J. Pineda de Gyvez, D. J. Allstot, and E. Sanchez-Sinencio, "A capacitor cross-coupled common-gate low noise amplifier, IEEE Trans. Circuits Syst. II, Express Briefs, vol. 52, no. 12, pp. 875 -879, Dec. 2005.)。不幸的是，CCC CG LNA需要一個(gè)片外的巴倫來將單端輸入轉(zhuǎn)換為差分輸 入。但是寬帶的片外無源巴倫通常都有高的損耗，這對接收機(jī)的噪聲極其不利。通常地，為 了驅(qū)動(dòng)后級的差分混頻器和從天線接收單端信號(hào)，巴倫LNA顯得特別有吸引力。綜合起來， 這使得如圖 2 所示的巴倫 CG-CS LNA 更具競爭力（5.(：.81331〇11661'3.4.]\11(1111^61'^，0· M. ff. Leenaerts, and B. Nauta, "Wideband balun-LNA with simultaneous output balancing, noise-canceling and distortion-canceling, ''IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 43, no. 6, pp. 1341 - 1350, Jun. 2008)。此外，它的噪聲消除特性使得兼有良 好的線性度。即便如此，為了獲得低的噪聲指數(shù)，其CS級將消耗大的功率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種能夠獲得低的噪聲指數(shù)、又具有低功耗 的交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器。
[0005] 本發(fā)明采用以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問題的：一種交叉耦合反饋的寬頻帶低噪 聲放大器，包括CG輸入級、級聯(lián)級、電阻負(fù)載級；
[0006] 所述CG輸入級包括NM0S管M2,級聯(lián)級包括NM0S管M3。電阻負(fù)載級包括電阻Ru 和電阻&，NM0S管M2的源極通過節(jié)點(diǎn)X連接至地，NM0S管M2的漏極連接至電阻Ru負(fù)端， 電阻R u正端接至電源VDD，NM0S管M3的柵極通過耦合電容連接到節(jié)點(diǎn)X，NM0S管M2的柵 極通過耦合電容連接到節(jié)點(diǎn)M，節(jié)點(diǎn)Μ連接到NM0S管M3的源極，依次串聯(lián)的信號(hào)源Vs和信 號(hào)源內(nèi)阻Rs，通過耦合電容串接于節(jié)點(diǎn)X，NM0S管M3的漏極連接至電阻心負(fù)端，電阻 正端接至電源V DD，射頻輸入信號(hào)Vi從節(jié)點(diǎn)X處輸入，Vb2、Vb3分別通過偏置電阻為NM0S管 M2和M3提供偏置電壓，從NM0S管M2的漏極輸出信號(hào)Vout+，從NM0S管M3的漏極輸出信 號(hào) Vout-。
[0007] 作為進(jìn)一步優(yōu)化的，所述CG輸入級還包括電感Ls，NM0S管M2的源極通過節(jié)點(diǎn)X 連接至電感Ls正端，電感Ls負(fù)端連接到地。
[0008] 作為優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明一種交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器還包括堆疊結(jié) 構(gòu)的CS輸入級，所述堆疊結(jié)構(gòu)的CS輸入級包括NM0S管Ml、PM0S管M4。所述NM0S管Ml、 PM0S管M4的柵極均通過隔直電容連接到節(jié)點(diǎn)X，NM0S管Ml的源極連接到地，M4源極連接 至電源VDD，NM0S管Ml和PM0S管M4的漏極連接到節(jié)點(diǎn)M，NM0S管Ml的襯底直接連接于節(jié) 點(diǎn)X，PM0S管M4的襯底通過隔直電容連接于節(jié)點(diǎn)X，且PM0S管M4的襯底通過偏置電阻連 接于電源V DD，Vbl、Vb4分別通過大的偏置電阻為NM0S管Ml和PM0S管M4提供偏置電壓，射 頻輸入信號(hào)從CG輸入極的NM0S管M2的源極輸入，一路經(jīng)過CG輸入級同相放大后于NM0S 管M2的漏極輸出信號(hào)Vout+，另一路經(jīng)過堆疊結(jié)構(gòu)的CS輸入級反相放大后于NM0S管M3的 漏極輸出信號(hào)Vout-。
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0010] 通過在CG輸入級的晶體管和級聯(lián)級的晶體管之間使用電容交叉耦合反饋技術(shù)， 低噪放的跨導(dǎo)得以提升。此外，堆疊結(jié)構(gòu)的CS輸入級的晶體管的體效應(yīng)被利用進(jìn)一步增大 跨導(dǎo)，使得本發(fā)明有顯著降低電路功耗和低電源電壓工作的優(yōu)點(diǎn)，并可以在寬帶內(nèi)獲得較 高的增益，以及較低的噪聲指數(shù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是現(xiàn)有的電容交叉耦合反饋共柵輸入低噪聲放大器原理圖；
[0012] 圖2是現(xiàn)有的共柵-共源巴倫低噪聲放大器原理圖；
[0013] 圖3是本發(fā)明一種交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器的原理圖；
[0014] 圖4是本發(fā)明一種交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器的增益結(jié)果曲線；
[0015] 圖5是本發(fā)明一種交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器的噪聲結(jié)果曲線
[0016] 圖6是本發(fā)明一種交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器的IIP3結(jié)果圖

【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018] 請參閱圖3,整體上，本發(fā)明一種交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器為寬帶CMOS CG-CS結(jié)構(gòu)，包括CG輸入級、級聯(lián)級、電阻負(fù)載級。
[0019] CG輸入級包括NM0S管M2和電感Ls，級聯(lián)級包括NM0S管M3。電阻負(fù)載級包括電 阻Ru和電阻& 2。
[0020] NM0S管M2的源極通過節(jié)點(diǎn)X連接至電感Ls正端，電感Ls負(fù)端連接到地。NM0S管 M2的漏極連接至電阻Ru負(fù)端，電阻Ru正端接至電源VDD。特別地，NM0S管M3的柵極通過 耦合電容連接到節(jié)點(diǎn)X，NM0S管M2的柵極通過耦合電容連接到節(jié)點(diǎn)M，節(jié)點(diǎn)Μ連接到NM0S 管M3的源極。依次串聯(lián)的信號(hào)源Vs和信號(hào)源內(nèi)阻Rs，通過耦合電容串接于節(jié)點(diǎn)X。
[0021] NM0S管M3的漏極連接至電阻L負(fù)端，電阻L正端接至電源VDD。
[0022] 射頻輸入信號(hào)Vi從節(jié)點(diǎn)X處輸入，Vb2、Vb3分別通過大的偏置電阻為NM0S管M2 和M3提供偏置電壓，從NMOS管M2的漏極輸出信號(hào)Vout+，從NMOS管M3的漏極輸出信號(hào) Vout-〇
[0023] 作為優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明一種交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器還包括堆疊結(jié) 構(gòu)的CS輸入級。
[0024] 所述堆疊結(jié)構(gòu)的CS輸入級包括NM0S管M1、PM0S管M4。所述NM0S管M1、PM0S管 M4的柵極均通過隔直電容連接到節(jié)點(diǎn)X。NM0S管Ml的源極連接到地，M4源極連接至電源 VDD。NM0S管Ml和PM0S管M4的漏極連接到節(jié)點(diǎn)M。NM0S管Ml的襯底直接連接于節(jié)點(diǎn)X， PM0S管M4的襯底通過隔直電容連接于節(jié)點(diǎn)X，且PM0S管M4的襯底通過偏置電阻連接于電 源 VDD。
[0025] Vbl、Vb4分別通過大的偏置電阻為NMOS管Ml和PM0S管M4提供偏置電壓。
[0026] 射頻輸入信號(hào)從CG輸入極的NM0S管M2的源極輸入，一路經(jīng)過CG輸入級同相放 大后于NM0S管M2的漏極輸出信號(hào)Vout+，另一路經(jīng)過堆疊結(jié)構(gòu)的CS輸入級反相放大后于 NM0S管M3的漏極輸出信號(hào)Vout-。
[0027] CG輸入級的主要作用是輸入阻抗匹配，級聯(lián)級的主要功能是減小堆疊結(jié)構(gòu)的CS 輸入極的晶體管的寄生柵-漏電容的米勒效應(yīng)。同時(shí)，它能夠增加輸出阻抗和提高輸入輸 出之間的隔離度。在NM0S管M2和M3之間使用了電容交叉耦合反饋，用于提高它們的跨導(dǎo)。 此外，在堆疊結(jié)構(gòu)的CS輸入級的采用了體耦合技術(shù)（Ml的襯底直接連接于節(jié)點(diǎn)X，M4的襯 底通過隔直電容，連接于節(jié)點(diǎn)X，且M4的襯底通過偏置電阻連接于電源V DD)來進(jìn)一步增加 有效跨導(dǎo)，這有利于CS輸入極的低噪聲和低功耗特性。而且，在節(jié)點(diǎn)X處的扼流電感Ls和 節(jié)點(diǎn)等效寄生電容產(chǎn)生并聯(lián)諧振，構(gòu)成整個(gè)帶寬內(nèi)的輸入匹配。
[0028] 通過對具有交叉耦合反饋的CG-CS LNA的小信號(hào)分析，其電壓增益可以表示為：

【權(quán)利要求】
1. 一種交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器，包括CG輸入級、級聯(lián)級、電阻負(fù)載級，所 述CG輸入級包括NMOS管M2,級聯(lián)級包括NMOS管M3。電阻負(fù)載級包括電阻R u和電阻&， 所述NMOS管M2的源極連接節(jié)點(diǎn)X，NMOS管M2的漏極連接至電阻Ru負(fù)端，電阻R u正端接 至電源VDD，NMOS管M3的漏極連接至電阻心負(fù)端，電阻L正端接至電源V DD，射頻輸入信 號(hào)Vi從節(jié)點(diǎn)X處輸入，從NMOS管M2的漏極輸出信號(hào)Vout+，從NMOS管M3的漏極輸出信號(hào) Vout-，其特征在于：所述NMOS管M3的柵極通過耦合電容連接到節(jié)點(diǎn)X，NMOS管M2的柵極 通過耦合電容連接到節(jié)點(diǎn)M，節(jié)點(diǎn)Μ連接到NMOS管M3的源極，依次串聯(lián)的信號(hào)源Vs和信號(hào) 源內(nèi)阻Rs，通過耦合電容串接于節(jié)點(diǎn)X，V b2、Vb3分別通過偏置電阻為NMOS管M2和M3提供 偏置電壓。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于：所述 CG輸入級還包括電感Ls，NMOS管M2的源極通過節(jié)點(diǎn)X連接至電感Ls正端，電感Ls負(fù)端 連接到地。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于： 所述交叉耦合反饋的寬頻帶低噪聲放大器還包括堆疊結(jié)構(gòu)的CS輸入級，所述堆疊結(jié)構(gòu)的 CS輸入級包括NMOS管Ml、PM0S管M4,所述NMOS管Ml、PM0S管M4的柵極均通過隔直電容 連接到節(jié)點(diǎn)X，NMOS管Ml的源極連接到地，M4源極連接至電源V DD，NMOS管Ml和PM0S管 M4的漏極連接到節(jié)點(diǎn)M，NMOS管Ml的襯底直接連接于節(jié)點(diǎn)X，PM0S管M4的襯底通過隔直 電容連接于節(jié)點(diǎn)X，且PM0S管M4的襯底通過偏置電阻連接于電源V DD，Vbl、Vb4分別通過大的 偏置電阻為NMOS管Ml和PM0S管M4提供偏置電壓。
【文檔編號(hào)】H03F1/26GK104065346SQ201410300735
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】郭本青 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所