本發(fā)明主要涉及低噪聲放大器領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種促進(jìn)低噪聲放大器的帶寬增強(qiáng)的電路及方法，以峰化低噪聲放大器的高頻增益，從而產(chǎn)生寬帶增益響應(yīng)。

背景技術(shù)：

放大器是一種電子設(shè)備，其能夠通過(guò)從電源中獲取能量并控制以較大振幅與輸入信號(hào)形狀相匹配的輸出，來(lái)提高信號(hào)的功率。在這種意義上，放大器能夠調(diào)制電源，以使得輸出信號(hào)強(qiáng)于輸入信號(hào)。放大器與衰減器實(shí)際上相對(duì)：在放大器提供增益的同時(shí)，衰減器提供損耗。

放大器可以是單個(gè)器件或另一設(shè)備內(nèi)的電路。放大能力對(duì)于現(xiàn)代電子裝置而言是基本的，并且放大器廣泛用于電子器件。放大器的類型可以以不同方式進(jìn)行分類。一種是通過(guò)放大電信號(hào)的頻率：音頻放大器可以在不足20khz的音頻(聲音)范圍內(nèi)放大信號(hào)，并且射頻(rf)放大器可以在20khz到300ghz的射頻范圍內(nèi)放大頻率。另一考慮是放大電壓或電流。因此，放大器可以被劃分為電壓放大器、電流放大器、跨導(dǎo)放大器以及跨阻放大器。

晶體管是用于放大或開關(guān)電信號(hào)的半導(dǎo)體設(shè)備。它由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，所述半導(dǎo)體器件具有至少三個(gè)端口以連接外部電路。施加到晶體管一對(duì)端口的電壓或電流改變了通過(guò)另一對(duì)端口的電壓或電流。因?yàn)槭芸?輸出)功率可以高于控制(輸入)功率，所以晶體管能夠放大信號(hào)。某些晶體管可以單獨(dú)封裝，但許多是應(yīng)用在集成電路中。

針對(duì)晶體管的作用對(duì)其加以利用，以使用施加于其一對(duì)端口之間的小信號(hào)，從而控制另一對(duì)端口輸出更大信號(hào)。這種屬性被稱為增益。它能夠產(chǎn)生與較弱的輸入信號(hào)成比例增強(qiáng)的輸出信號(hào)、電壓、或電流；即，它能夠用作放大器。另外地，晶體管可以在電路中用作電控開關(guān)，以接通或關(guān)斷電流，其中，由另一電路元件來(lái)確定電流量。

上述涉及放大器的背景資料僅用于提供對(duì)晶體管的文本概觀，并不是窮舉的。在閱讀如下概述和詳細(xì)描述時(shí)，與放大器有關(guān)的其它文本可變得更加顯而易見。

由于低噪聲放大器的帶寬特征可能與系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率密切相關(guān)，因此在接收器中，低噪聲放大器可以連接在天線或頻帶選擇濾波器之后，作為第一有效放大級(jí)。常用低噪聲放大器拓?fù)溆蟹植际椒糯笃?、共柵極放大器、和并聯(lián)電阻反饋放大器。然而，由于諸如大芯片尺寸、高dc功耗、較差的噪聲系數(shù)等缺陷，使得這些拓?fù)湓趹?yīng)用中受到一定限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于寬帶低噪聲放大器的上述缺陷，本發(fā)明提供一種有效的基于變壓器-峰化的增益帶寬增強(qiáng)技術(shù)，以通過(guò)將變壓器嵌入在共柵極晶體管的柵極和漏極端子之間，來(lái)將傳統(tǒng)的源極負(fù)反饋共源共柵低噪聲放大器延伸到寬帶應(yīng)用。這種嵌入的變壓器能夠引入附加的高頻共軛極點(diǎn)對(duì)其能夠?qū)⒃鲆娼德淦鹗键c(diǎn)推向更高頻率，峰化更高頻率增益，進(jìn)而拓寬放大器增益帶寬。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種促進(jìn)低噪聲放大器的帶寬增強(qiáng)的電路，包括：第一晶體管，所述第一晶體管包括：第一柵極；第一漏極；以及第一源極；第二晶體管，所述第二晶體管包括：第二柵極；第二漏極；以及第二源極；其中，所述第一晶體管和所述第二晶體管組成共源共柵拓?fù)?；以及變壓器，其中，所述變壓器嵌入在所述第二晶體管的所述第二柵極和所述第二漏極之間。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種促進(jìn)低噪聲放大器的帶寬增強(qiáng)的電路，包括：第一電感器；電容器，其中，所述第一電感器和所述電容器并聯(lián)，產(chǎn)生電感電容對(duì)；第一晶體管，所述第一晶體管包括：第一柵極；第一漏極；以及第一源極；第二晶體管，所述第二晶體管包括：第二柵極；第二漏極；以及第二源極；其中，所述第一晶體管和所述第二晶體管布置在共源共柵拓?fù)渲校灰约白儔浩?，所述變壓器包括：第二電感器，其中，所述第二電感器包括第一自感；第三電感器，其中，所述第三電感器包括第二自感；以及互感，所述互感包括所述第一自感和所述第二自感之間的耦合。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種促進(jìn)低噪聲放大器的帶寬增強(qiáng)的方法，包括如下步驟：形成第一晶體管，所述第一晶體管包括：第一柵極、第一源極、以及第一漏極；形成第二晶體管，所述第二晶體管包括：第二柵極、第二源極、以及第二漏極，從而產(chǎn)生共源共柵拓?fù)渲械乃龅谝痪w管和所述第二晶體管；在所述第二柵極和所述第二漏極之間嵌入變壓器，其中，所述嵌入變壓器生成共軛極點(diǎn)對(duì)，以將增益降落起始頻率增加到更高頻率，從而拓寬增益帶寬；以及在輸入點(diǎn)處形成帶通濾波器的電感電容對(duì)，以在高低頻率下形成兩個(gè)諧振點(diǎn)。

本發(fā)明實(shí)施例的促進(jìn)低噪聲放大器的帶寬增強(qiáng)的電路及方法，通過(guò)將變壓器嵌入在共柵極晶體管的柵極和漏極之間，來(lái)將傳統(tǒng)的源極負(fù)反饋共源共柵低噪聲放大器延伸到寬帶寬。這種嵌入的變壓器能夠引入附加的高頻共軛極點(diǎn)對(duì)，其能夠?qū)⒃鲆娼德淦鹗键c(diǎn)推向更高頻率，峰化更高頻率增益，進(jìn)而拓寬放大器增益帶寬。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的具有變壓器峰化的放大器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的片上變壓器的幾何形狀的示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的用于對(duì)比的電感峰化共源共柵低噪聲放大器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的使用變壓器峰化技術(shù)實(shí)現(xiàn)寬帶增益響應(yīng)和使用lc輸入匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)寬帶輸入匹配的低噪聲放大器電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為圖4所示的寬帶低噪聲放大器的仿真s參數(shù)圖。

圖6為變壓器峰化的低噪聲放大器的s平面中的極點(diǎn)和零點(diǎn)的示意圖。

圖7為圖1中的變壓器峰化和圖3中的電感峰化的低噪聲放大器的前仿真增益帶寬對(duì)比示意圖，此時(shí)輸入匹配未做寬帶化處理。

圖8為變壓器峰化的低噪聲放大器的后仿真和測(cè)量的s參數(shù)的示意圖。

圖9為變壓器峰化的低噪聲放大器的布局后仿真和測(cè)量的噪聲系數(shù)的示意圖。

圖10為變壓器峰化的低噪聲放大器的測(cè)量輸入1db壓縮點(diǎn)和輸入的三階攔截點(diǎn)的示意圖。

圖11為本發(fā)明實(shí)施例的用于制造具有寬帶增益響應(yīng)和輸入匹配的可行低噪聲放大器的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在以下描述中，陳述了大量具體細(xì)節(jié)，從而提供對(duì)各種實(shí)施方式的全面理解。相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到可以在沒(méi)有一個(gè)或多個(gè)這樣的具體細(xì)節(jié)的情況下，或者可以利用其他方法、部件、材料等實(shí)施在此所述的技術(shù)。在其它實(shí)例中，未示出或詳細(xì)描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料、或操作，以避免使某些方面模糊。

本說(shuō)明書通篇提及的“一個(gè)實(shí)施方式”或“實(shí)施方式”意思是所描述的與實(shí)施方式有關(guān)的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在至少一個(gè)實(shí)施方式中。因此，在整篇說(shuō)明書中各個(gè)不同地方出現(xiàn)的表述“在一個(gè)實(shí)施方式中”、“一方面”或“在實(shí)施方式中”不一定都指同一實(shí)施方式。而且，具體特征、結(jié)構(gòu)、或者特性可以以任一適當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中。

如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“組件”、“系統(tǒng)”、“接口”等指的是計(jì)算機(jī)相關(guān)的實(shí)體，硬件、軟件(例如，執(zhí)行中的)、和/或固件。例如，組件可以是處理器、運(yùn)行于處理器上的進(jìn)程、對(duì)象、可執(zhí)行的、程序、存儲(chǔ)設(shè)備、和/或計(jì)算機(jī)。作為說(shuō)明，運(yùn)行在服務(wù)器上的應(yīng)用和服務(wù)器都可以是組件。一個(gè)或多個(gè)組件可以存在于進(jìn)程中，并且組件可以位于一個(gè)計(jì)算機(jī)上和/或分布在兩個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)之間。

進(jìn)而，這些組件可從具有存儲(chǔ)其上的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中執(zhí)行。組件可通過(guò)本地和/或遠(yuǎn)程進(jìn)程通信，諸如根據(jù)具有一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)信息包的信號(hào)(例如，來(lái)自與本地系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)中另一組件交互的一個(gè)組件的數(shù)據(jù)，和/或來(lái)自通過(guò)信號(hào)經(jīng)例如因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等與其它系統(tǒng)交互的組件的數(shù)據(jù))。

作為另一示例，組件可以是具有由電氣或電子電路操作的機(jī)械零件提供的特定功能的裝置；電氣或電子電路可以由一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行的軟件應(yīng)用或硬件應(yīng)用來(lái)進(jìn)行操作；一個(gè)或多個(gè)處理器可以在裝置的內(nèi)部或外部，并且可以執(zhí)行至少一部分的軟件或硬件應(yīng)用。作為又一示例，組件可以是通過(guò)電子組件而沒(méi)有機(jī)械零件提供特定功能的裝置；電子組件可以包括其中的一個(gè)或多個(gè)處理器，以執(zhí)行授予至少一部分電子組件的功能的軟件和/或硬件。一方面，組件能夠經(jīng)由虛擬機(jī)(例如，在云計(jì)算系統(tǒng)內(nèi))模擬電子組件。

在本文中使用的詞語(yǔ)“示例性”和/或“說(shuō)明性”意味著用作示例、實(shí)例或說(shuō)明。為了避免疑義，此處公開的主題不限于那些示例。此外，本文稱為“示例性”和/或“說(shuō)明性”的任何方面或設(shè)計(jì)不一定解釋成相對(duì)于其他方面或設(shè)計(jì)優(yōu)選或有利，也不意味著排除本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的等效示例性結(jié)構(gòu)和技術(shù)。此外，就在說(shuō)明書或權(quán)利要求書中使用術(shù)語(yǔ)“包括”、“具有”、“含有”以及其他類似詞匯而言，這些術(shù)語(yǔ)旨在以與類似于術(shù)語(yǔ)“包括”作為開放的過(guò)渡詞的方式解釋而不排除任何附加或其他元素。

如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“推斷”一般是指從如經(jīng)由事件和/或數(shù)據(jù)俘獲的一組觀測(cè)來(lái)推出或推斷系統(tǒng)的狀態(tài)、環(huán)境、用戶和/或意圖的過(guò)程。捕獲數(shù)據(jù)和事件可以包括：用戶數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)、隱式數(shù)據(jù)、顯式數(shù)據(jù)等。例如，基于對(duì)數(shù)據(jù)和事件的考慮，推斷可用于識(shí)別具體上下文或動(dòng)作，或可生成所關(guān)注的狀態(tài)的概率分布。

推斷還可指用于從一組事件和/或數(shù)據(jù)組成高級(jí)事件的技術(shù)。這樣的推斷導(dǎo)致從一組觀察的事件和/或存儲(chǔ)的事件數(shù)據(jù)中構(gòu)成新的事件或動(dòng)作，而不管事件是否在時(shí)間上緊密相關(guān)，也不論事件和數(shù)據(jù)是否來(lái)自一個(gè)還是多個(gè)事件和數(shù)據(jù)源。各種分類方式和/或系統(tǒng)(例如，支持向量機(jī)(supportvectormachine)、類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(neuralnetwork)、專家系統(tǒng)(expertsystem)、貝氏信賴網(wǎng)絡(luò)(bayesianbeliefnetwork)、模糊邏輯(fuzzylogic)、和資料融合引擎(datafusionengine))與進(jìn)行與本公開主題相關(guān)的自動(dòng)化和/或推斷動(dòng)作相關(guān)地采用。

此外，所公開的主題可以使用產(chǎn)生控制計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)所公開的主題的軟件、固件、硬件或其任意組合的標(biāo)準(zhǔn)編程和/或工程技術(shù)而被實(shí)現(xiàn)為方法、裝置或制品。如此處所用的術(shù)語(yǔ)“制品”旨在包含可從任何計(jì)算機(jī)可讀設(shè)備、載波或介質(zhì)訪問(wèn)的計(jì)算機(jī)程序。例如，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括但不限于磁存儲(chǔ)設(shè)備(例如硬盤、軟盤、磁條)、光盤(例如壓縮光盤(cd)、數(shù)字多功能盤(dvd)、藍(lán)光disc^tm(bd))、智能卡和閃存設(shè)備(例如卡、棒、密鑰驅(qū)動(dòng)(keydrive))；和/或模擬存儲(chǔ)設(shè)備和/或任一上述計(jì)算機(jī)-可讀介質(zhì)的虛擬設(shè)備。

作為本文所示各種實(shí)施方式的概述，為了校正上述識(shí)別出的缺陷和傳統(tǒng)低噪聲放大器的其他缺點(diǎn)，本文呈現(xiàn)出帶寬增強(qiáng)技術(shù)，以峰化高頻增益。

雙極性晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管在電路中的使用方法中存在細(xì)微差異。雙極性晶體管具有標(biāo)注端子的基極、集電極與發(fā)射極。在基極端子處的小電流(即，在基極和發(fā)射極之間流動(dòng))能夠控制或切換集電極與發(fā)射極端子之間的更大電流。對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fet)，端子被標(biāo)注為柵極、源級(jí)和漏極，且柵極處的電壓可以控制源級(jí)和漏極之間的電流。因此，應(yīng)當(dāng)注意的是，所公開的方法和技術(shù)不限于互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)設(shè)備；還可以應(yīng)用諸如雙極這樣的任何其他的半導(dǎo)體制造工藝。

已經(jīng)在諸如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信系統(tǒng)這樣的諸多應(yīng)用中使用了低噪聲放大器。它們能夠?qū)邮掌餍阅芷鸬疥P(guān)鍵作用。本公開包括低噪聲放大器，其在共源共柵拓?fù)渲胁捎们对诠矕艠O晶體管的漏極和柵極端子之間的片上變壓器(on-chiptransformer)。由于共源共柵放大器的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)(包括反向隔離和更高增益)，其已被廣泛地應(yīng)用。然而，在并未采用其它帶寬增強(qiáng)技術(shù)的情況下，由于共源共柵放大器的輸入和輸出電感電容(lc)諧振網(wǎng)絡(luò)，其可表現(xiàn)出窄帶響應(yīng)。本公開提出一種帶寬增強(qiáng)技術(shù)，以峰化共源共柵低噪聲放大器的高頻增益，從而獲得寬帶增益響應(yīng)。因此，可以將頻率降落起始點(diǎn)(rolling-offfrequency)推向更高頻率，有效地增強(qiáng)帶寬，并且在所期望的頻帶之外降落的、所伴隨的帶外增益快速降落可有助于抑制干擾。進(jìn)而，該技術(shù)能夠?qū)蓚€(gè)電感器合并到一個(gè)堆疊的變壓器中，引入設(shè)計(jì)用的一個(gè)額外的自由度(耦合系數(shù)：m)，并為工程設(shè)計(jì)節(jié)省昂貴的芯片成本。

應(yīng)當(dāng)注意的是，本公開不限于僅一個(gè)共源共柵級(jí)(cascodestage)。還可以使用采用所提出的基于變壓器的帶寬技術(shù)的、具有多個(gè)共源共柵級(jí)的任意其它放大器。本發(fā)明權(quán)利要求所述的基于變壓器的帶寬技術(shù)還可以應(yīng)用于寬帶應(yīng)用中使用的緩沖放大器、混頻放大器、和/或功率放大器。

在此描述的是能夠促進(jìn)放大器的帶寬增強(qiáng)并且可以與任何類型的音頻、電信、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)、及其他電子應(yīng)用設(shè)備結(jié)合來(lái)實(shí)施的系統(tǒng)、方法、產(chǎn)品、和其他實(shí)施方式或?qū)嵤├?/p>

圖1-圖11示例了可以通過(guò)峰化高頻增益，來(lái)提高低噪聲放大器性能的技術(shù)和方法。為解釋簡(jiǎn)明起見，方法(或算法)被描繪和描述為一系列動(dòng)作?？梢岳斫夂兔靼?，各種實(shí)施方式不受所示的動(dòng)作和/或動(dòng)作次序的限制。例如，動(dòng)作可以按各種次序和/或并發(fā)地發(fā)生，以及與此處未示出和描述的其它動(dòng)作一起發(fā)生。此外，并非所有所示動(dòng)作都是對(duì)實(shí)現(xiàn)方法所必需的。此外，這些方法可替代地可以表示為通過(guò)一個(gè)狀態(tài)圖相互關(guān)聯(lián)的一系列狀態(tài)或者表示為一系列事件。另外，此后所公開的方法能夠被存儲(chǔ)在制品(例如，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì))上，以便于把此類方法傳送和轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)。如此處所用的術(shù)語(yǔ)“制品”旨在包含可從任何計(jì)算機(jī)可讀設(shè)備、載波或介質(zhì)訪問(wèn)的計(jì)算機(jī)程序，包括非短暫的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D1，所示的是本發(fā)明實(shí)施例的具有為峰化高頻增益的變壓器峰化技術(shù)的放大器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，包括兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fieldeffecttransistor，fet)100、102。其中，fet100可以用作電壓-電流變換器，以提供信號(hào)放大用的適當(dāng)?shù)目鐚?dǎo)。fet102能夠在輸出端消除米勒電容并提供高輸出阻抗，從而有利于反向隔離和更高增益。包括嵌于圖1所示的fet102的柵極和漏極之間的電感器112、114、116的變壓器可以用于峰化增益響應(yīng)，從而拓寬增益帶寬。

在本實(shí)施例中，通過(guò)fet100和電感器104、106來(lái)實(shí)現(xiàn)電感負(fù)反饋共源級(jí)。仔細(xì)選擇電感器104、106可以從fet100中抵消柵極-源極電容cgs并在窄帶中實(shí)現(xiàn)匹配50ω(歐姆)的實(shí)阻抗部。共源極晶體管100的柵極電壓可以由電阻器108來(lái)偏置。片上變壓器由電感器112、114和互感116構(gòu)成。作為無(wú)源部件，片上變壓器可以提供共柵偏置電壓。另一電阻器110在片上變壓器和fet102的共柵極漏極之間連接，可以有效地消除電路中可能的不穩(wěn)定性。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2，所示的是片上變壓器的幾何形狀的一個(gè)示意圖。片上變壓器可以由電感器112、114構(gòu)成，且互感116可以通過(guò)在如圖2的幾何形狀所示的cmos處理工藝200的頂部和次頂部金屬層上堆疊兩個(gè)線圈來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D3，所示的是本發(fā)明實(shí)施例用于對(duì)比的電感峰化共源共柵低噪聲放大器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。輸出電壓vout位于電感器310和fet302的漏極之間。電阻器312可以位于電感器310、fet302的漏極、接地、和輸出vout之間。fet300的另一漏極可以連接到fet302的源極。fet300的源極可以導(dǎo)向另一電感器306，該另一電感器306然后連接到另一接地。fet300的柵極可以連接到電阻器308和電感器304。電感器304還可以連接到輸入電壓vin。

現(xiàn)在參照?qǐng)D4，所示的是本發(fā)明實(shí)施例的具有通過(guò)使用所提出的變壓器-峰化技術(shù)實(shí)現(xiàn)寬帶增益響應(yīng)和使用lc輸入匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)寬帶輸入匹配的寬帶低噪聲放大器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。變壓器-峰化技術(shù)拓寬增益帶寬，并且由于共源共柵拓?fù)涞牧己酶綦x，對(duì)期望頻帶中匹配的輸入具有較小的影響。圖1示出了基于窄帶輸入匹配的寬帶增益響應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)寬帶應(yīng)用中可行的低噪聲放大器，低噪聲放大器需同時(shí)具有寬帶輸入匹配和寬帶增益響應(yīng)。由于共源共柵放大器的良好輸入輸出隔離性，實(shí)現(xiàn)高頻增益峰化后，其寬帶輸入匹配可以在源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)窄帶匹配基礎(chǔ)上，利用額外匹配電路實(shí)現(xiàn)，如圖4，并聯(lián)lc對(duì)可以在輸入端形成帶通濾波器，以在高低頻處形成兩個(gè)諧振點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)寬帶輸入匹配性能。其它更多實(shí)施例，同樣適用。

將圖1中的變壓器-峰化技術(shù)和輸入端的并聯(lián)lc對(duì)進(jìn)行組合，可以產(chǎn)生圖4的具有寬帶增益響應(yīng)和寬帶輸入匹配的低噪聲放大器。放大器電路示意圖可以包括兩個(gè)級(jí)聯(lián)的fet400、402。fet400可以作為電壓-電流變換器，以提供信號(hào)放大用的適當(dāng)?shù)目鐚?dǎo)。fet402可以消除米勒電容并在輸出端子處提供更高的輸出阻抗，從而促進(jìn)更高的反向隔離和更高的增益。在共柵極晶體管的柵極和漏極端子之間嵌入，變壓器412、414、416可以生成新的共軛極點(diǎn)對(duì)(其執(zhí)行如圖6和圖7所示的弱阻尼和峰化高頻增益)。在輸入節(jié)點(diǎn)vin處進(jìn)行分流，包括電感器418和電容器420的并聯(lián)lc電路可以生成如圖5所示的寬帶輸入匹配。

可以通過(guò)fet400和電感器404、406來(lái)實(shí)現(xiàn)電感負(fù)反饋共源。仔細(xì)選擇電感器404、406可以消除來(lái)自fet400的柵極-源極電容cgs并產(chǎn)生窄帶匹配50ω(歐姆)的實(shí)阻抗部，相當(dāng)于串聯(lián)電阻(r)lc網(wǎng)絡(luò)。在電感負(fù)反饋共源級(jí)等效的串聯(lián)rlc電路之前可以并聯(lián)lc對(duì)418、420，可在高低頻處形成兩個(gè)諧振點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)寬帶輸入匹配性能。共源極晶體管400的柵極電壓可以由電阻器408偏置。片上變壓器可以由電感器412、414和互感416構(gòu)成。作為無(wú)源部件，片上變壓器可以提供共柵偏置電壓。另一電阻器410可以在片上變壓器和fet402的共柵極漏極之間連接，有效地消除可能的不穩(wěn)定性。輸出電壓vout在電阻器410和電感器414之間。

現(xiàn)在參照?qǐng)D5，所示的是在中國(guó)臺(tái)灣半導(dǎo)體制造公司65納米(nm)射頻(rf)cmos工藝中的圖4所示的低噪聲放大器的示例性的、仿真s參數(shù)圖。通過(guò)嵌入的變壓器和在輸入節(jié)點(diǎn)處關(guān)聯(lián)的lc對(duì)，低噪聲放大器能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)從20ghz到36ghz的寬帶增益和輸入匹配。

現(xiàn)在參照?qǐng)D6，所示的是在變壓器峰化的低噪聲放大器的s平面中極點(diǎn)和零點(diǎn)的示意圖。在柵極和漏極之間嵌入片上變壓器可以在左半s平面中構(gòu)造附加的共軛極點(diǎn)對(duì)，以將增益降落起始點(diǎn)頻率推向更高頻率點(diǎn)。在并使用變壓器峰化的情況下，傳統(tǒng)漏極電感峰化低噪聲放大器僅具有一個(gè)單極(s＝p1)和一個(gè)共軛極點(diǎn)對(duì)(s＝p2-p2*)，并且其共軛極點(diǎn)對(duì)由于阻尼性能限制的、具有窄帶增益響應(yīng)。在采用變壓器峰化之后，它能夠引入一個(gè)新的共軛極點(diǎn)對(duì)，即p3和p3*。通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)變壓器參數(shù)(電感器412、414和互感416)，p3和p3*能夠在高于ωn1的頻率ωn2下出現(xiàn)，并且形成第二共軛極點(diǎn)對(duì)產(chǎn)生弱阻尼，補(bǔ)償從第一極對(duì)降落的增益并峰化高頻增益。另外，p3-p3*可以形成有準(zhǔn)效頻帶帶外的快速降低，這將有助于抑制干擾信號(hào)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D7，所示的是變壓器峰化的低噪聲放大器的模擬帶寬增強(qiáng)的示意圖。所提出的低噪聲放大器可以展現(xiàn)出與傳統(tǒng)漏極電感峰化共源共柵低噪聲放大器相比的拓寬的帶寬。變壓器可以等同于三個(gè)t形的電感器，其中兩個(gè)自感和一個(gè)互感。在沒(méi)有考慮體效應(yīng)和溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)的情況下，所提出的低噪聲放大器拓?fù)淇梢跃哂幸粋€(gè)零點(diǎn)(s＝z1)、一個(gè)單極(s＝p1)，和兩個(gè)共軛極點(diǎn)對(duì)(s＝p2-p2*，p3-p3*)(其依次出現(xiàn)在如圖6所示的z1、p1、p2-p2*、和p3-p3*的工作頻帶中)。因此，增益可以從低頻(z1)中增加，在第一極點(diǎn)(p1)處變平，然后遇到兩個(gè)共軛極點(diǎn)對(duì)(p2-p2*和p3-p3*)，展現(xiàn)出平坦增益響應(yīng)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D8-圖10，為了校驗(yàn)所提出的變壓器峰化技術(shù)的設(shè)計(jì)理念，低噪聲放大器在tsmc0.18μmrfcmos工藝(其具有包括直流(dc)和690μm×550μm的rf整個(gè)芯片尺寸)中實(shí)施。通過(guò)晶片上探測(cè)測(cè)試來(lái)執(zhí)行測(cè)量，用以校驗(yàn)設(shè)計(jì)理念。占有與其自感相同的芯片尺寸的、由頂部和次頂部金屬層制成的片上變壓器由電磁(em)模擬方法模擬。

現(xiàn)在參照?qǐng)D8，所示的是變壓器峰化的低噪聲放大器的布局后模擬和測(cè)量的s參數(shù)的示意圖。在引入插入在共柵極變壓器的柵極和漏極之間的變壓器之后，低噪聲放大器可以示出寬帶寬(3-10ghz)和平坦增益響應(yīng)。共源共柵低噪聲放大器的降落起始點(diǎn)頻率可以通過(guò)使用所提出的技術(shù)，從大約6ghz推高到10ghz。因此，共源共柵低噪聲放大器的3db帶寬可以有效地拓寬。所測(cè)量的低噪聲放大器的峰值增益是9.4db，同時(shí)3dbbw的范圍從2.9ghz到9.4ghz，這與模擬結(jié)果基本相符。測(cè)量示出8ghz頻率處s11<-15db。由于共源共柵拓?fù)涞母綦x，所提出的技術(shù)輸入阻抗和噪聲系數(shù)影響很小。

現(xiàn)在參照?qǐng)D9，所示的是變壓器峰化的低噪聲放大器的布局后模擬和測(cè)量的噪聲系數(shù)的示意圖?？梢员容^所模擬和測(cè)量的噪聲系數(shù)，分別示出2db和2.7db的最低噪聲系數(shù)。在所關(guān)注的頻帶上所測(cè)量的噪聲系數(shù)可以獲得平均3db。

現(xiàn)在參照?qǐng)D10，所示的是變壓器峰化的低噪聲放大器的測(cè)量輸入1db壓縮點(diǎn)和輸入的三階攔截點(diǎn)的示意圖。輸入1db壓縮點(diǎn)可以在5ghz下達(dá)到-9dbm?？梢栽?ghz下進(jìn)行雙音測(cè)試(two-tonetests)(具有1mhz頻率間隔)，以表征化輸入的三階攔截點(diǎn)。所公開的低噪聲放大器可以實(shí)現(xiàn)如圖10所示的4dbm的輸入三階攔截點(diǎn)。采用變壓器-峰化技術(shù)的制造的低噪聲放大器可以在高頻率下展現(xiàn)出拓寬的帶寬，維持良好的噪聲系數(shù)，輸入三階攔截點(diǎn)性能，并平衡緊湊的芯片尺寸。

現(xiàn)在參照?qǐng)D11，為本發(fā)明實(shí)施例的用于制造具有寬帶增益響應(yīng)和輸入匹配的可行低噪聲放大器的方法流程圖。如圖11所示，步驟s1100，形成第一晶體管，其包括：第一柵極、第一源極、以及第一漏極。步驟1102，形成第二晶體管，其包括：第二柵極、第二源極、以及第二漏極，使第一晶體管和第二晶體管布置在共源共柵拓?fù)渲?。步驟s1104，在所述第二柵極和所述第二漏極之間嵌入變壓器，其中，所述嵌入變壓器生成共軛極對(duì)，以將增益滾降起始頻率增加到更高頻率，從而拓寬增益帶寬；嵌入變壓器的步驟還包括在頂部和/或次頂部金屬層上堆疊線圈。另外，電阻器可以形成在變壓器和第一漏極之間。步驟s1106，在輸入節(jié)點(diǎn)使用寬帶輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，如并聯(lián)的電感電容對(duì)，以在寬頻帶內(nèi)形成匹配。。

以上對(duì)于本主題公開的所述實(shí)施方式的描述，包括摘要中所描述的，并不是窮舉性的或者將所公開的實(shí)施方式限于所公開的精確形式。在此描述的特定實(shí)施方式和實(shí)施例出于說(shuō)明目的，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到在這種實(shí)施方式和實(shí)施例的范圍內(nèi)可能存在各種變形。

對(duì)此，雖然在此已經(jīng)結(jié)合了各種實(shí)施方式和相應(yīng)附圖來(lái)描述主題，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，如果適用的話，可使用其它類似實(shí)施方式，或者可對(duì)所描述的實(shí)施方式進(jìn)行修改和添加從而執(zhí)行所公開主題的相同、相似、另選或替代功能但不與之背離。因此,所公開的主題不應(yīng)限制于在此描述的任何單個(gè)實(shí)施方式,而是應(yīng)當(dāng)根據(jù)所附權(quán)利要求書的廣度與范疇來(lái)解釋。