CN103036509A - 适用于低噪声放大器的偏置电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于低噪声放大器的偏置电路，该偏置电路与低噪声放大器中的共源NMOS管和共栅NMOS管上的栅极外接的两个管脚相连接，其特征在于，所述偏置电路包括：12个MOS管401～406、410～415，8个电阻416～423和3个二极管407～409连接组合而成。本发明具有使能控制功能，能够提供两种模式的输出偏置：第一种，在低噪声放大器的工作模式中提供偏置，实现温度补偿和超宽范围的电压补偿，即保证低噪声放大器的噪声系数、增益不随温度和电源电压波动。第二种，在低噪声放大器的空闲模式提供另一种偏置，实现可靠性补偿，防止晶体管击穿。本发明还能够大大降低电路的复杂度，减小芯片面积和成本。

Description

适用于低噪声放大器的偏置电路

技术领域

本发明涉及模拟电路领域，尤其是涉及一种适用于低噪声放大器的偏置电路。

背景技术

现有技术中，低噪声放大器（LNA，Low Noise Amplifier）是射频接收机中的关键部件，它处于接收机的前端，其噪声系数、增益等性能直接影响着接收机的灵敏度。

LNA的性能受工作环境影响很大，这主要指两方面：

第一、是环境温度的变化，射频系统一般工作在-40℃~80℃的环境温度下，随着温度升高，热噪声增加，LNA的噪声系数也会显著恶化；

第二、是电源电压的波动，一般情况，随着电源电压下降，供电电流降低，增益会降低，而且噪声系数也会恶化。

因此，LNA需要一个稳定的偏置电路才能正常工作，要求其偏置电路具有温度补偿和电压补偿的功能。

在现代移动通信终端中，电池的电压范围是3.7V~4.2V，而且随着使用时间的推移，供电电池的电压还会逐渐下降。因此，如果采用电池输出直接给放大器供电，必须在一个宽范围波动的电源下（一般是3.3V~4.2V）保持稳定的性能。

在实际终端中，为了解决这个问题，一般是采用电源管理芯片（PMU）给核心芯片（处理器、基带、收发器等）供电。PMU能提供一个稳定的电压，输出电压值主要有3.3V，2.8V，1.8V，这三种都是业界的标准输出电压值。客户系统会根据实际情况，灵活采用3.3V或2.8V或1.8V的电压供电。因此，作为一个能兼容不同客户系统的放大器，要求能工作在电源电压1.8V~3.3V，甚至上限至电池电压范围即1.8V~4.2V。在电路设计中应该留有余量，比如设计成1.5V~4.5V可稳定工作。这就要求放大器的偏置电路具有超宽范围的电压补偿功能。

在现有的技术方案中，偏置电路一般有两个输入电压，如图1所示，Vbias101和VDD 102都是偏置电路的输入端，Vout 103是偏置电路的输出端。根据实际电路情况，可能具有多个输出端。Vbias 101一般是一个不随温度和电源电压变化的基准参考电压，而VDD 102则是指前述的电源电压。

基于图1所示的方案，由于Vbias 101稳定，能实现Vout 103不随温度波动，不随电源电压102波动。但是这一方案要求一个稳定的基准电压101，比如通过额外的低压差线性稳压器（LDO）提供，这无疑会增加LNA应用复杂性，降低其通用性。因此，对于LNA的偏置电路，理想的方案是图1所示的101和102接一起，都通过电源电压供电，偏置电路只需要一个电源VDD，而通过设计具有补偿功能的偏置电路，实现Vout输出不随温度和VDD波动。另外，LNA存在两种模式，除了正常工作模式，还有空闲模式。在空闲模式需要关断放大器晶体管，降低功耗。因此，偏置电路需要具备使能控制的功能，在空闲模式时，偏置输出置为0，使放大器不耗电。

CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）是实现LNA的优选工艺，它具有低功耗、高集成度、低成本的优势。射频通路的放大器一般采用最小栅长的NMOS晶体管设计，因为最小栅长的NMOS管寄生电容小，截止频率ft高，高频增益高，噪声性能好。但最小栅长的MOS管有一个缺点是击穿电压低，尤其是反向PN结的击穿电压低，这个反向PN结存在于漏区（Drain）与衬底（Body）之间，以及源区（Source）与衬底之间。一般是把MOS管的Source和Body短接在一起的，因此，反向PN结击穿电压限制了放大器所能工作的最高电压即VDS。对于2.5V工艺NMOS器件，其反向PN结的击穿电压大约为3V左右，其VDS不能超过3V。基于CMOS工艺的LNA，一个重要的问题就是MOS管的击穿问题。在应用中，LNA的电源管脚可能一直挂接在某一电源电压或电池上，因此，应保证低噪声放大器的晶体管在工作模式和空闲模式都不被击穿。

为了克服MOS管低击穿电压的缺点，一般是采用图2所示的共源共栅结构（cascode）。NMOS管201是共源结构，NMOS管202是共栅结构，电容203是输入端的隔直电容，电容205并联在NMOS管202与地之间，形成一个交流接地点，保证NMOS管202的共栅连接。电阻204和电阻206的分别接NMOS管201和NMOS管202的栅极，偏置电路分别通过管脚Vg1和Vg2为201和202提供栅压偏置。电感207串联在202的漏极与电源之间，电容208串联在202的漏极与输出端RFout之间，207与208通过谐振形成一个选频网络，作为LNA的输出匹配。

如图2所示，低噪声放大器的VDD固定接在系统电源，而201和202堆叠起来，最高工作电压可到6V。在正常工作模式下，通过合理设计201和202的静态工作点，能够避免201和202的击穿。但在空闲模式下，关断栅极偏置Vg1和Vg2，当Vg1=Vg2=0V时，NMOS管202的漏区和衬底的反向PN结承受着电源电压VDD，超出了反向PN结的击穿电压，会导致NMOS管202损坏。为了避免空闲模式下的器件击穿，要求Vg2不能为0，或者要求Vg1=Vg2=VDD=0。

如图3所示，是解决空闲模式下器件击穿电压问题的一种方案。低压差线性稳压器（LDO）309连接在电源VDD上，其输出电压为VOUT。当使能控制端EN有效时（即工作模式），VOUT才有输出；当EN无效时（即空闲模式），VOUT输出电压为0。309的输出电压VOUT供给放大器的负载电感307以及偏置电路。当EN无效时，NMOS 301和NMOS 302的栅极、源极、漏极电压均为0V，克服了击穿问题。但是图3的方案无疑会增加电路的复杂度。LDO 309的输出电压VOUT需要足够大的滤波电容。还有，为了满足一定的电流输出能力，LDO内部需要一个足够大尺寸的PMOS管，这将大大增加芯片面积和成本。

因此，对于低噪声放大器来说，如何设计出一种既能现温度补偿和超宽范围的电压补偿，又能实现可靠性补偿，防止晶体管击穿，便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于低噪声放大器的偏置电路及采用其的移动终端，以解决现有无法有效减小射频功率放大集成电路的芯片面积、降低产品制作成本的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于低噪声放大器的偏置电路，该偏置电路与低噪声放大器中的共源NMOS管和共栅NMOS管上的栅极外接的两个管脚相连接，其特征在于，所述偏置电路包括：12个MOS管401~406、410~415，8个电阻416~423和3个二极管407~409连接组合而成；其中，

所述12个MOS管包括：8个厚栅氧的MOS管401~406、410、415和4个薄栅氧的MOS管411、412、413、414；

所述厚栅氧的MOS管401、403、404、405、415的栅极连接到同一个第一控制电位上；

所述厚栅氧的MOS管402的栅极和厚栅氧的MOS管410连接到第二控制电位上；

所述厚栅氧的MOS管401~405的源极均连接到电源上，所述厚栅氧的MOS管401的漏极连接到电阻416的一端；

所述厚栅氧的MOS管403的漏极连接到电阻419的一端；所述厚栅氧的MOS管404的漏极连接到电阻420的一端；

所述厚栅氧的MOS管402的漏极连接到厚栅氧的MOS管406的源极；

所述厚栅氧的MOS管406的栅极连接到其漏极上并与所述薄栅氧的MOS管413的栅极相连；

所述厚栅氧的MOS管405的漏极与薄栅氧的MOS管413的漏极相连；

所述薄栅氧的MOS管413的源极与薄栅氧的MOS管414的漏极相连；所述薄栅氧的MOS管414的源极同时与所述电阻423的一端、厚栅氧的MOS管415的漏极以及第一管脚Vg1相连接，该薄栅氧的MOS管414的栅极同时与电阻421的一端和薄栅氧的MOS管411的漏极相连；

所述薄栅氧的MOS管412的源极同时与电阻422的一端和薄栅氧的MOS管411的栅极相连接，该薄栅氧的MOS管412的漏极与电阻420的另一端相连，该薄栅氧的MOS管412的栅极同时与电阻419和电阻421的另一端相连；

所述薄栅氧的MOS管411的源极、电阻422的另一端、电阻423的另一端、厚栅氧的MOS管415的源极、厚栅氧的MOS管410的源极以及二极管409的负极均与地相连；

所述二极管407~409依次正负极堆叠相连，该二极管407的正极与所述电阻416的另一端相连；

所述厚栅氧的MOS管410的漏极与电阻418的一端相连；

所述电阻418的另一端同时与所述电阻417的一端和第二管脚Vg2相连；

所述电阻417另一端与所述薄栅氧的MOS管413的栅极相连。

进一步地，其中，所述8个厚栅氧的MOS管401~406、410、415采用的是厚栅氧的5V的MOS管。

进一步地，其中，所述4个薄栅氧的MOS管411、412、413、414采用的是栅氧较薄的2.5V的MOS管。

进一步地，其中，所述偏置电路为具有工作模式和空闲模式的偏置电路；其中，

所述第二控制电位是所述偏置电路的使能控制端，所述第一控制电位是所述第二控制电位的逻辑非输出，当所述第二控制电位为高电平，所述第一控制电位为低电平时，所述低噪声放大器处于所述工作模式；反之，当所述第二控制电位为低电平，所述第一控制电位为高电平时，所述低噪声放大器处于所述空闲模式。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种适用于低噪声放大器的偏置电路，该偏置电路与低噪声放大器中的共源NMOS管和共栅NMOS管上的栅极外接的两个管脚相连接，其特征在于，所述偏置电路包括：9个MOS管401、402、406、410~415，8个电阻416~423和3个二极管407~409连接组合而成；其中，

所述12个MOS管包括：5个厚栅氧的MOS管401、402、406、410、415和4个薄栅氧的MOS管411、412、413、414；

所述厚栅氧的MOS管401、415的栅极连接到同一个第一控制电位上；

所述厚栅氧的MOS管402的栅极和厚栅氧的MOS管410连接到第二控制电位上；

所述厚栅氧的MOS管401、402的源极均连接到电源上，所述厚栅氧的MOS管401的漏极同时与所述电阻416、419、420的一端和薄栅氧的MOS管413的漏极相连接；

所述厚栅氧的MOS管402的漏极连接到厚栅氧的MOS管406的源极；

所述厚栅氧的MOS管406的栅极连接到其漏极上并与所述薄栅氧的MOS管413的栅极相连；

所述厚栅氧的MOS管405的漏极与薄栅氧的MOS管413的漏极相连；

所述薄栅氧的MOS管413的源极与薄栅氧的MOS管414的漏极相连；所述薄栅氧的MOS管414的源极同时与所述电阻423的一端、厚栅氧的MOS管415的漏极以及第一管脚Vg1相连接，该薄栅氧的MOS管414的栅极同时与电阻421的一端和薄栅氧的MOS管411的漏极相连；

所述薄栅氧的MOS管412的源极同时与电阻422的一端和薄栅氧的MOS管411的栅极相连接，该薄栅氧的MOS管412的漏极与电阻420的另一端相连，该薄栅氧的MOS管412的栅极同时与电阻419和电阻421的另一端相连；

所述薄栅氧的MOS管411的源极、电阻422的另一端、电阻423的另一端、厚栅氧的MOS管415的源极、厚栅氧的MOS管410的源极以及二极管409的负极均与地相连；

所述二极管407~409依次正负极堆叠相连，该二极管407的正极与所述电阻416的另一端相连；

所述厚栅氧的MOS管410的漏极与电阻418的一端相连；

所述电阻418的另一端同时与所述电阻417的一端和第二管脚Vg2相连；

所述电阻417另一端与所述薄栅氧的MOS管413的栅极相连。

进一步地，其中，所述8个厚栅氧的MOS管401~406、410、415采用的是厚栅氧的5V的MOS管。

进一步地，其中，所述4个薄栅氧的MOS管411、412、413、414采用的是栅氧较薄的2.5V的MOS管。

进一步地，其中，所述偏置电路为具有工作模式和空闲模式的偏置电路；其中，

所述第二控制电位是所述偏置电路的使能控制端，所述第一控制电位是所述第二控制电位的逻辑非输出，当所述第二控制电位为高电平，所述第一控制电位为低电平时，所述低噪声放大器处于所述工作模式；反之，当所述第二控制电位为低电平，所述第一控制电位为高电平时，所述低噪声放大器处于所述空闲模式。

与现有技术相比，本发明所述的一种适用于低噪声放大器的偏置电路，达到了如下效果：

1）本发明所述的一种适用于低噪声放大器的偏置电路，使用单一电源供电，具有使能控制功能，能够提供两种模式的输出偏置：

第一种，在低噪声放大器的工作模式中提供偏置，实现温度补偿和超宽范围的电压补偿，即保证低噪声放大器的噪声系数、增益不随温度和电源电压波动。

第二种，在低噪声放大器的空闲模式提供另一种偏置，实现可靠性补偿，防止晶体管击穿。

2）本发明所述的一种适用于低噪声放大器的偏置电路，还能够大大降低了电路的复杂度，减小芯片面积和成本。

附图说明

图1是现有技术中的放大器偏置电路示意图。

图2是现有技术中的cascode低噪声放大器电路示意图。

图3是现有技术中的解决击穿电压问题的一种cascode低噪声放大器电路示意图。

图4是本发明实施例一所述的一种适用于低噪声放大器的偏置电路结构图。

图5（a）~图5（c）为采用图4所示本发明的偏置电路后Vg1上两种温度补偿方式的结果对比图。

图6（a）~图6（b）为采用图4所示本发明的偏置电路后的低噪声放大器的的增益和噪声系数随VDD的曲线的变化曲线图。

图7是本发明实施例二所述的一种适用于低噪声放大器的偏置电路结构图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

如图4所示（其中涉及到cascode低噪声放大器电路结构表述如图2），为本发明实施例一所述的一种适用于低噪声放大器的偏置电路，该偏置电路与低噪声放大器中的共源NMOS管和共栅NMOS管上的栅极外接的两个管脚（第一管脚Vg1和第二管脚Vg2）相连接，其特征在于，该偏置电路包括：12个MOS管401~406、410~415，8个电阻416~423和3个二极管407~409连接组合而成；其中，

所述12个MOS管包括：8个厚栅氧的MOS管401~406、410、415（这里采用的是厚栅氧的5V MOS管）和4个薄栅氧的MOS管411、412、413、414（这里采用的是栅氧较薄的2.5V MOS管）；

所述厚栅氧的MOS管401、403、404、405、415的栅极连接到同一个第一控制电位（EN_N）上，所述厚栅氧的MOS管402的栅极和厚栅氧的MOS管410连接到第二控制电位（EN）上，所述厚栅氧的MOS管401~405的源极均连接到电源（VDD）上，所述厚栅氧的MOS管401的漏极连接到电阻416的一端，所述厚栅氧的MOS管403的漏极连接到电阻419的一端；所述厚栅氧的MOS管404的漏极连接到电阻420的一端；所述厚栅氧的MOS管402的漏极连接到厚栅氧的MOS管406的源极；所述厚栅氧的MOS管406的栅极连接到其漏极上并与所述薄栅氧的MOS管413的栅极相连；所述厚栅氧的MOS管405的漏极与薄栅氧的MOS管413的漏极相连；所述薄栅氧的MOS管413的源极与薄栅氧的MOS管414的漏极相连；所述薄栅氧的MOS管414的源极同时与所述电阻423的一端、厚栅氧的MOS管415的漏极以及第一管脚Vg1相连接，该薄栅氧的MOS管414的栅极同时与电阻421的一端和薄栅氧的MOS管411的漏极相连；所述薄栅氧的MOS管412的源极同时与电阻422的一端和薄栅氧的MOS管411的栅极相连接，该薄栅氧的MOS管412的漏极与电阻420的另一端相连，该薄栅氧的MOS管412的栅极同时与电阻419和电阻421的另一端相连；所述薄栅氧的MOS管411的源极、电阻422的另一端、电阻423的另一端、厚栅氧的MOS管415的源极、厚栅氧的MOS管410的源极以及二极管409的负极均与地相连；所述二极管407~409依次正负极堆叠相连，该二极管407的正极与所述电阻416的另一端相连；所述厚栅氧的MOS管410的漏极与电阻418的一端相连；所述电阻418的另一端同时与所述电阻417的一端和第二管脚Vg2相连；所述电阻417另一端与所述薄栅氧的MOS管413的栅极相连。

如图7所示，为本发明实施例二所述的一种适用于低噪声放大器的偏置电路，其中，在图4中的所述厚栅氧的MOS管401、403、404、405都由同一控制电位（EN_N）控制，在图7中还可以将厚栅氧的MOS管401、403、404、405合并成一个厚栅氧的MOS管（PMOS管）401，其中，图7与图4的连接变化在于：

所述PMOS管401的漏极同时与所述电阻416、419、420的一端和薄栅氧的MOS管413的漏极相连接。具体连接结构如图7所示。

这里需要说明的是：

本发明实施例中之所以采用2.5V的MOS管，是因为其阈值电压Vth低，ft高，但击穿电压较低，VDS耐压约为3V。相比之下，5V的MOS管的阈值电压Vth较高，导通电阻较大，ft较低，其击穿电压较高，VDS耐压最大可达8V，因此其可靠性设计自由度大，没有击穿电压的风险。

第二控制电位（EN）是偏置电路的使能控制端，第一控制电位（EN_N）是第二控制电位（EN）的逻辑非输出。当第二控制电位（EN）为高电平，第一控制电位（EN_N）为低电平时，表示LNA处于工作模式；反之，当第二控制电位（EN）为低电平，第一控制电位（EN_N）为高电平时，表示LNA处于空闲模式。

另外，厚栅氧的MOS管（PMOS管）401~405都只起开关的作用，它们的源极都连接到电源电压（VDD），VDS需要承受较高的电压，所以采用厚栅氧的5V的MOS管。厚栅氧的MOS管406是反比例宽长比PMOS管的二极管连接形式，它等效成一个大电阻。同时，厚栅氧的NMOS管410和415也起开关的作用。

为了与cascode低噪声放大器电路中2.5V的NMOS管相匹配，温度补偿和电压补偿电路的薄栅氧的MOS管（核心管）411~414也采用2.5V的NMOS管，它们工作在饱和区。

如图4或7所示，整个偏置电路可以分成左右两部分，左半部分的MOS管401、402、416、406、407~409、417、418、410构成第二管脚Vg2的偏置电路，为图2所示的cascode低噪声放大器电路中共栅管202提供栅极偏置电压。图4中其余的器件构成Vg1的偏置电路，为图2所示的cascode低噪声放大器电路中共源管201提供栅极偏置电压。

cascode低噪声放大器电路中，共源NMOS管和共栅NMOS管中的电流相等，增益主要由共源NMOS管和共栅NMOS管决定，只需通过补偿共源NMOS管的电流Ids，即可实现整个放大器性能的补偿。工作在饱和区的NMOS管，其电流满足：

$I_{\mathrm{ds}}=\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_n{C}_{\mathrm{OX}}\frac{W}{L}{(V_{\mathrm{GS}}-V_{\mathrm{TH}})}^2$

因此，通过对管脚Vg1的温度补偿和电压补偿，便可得到稳定的噪声系数和增益性能。而管脚Vg2采用图4左半部分的偏置电路，厚栅氧的MOS管410只起开关作用，工作模式时导通，空闲模式时关断。

工作模式下，三个堆叠二极管407~409稳压后，经过电阻417和电阻418分压输出固定电压给管脚Vg2；

空闲模式下，厚栅氧的MOS管410关断，电阻418到地支路关断，切换成图4中虚线支路工作。管脚Vg2的大小决定了图2中Vm的电位，优化设置管脚Vg2的大小，则可保证共源NMOS管201和共栅NMOS管202不被击穿。一个合理的选择是假设则VDD电压平均分配在共源NMOS管201和共栅NMOS管202这两个NMOS管上，每个NMOS管承受电压。

比如，假设VDD=3.0V，设置Vg2=1.9V，考虑共栅NMOS管202的Vth=0.3V，过驱动电压Vgs-Vth=0.1V，则Vm=1.5V，共源NMOS管201和共栅NMOS管202的VDS均为1.5V，能保证二者不被击穿。

图4偏置电路的使能控制是通过厚栅氧的MOS管415的开关作用来实现的，当空闲模式时，EN N为高电平，厚栅氧的MOS管415导通，电阻423被旁路，管脚Vg1输出为0，cascode低噪声放大器不消耗电流。反之，管脚Vg1输出带补偿的偏置电压，cascode低噪声放大器正常工作。

图4中带有管脚Vg1的偏置电路包括了温度补偿和超宽范围电压补偿。下面将分析电路如何实现温度补偿和电压补偿的。

根据跨导公式g_m＝μ_nC_OX(V_GS-V_th)，当温度升高时，电子迁移率μ_n降低，g_m(414)降低，会导致I_ds(414)降低，使得管脚Vg1降低；但同时g_m(412)也将下降，导致I_ds(412)下降，I_ds(412)流过电阻422，会降低V1电压，I_ds(411)也会降低，由于补偿电阻421的存在，会升高V2的电压，导致I_ds(414)增加，即提高管脚Vg1起到补偿管脚Vg1的作用。反之亦然。

考虑到随着温度上升，一方面，cascode低噪声放大器中共源NMOS管201的跨导会降低，导致LNA的增益下降，共源NMOS管201的噪声贡献增加。另一方面，沟道热噪声及电阻热噪声本身会随温度成正比增加，进一步加剧噪声系数随温度升高的恶化。因此，偏置电路若对管脚Vg1补偿成随温度恒定是不够的，管脚Vg1需要过补偿才能实现增益和噪声系数的稳定。所谓过补偿，就是指使管脚Vg1随温度升高而升高。图5是两种温度补偿方式的结果对比图。虚线是恒定管脚Vg1的结果，实线是过补偿管脚Vg1的结果。图5（a）是cascode低噪声放大器中电流的对比结果，管脚Vg1过补偿下，Id随温度升高而升高；图5（b）表明，过补偿的增益随温度波动明显小于恒定管脚Vg1的补偿方式；图5（c）表明，过补偿的噪声系数随温度波动也小于恒定管脚Vg1的补偿方式。值得指出的是过补偿实现起来也很容易，适当加大补偿电阻421即可。

补偿电阻421还有电压补偿的功能，假设电源电压为VDD，电源电压的变化量用ΔV_DD表示，则带有管脚Vg1的偏置电路满足：

V_DD＝I₍₄₁₉₎R₍₄₁₉₎+V_gs(412)+V_gs(411)

ΔV_DD＝ΔI₍₄₁₉₎R₍₄₁₉₎+ΔV_gs(412)+ΔV_gs(411)

ΔV_g(414)＝[(V_DD+ΔV_DD)-(I₍₄₁₉₎+ΔI₍₄₁₉₎)(R₍₄₁₉₎+R₍₄₂₁₎)]

＝ΔV_DD-ΔI₍₄₁₉₎(R₍₄₁₉₎+R₍₄₂₁₎)

＝ΔV_gs(412)+ΔV_gs(411)-ΔI₍₄₁₉₎R₍₄₂₁₎

由上式可见，适当选取电阻421的电阻值，可以使得NMOS管414的栅极电压变化ΔV_g(414)为0，与ΔV_DD无关。因此，该电路可以实现超宽范围的电压补偿。还需指出的是，可以通过设置电阻421的电阻值，灵活配置NMOS管414的栅极电压随VDD增大或减小。由于沟道长度调制效应，cascode低噪声放大器中共源NMOS管201的跨导随VDD增加会增加，另外管脚Vg2也是随着VDD增大而增大的，所以如果管脚Vg1补偿成恒定的，cascode低噪声放大器的增益会随VDD增加而增加。为了保持增益和噪声系数的恒定，管脚Vg1应该过补偿即随VDD增大而减小，这与管脚Vg1的温度补偿要求一致。通过折中优化电阻421的电阻值，同时实现温度补偿和超宽范围的电压补偿。

采用本发明偏置电路的低噪声放大器的增益和噪声系数随VDD的曲线的变化曲线分别如图6（a）和图6（b）。

偏置电路和cascode低噪声放大器中的晶体管都必须保证不被击穿。

在图4的偏置电路中，空闲模式时，第二控制电位（EN）为低电平，第一控制电位（EN_N）为高电平时，厚栅氧的MOS管401、403、404、405均关断，能可靠保证它们的漏极支路各个晶体管不被击穿。此时，厚栅氧的MOS管402导通，厚栅氧的MOS管410关断，管脚Vg2的输出电压由支路402-406-407-408-409决定（图4中虚箭头线所示），V_DD(min)＜Vg2＜2.1V，cascode低噪声放大器中的两个NMOS管都不会被击穿。

处于工作模式时，第二控制电位（EN）为高电平，第一控制电位（EN_N）为低电平，厚栅氧的MOS管401、403、404、405均导通，厚栅氧的MOS管402关断。分析图4中各个2.5V的MOS管工作状态，薄栅氧的MOS管411的VDS等于薄栅氧的MOS管414的VGS，能保证薄栅氧的MOS管411不被击穿。

为了保护薄栅氧的MOS管412不被击穿，在其漏极串联一降压电阻420，以降低薄栅氧的MOS管412的VDS。而薄栅氧的MOS管413的栅极由三个堆叠的二极管407~409偏置，保证管脚Vg不超过2.1V，从而保证了薄栅氧的MOS管413和414的可靠性。

与现有技术相比，本发明所述的一种适用于低噪声放大器的偏置电路，达到了如下效果：

1）本发明所述的一种适用于低噪声放大器的偏置电路，使用单一电源供电，具有使能控制功能，能够提供两种模式的输出偏置：

第一种，在低噪声放大器的工作模式中提供偏置，实现温度补偿和超宽范围的电压补偿，即保证低噪声放大器的噪声系数、增益不随温度和电源电压波动。

第二种，在低噪声放大器的空闲模式提供另一种偏置，实现可靠性补偿，防止晶体管击穿。

2）本发明所述的一种适用于低噪声放大器的偏置电路，还能够大大降低了电路的复杂度，减小芯片面积和成本。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种适用于低噪声放大器的偏置电路，该偏置电路与低噪声放大器中的共源NMOS管和共栅NMOS管上的栅极外接的两个管脚相连接，其特征在于，所述偏置电路包括：12个MOS管401~406、410~415，8个电阻416~423和3个二极管407~409连接组合而成；其中，

所述12个MOS管包括：8个厚栅氧的MOS管401~406、410、415和4个薄栅氧的MOS管411、412、413、414；

所述厚栅氧的MOS管401、403、404、405、415的栅极连接到同一个第一控制电位上；

所述厚栅氧的MOS管402的栅极和厚栅氧的MOS管410连接到第二控制电位上；

所述厚栅氧的MOS管401~405的源极均连接到电源上，所述厚栅氧的MOS管401的漏极连接到电阻416的一端；

所述厚栅氧的MOS管403的漏极连接到电阻419的一端；所述厚栅氧的MOS管404的漏极连接到电阻420的一端；

所述厚栅氧的MOS管402的漏极连接到厚栅氧的MOS管406的源极；

所述厚栅氧的MOS管406的栅极连接到其漏极上并与所述薄栅氧的MOS管413的栅极相连；

所述厚栅氧的MOS管405的漏极与薄栅氧的MOS管413的漏极相连；

所述薄栅氧的MOS管413的源极与薄栅氧的MOS管414的漏极相连；所述薄栅氧的MOS管414的源极同时与所述电阻423的一端、厚栅氧的MOS管415的漏极以及第一管脚Vg1相连接，该薄栅氧的MOS管414的栅极同时与电阻421的一端和薄栅氧的MOS管411的漏极相连；

所述薄栅氧的MOS管412的源极同时与电阻422的一端和薄栅氧的MOS管411的栅极相连接，该薄栅氧的MOS管412的漏极与电阻420的另一端相连，该薄栅氧的MOS管412的栅极同时与电阻419和电阻421的另一端相连；

所述薄栅氧的MOS管411的源极、电阻422的另一端、电阻423的另一端、厚栅氧的MOS管415的源极、厚栅氧的MOS管410的源极以及二极管409的负极均与地相连；

所述二极管407~409依次正负极堆叠相连，该二极管407的正极与所述电阻416的另一端相连；

所述厚栅氧的MOS管410的漏极与电阻418的一端相连；

所述电阻418的另一端同时与所述电阻417的一端和第二管脚Vg2相连；

所述电阻417另一端与所述薄栅氧的MOS管413的栅极相连。

2.如权利要求1所述适用于低噪声放大器的偏置电路，其特征在于，所述8个厚栅氧的MOS管401~406、410、415采用的是厚栅氧的5V的MOS管。

3.如权利要求2所述适用于低噪声放大器的偏置电路，其特征在于，所述4个薄栅氧的MOS管411、412、413、414采用的是栅氧较薄的2.5V的MOS管。

4.如权利要求1至3中任一所述适用于低噪声放大器的偏置电路，其特征在于，所述偏置电路为具有工作模式和空闲模式的偏置电路；其中，

所述第二控制电位是所述偏置电路的使能控制端，所述第一控制电位是所述第二控制电位的逻辑非输出，当所述第二控制电位为高电平，所述第一控制电位为低电平时，所述低噪声放大器处于所述工作模式；反之，当所述第二控制电位为低电平，所述第一控制电位为高电平时，所述低噪声放大器处于所述空闲模式。

5.一种适用于低噪声放大器的偏置电路，该偏置电路与低噪声放大器中的共源NMOS管和共栅NMOS管上的栅极外接的两个管脚相连接，其特征在于，所述偏置电路包括：9个MOS管401、402、406、410~415，8个电阻416~423和3个二极管407~409连接组合而成；其中，

所述12个MOS管包括：5个厚栅氧的MOS管401、402、406、410、415和4个薄栅氧的MOS管411、412、413、414；

所述厚栅氧的MOS管401、415的栅极连接到同一个第一控制电位上；

所述厚栅氧的MOS管402的栅极和厚栅氧的MOS管410连接到第二控制电位上；

所述厚栅氧的MOS管401、402的源极均连接到电源上，所述厚栅氧的MOS管401的漏极同时与所述电阻416、419、420的一端和薄栅氧的MOS管413的漏极相连接；

所述厚栅氧的MOS管402的漏极连接到厚栅氧的MOS管406的源极；

所述厚栅氧的MOS管406的栅极连接到其漏极上并与所述薄栅氧的MOS管413的栅极相连；

所述厚栅氧的MOS管405的漏极与薄栅氧的MOS管413的漏极相连；

所述薄栅氧的MOS管413的源极与薄栅氧的MOS管414的漏极相连；所述薄栅氧的MOS管414的源极同时与所述电阻423的一端、厚栅氧的MOS管415的漏极以及第一管脚Vg1相连接，该薄栅氧的MOS管414的栅极同时与电阻421的一端和薄栅氧的MOS管411的漏极相连；

所述薄栅氧的MOS管412的源极同时与电阻422的一端和薄栅氧的MOS管411的栅极相连接，该薄栅氧的MOS管412的漏极与电阻420的另一端相连，该薄栅氧的MOS管412的栅极同时与电阻419和电阻421的另一端相连；

所述薄栅氧的MOS管411的源极、电阻422的另一端、电阻423的另一端、厚栅氧的MOS管415的源极、厚栅氧的MOS管410的源极以及二极管409的负极均与地相连；

所述二极管407~409依次正负极堆叠相连，该二极管407的正极与所述电阻416的另一端相连；

所述厚栅氧的MOS管410的漏极与电阻418的一端相连；

所述电阻418的另一端同时与所述电阻417的一端和第二管脚Vg2相连；

所述电阻417另一端与所述薄栅氧的MOS管413的栅极相连。

6.如权利要求5所述适用于低噪声放大器的偏置电路，其特征在于，所述8个厚栅氧的MOS管401~406、410、415采用的是厚栅氧的5V的MOS管。

7.如权利要求6所述适用于低噪声放大器的偏置电路，其特征在于，所述4个薄栅氧的MOS管411、412、413、414采用的是栅氧较薄的2.5V的MOS管。

8.如权利要求5至7中任一所述适用于低噪声放大器的偏置电路，其特征在于，所述偏置电路为具有工作模式和空闲模式的偏置电路；其中，

所述第二控制电位是所述偏置电路的使能控制端，所述第一控制电位是所述第二控制电位的逻辑非输出，当所述第二控制电位为高电平，所述第一控制电位为低电平时，所述低噪声放大器处于所述工作模式；反之，当所述第二控制电位为低电平，所述第一控制电位为高电平时，所述低噪声放大器处于所述空闲模式。

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