CN103916084A

CN103916084A - 一种增益可调的低噪声放大器电路

Info

Publication number: CN103916084A
Application number: CN201210595916.7A
Authority: CN
Inventors: 郄利波; 李罗生
Original assignee: Beijing CEC Huada Electronic Design Co Ltd
Current assignee: Beijing CEC Huada Electronic Design Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-09

Abstract

本发明涉及一种用于WLAN接收机的增益可调低噪声放大器，属于射频集成电路领域。电路包括源简并电感型全差分共源共栅放大级，在电路负载端插入可控制的PMOS管控制负载变化从而实现增益的可调整，电路的信号输出端采用调谐电容阵列对输出信号进行微调保证电路各个增益模式下的输出能优化在2.4～2.5GHz的有用频率范围内，电路的源极简并电感和负载电感都采用差分的方式以提高对称性减小电路面积，在输入晶体管的栅源之间插入电容增加设计的灵活性，实现噪声和阻抗匹配的同时优化。本发明结构简单，具有很低的噪声系数和高线性度，面积小，输入动态范围宽，能很好满足WLAN接收机系统的要求。

Description

一种增益可调的低噪声放大器电路

技术领域

本发明涉及一种低噪声放大器(LNA)的电路结构，尤其是应用在一种符合WLAN802.11b/g/n协议要求的接收机结构中，属于射频集成电路设计领域。

背景技术

低噪声放大器是接收机系统中的第一个放大器，如图1所示，它的主要功能就是放大接收到的信号并传输到下一级，并且自身增加的噪声应尽量小。因此要求低噪声放大器具有足够的增益，并且噪声系数要非常低。而为了满足802.11b/g/n协议很大的动态输入范围的要求，要求低噪声放大器要有高增益，0增益和衰减三种增益模式。其中高增益模式下的噪声系数影响整个系统的噪声和灵敏度，设计中需要特别的注意。此外电路在衰减模式下的线性情况将会对高功率输入信号输入情况下整个接收端的性能造成影响，设计中需要着重考虑。在保证整个电路满足系统需求的情况下，尽量降低电路的功耗，在选用元器件方面，尤其是电感的选取要格外注意，在满足电路需求的前提下，尽量使用小面积的原件，从而能从整体上降低整个芯片的面积，减少成本。

发明内容

本发明公开的电路结构主要是实现低噪声放大器的增益可调整，噪声系数足够低且能够满足802.11b/g/n协议的相关要求。其中高增益情况下的噪声，是一个关键参数，这种情况下的噪声越小，系统接收端的灵敏度会越好。另外在衰减模式下，希望电路在衰减模式下能够有较好的线性度，以使得接收机在很高的输入功率下也能有很好的性能。

为了解决以上的技术要求，本发明提出的电路包括：全差分源极简并电感型共源共栅放大器输入级，负载电路部分以及频率调谐电路部分。

其中放大器输入级包括：输入晶体管M₁和M₂的源极串联电感L_s构成源简并电感型共源放大器，可以实现输入阻抗匹配，并在功耗受限的情况下达到较优的噪声性能；将共源共栅晶体管M₃的源极连接在M₁的漏极，M₄的源极连接在M₂的漏极，可以提高放大器的输出阻抗，减小输出和输入之间的干扰。并且在输入晶体管M₁和M₂的栅源之间插入电容C₁和C₂减小Cgs电容对电路噪声性能的恶化，增加设计的灵活性，通过选择合适的匹配电感值及源简并电感值，可以实现在小功率情况下的噪声和阻抗的同时匹配，使得电路性能达到最优化。负载电路包括：通过控制电压V_c1控制串联的PMOS管M₅和M₆，V_c2控制串联的PMOS管M₇和M₈来构成有源负载，这两个有源负载部分并联在一起并且与差分负载电感L_load并联构成放大器的负载级，负载电路分别连接到M₃和M₄的漏极达到负载调整的作用，从而使得放大器具有高增益，零增益和衰减三种增益模式。③频率调谐电路包括：采用将调谐电容C₃和C₄，C₅和C₆对称地连接到放大器的输出端，并且电容的另一端通过开关连接到地端，来实现对输出信号进行微调，保证在各个模式下电路的输出能优化在2.4～2.5GHz的有用频率范围内。

基于本电路所实现的结构，其优点在于：

(1)可以使得电路对寄生参量的变化不敏感；

(2)实现较好的对共模噪声的抑制包括衬底噪声和来自公共电源和地的噪声；

(3)可以使得整个接收机系统具有很大的输入动态范围；电路的频率响应较宽且平坦；

(4)可以实现小输入功率情况下噪声匹配和输入阻抗匹配的同时优化，从而使得电路具有很低的噪声系数和很好的线性度；

(5)由于对极简并电感和负载电感的改进优化，使得电路的对称性大大提升，失配和非理想性大大降低，且电路面积减小。

附图说明

图1为低噪声放大器系统原理框图

图2为本发明提出的低噪声放大器实施例的电路结构图。

具体实施方式

图2图解说明电路的具体实施方式如下：

一种应用于802.11b/g/n协议接收机系统的增益可调低噪声放大器，包括共源共栅放大器输入级电路，负载电路以及频率调谐电路，其中：

共源共栅放大器输入级电路中晶体管M1和晶体管M₂的源极与电感L_s串联，构成源简并电感型共源放大器，将共源共栅晶体管M₃的源极连接在晶体管M₁的漏极，晶体管M₄的源极连接在晶体管M₂的漏极，分别在晶体管M₁和晶体管M₂的栅极、源极之间插入电容C₁和电容C₂；M₁和M₂以及L_s构成源简并电感型共源放大器，实现输入阻抗匹配，并在功耗受限的情况下实现较优的噪声性能。M₃和M₄提高放大器的输出阻抗，减小输出和输入之间的干扰。在M₁和M₂的栅极、源极之间插入C₁和C₂减小对电路噪声性能的恶化，增加设计的灵活性，通过选择匹配电感值及源简并电感值，能够实现在小功率情况下的噪声和阻抗的同时匹配，使得电路性能达到最优化。

负载电路中通过控制电压Vc1控制串联的PMOS管M5和PMOS管M6构成有源负载1，控制电压Vc2控制串联的PMOS管M7和PMOS管M8构成有源负载2，有源负载1和有源负载2并联并且与差分负载电感Lload并联，负载电路连接到共源共栅放大器输入级电路中共源共栅晶体管M3和晶体管M4的漏极；通过Vc1和Vc2来控制M5，M6，M7和M8，实现负载的调整，从而使得放大器具有高增益，零增益和衰减三种增益模式。

频率调谐电路中将电容C3和电容C4的一端连接到放大器的一个输出端，电容C5和电容C6对称地连接到放大器的另一个输出端，电容C3、电容C4，电容C5、电容C6的另一端通过开关连接到地端。在电路的输出端采用C3，C4，C5和C6对输出信号进行微调，保证在高增益，零增益和衰减三种增益模式下电路的输出能优化在有用频率范围内。

Claims

1.一种应用于802.11b/g/n协议接收机系统的增益可调低噪声放大器，包括共源共栅放大器输入级电路，负载电路以及频率调谐电路，其中：

共源共栅放大器输入级电路中晶体管M₁和晶体管M₂的源极与电感L_s串联，构成源简并电感型共源放大器，将共源共栅晶体管M₃的源极连接在晶体管M₁的漏极，晶体管M₄的源极连接在晶体管M₂的漏极，分别在晶体管M₁和晶体管M₂的栅极、源极之间插入电容C₁和电容C₂；

负载电路中通过控制电压V_c1控制串联的PMOS管M₅和PMOS管M₆构成有源负载1，控制电压V_c2控制串联的PMOS管M₇和PMOS管M₈构成有源负载2，有源负载1和有源负载2并联并且与差分负载电感L_load并联，负载电路连接到共源共栅放大器输入级电路中共源共栅晶体管M₃和晶体管M₄的漏极；

频率调谐电路中将电容C₃和电容C₄的一端连接到放大器的一个输出端，电容C₅和电容C₆对称地连接到放大器的另一个输出端，电容C₃、电容C₄，电容C₅、电容C₆的另一端通过开关连接到地端。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于M₁和M₂以及L_s构成源简并电感型共源放大器，实现输入阻抗匹配，并在功耗受限的情况下实现较优的噪声性能。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于M₃和M₄提高放大器的输出阻抗，减小输出和输入之间的干扰。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于通过V_c1和V_c2来控制M₅，M₆，M₇和M₈，实现负载的调整，从而使得放大器具有高增益，零增益和衰减三种增益模式。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于在电路的输出端采用C₃，C₄，C₅和C₆对输出信号进行微调，保证在高增益，零增益和衰减三种增益模式下电路的输出能优化在有用频率范围内。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于在M₁和M₂的栅极、源极之间插入C₁和C₂减小对电路噪声性能的恶化，增加设计的灵活性，通过选择匹配电感值及源简并电感值，能够实现在小功率情况下的噪声和阻抗的同时匹配，使得电路性能达到最优化。