CN104158497B - 低噪声放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低噪声放大器，包括：级联的第一级放大电路和第二级放大电路，第一级偏置电路，第二级偏置电路，输出阻抗匹配电路。第一级放大电路包括共源极连接的第一NMOS管，第一NMOS管的漏极和电源电压之间串联有第一电阻和第一电感，第二级放大电路包括共源共栅CMOS放大器。本发明通过两级放大电路的级联，能够大大提高电路的增益性能和噪声性能；第一级放大电路的漏端的第一电感负载，能使第一级放大电路的负载端总阻抗在一个较宽的频率范围内保持大致不变，能使整个电路的高频增益提高且稳定；第二级放大电路采用共源共栅放大器能使得整个低噪声放大器同时获得较佳的噪声性能和增益性能。

Description

低噪声放大器

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种低噪声放大器。

背景技术

现有技术中，一般采用射频CMOS工艺设计的低噪声放大器，如图1所示，为现有采用射频CMOS工艺设计的低噪声放大器的结构图，NMOS管M101和NMOS管M102组成源极反馈型的共源共栅放大电路，电阻R101、电阻Rb和NMOS管M103为NMOS管M101提供偏置电压，其中NMOS管M103和NMOS管M101呈电流镜像结构并实现对NMOS管M101的偏置。MNOS管M101的源极通过反馈电感Ls接地，反馈电感Ls和NMOS管M101的栅源电容Cgs1之间形成输入谐振网络，并得到一个实阻抗以实现输入阻抗的匹配。电感Lg为输入调谐提供进一步的调整电感。输入信号Vin通过信号源电阻Rs、隔直电容Cb和电感Lg输入到NMOS管M101的栅极。NMOS管M102的栅极直接通过电源电压VDD偏置，实现共栅极结构；NMOS管M102的漏极和电源电压VDD之间连接扼流电感Ld，电容C101连接于NMOS管M102的漏极和地之间，NMOS管M102的漏极输出输出信号VOUT。如图1所示的现有低噪声放大器需要在NMOS管M101的源极设置反馈电感，且无法实现增益的进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低噪声放大器，能提高电路的增益，能获得较佳的增益性能和噪声性能。

为解决上述技术问题，本发明提供的低噪声放大器包括：级联的第一级放大电路和第二级放大电路，第一级偏置电路，第二级偏置电路，输出阻抗匹配电路。

所述第一级放大电路包括共源极连接的第一NMOS管，所述第一NMOS管的源极接地，所述第一NMOS管的漏极和电源电压之间串联有第一电阻和第一电感，所述第一级偏置电路提供第一偏置电压到所述第一NMOS管的栅极，所述第一NMOS管的栅极为所述第一级放大电路的输入端，所述第一NMOS管的漏极作为所述第一级放大电路的输出端；输入信号连接到所述第一级放大电路的输入端，所述第一级放大电路的输出端和所述第二级放大电路的输入端连接，所述第二级放大电路的输出端连接所述输出阻抗匹配电路，所述输出阻抗匹配电路输出输出信号。

所述第二级放大电路包括共源共栅CMOS放大器，所述第二级偏置电路为所述共源共栅CMOS放大器的共源CMOS放大器提供第二偏置电压，所述共源共栅CMOS放大器的输出端和电源电压之间连接有第二级扼流电感，所述共源共栅CMOS放大器的自偏置电路为所述共源共栅CMOS放大器的共栅CMOS放大器提供第三偏置电压。

进一步的改进是，所述第二级放大电路的共源共栅CMOS放大器包括第四NMOS管和第五NMOS管，所述第四NMOS管为共源CMOS放大器，所述第五NMOS管为共栅CMOS放大器；所述第四NMOS管的源极接地，所述第四NMOS管的栅极作为所述第二级放大电路的输入端，所述第四NMOS管的漏极连接所述第五NMOS管的源极。所述第五NMOS管的漏极作为所述第二级放大电路的输出端，所述第二级扼流电感连接于所述第五NMOS管的漏极和电源电压之间；第六电阻、第七电阻和第一电容组成自偏置电路为所述第五NMOS管的栅极提供第三偏置电压，所述第六电阻连接于所述第五NMOS管的栅极和电源电压之间，所述第七电阻和所述第一电容串联于所述第五NMOS管的栅极和电源电压之间。

进一步的改进是，所述第一级偏置电路包括：第二电阻、第三电阻和第二NMOS管，所述第二NMOS管的源极接地，所述第二NMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极之间连接所述第三电阻，所述第二NMOS管的漏极和电源电压之间连接所述第二电阻，所述第二NMOS管的栅极和漏极连接。所述第二级偏置电路包括：第四电阻、第五电阻和第三NMOS管，所述第三NMOS管的源极接地，所述第三NMOS的栅极和所述共源共栅CMOS放大器的共源CMOS放大器的栅极之间连接所述第五电阻，所述第三NMOS管的漏极和电源电压之间连接所述第四电阻，所述第三NMOS管的栅极和漏极连接。

进一步的改进是，所述输出阻抗匹配电路包括第四电容和第五电容，所述第四电容连于所述第二级放大电路的输出端和电源电压之间，所述第五电容的第一端连接所述第二级放大电路的输出端，所述第五电容的第二端输出所述输出信号。

进一步的改进是，第二电容和所述第一级放大电路的输入端相连接，所述输入信号通过所述第二电容隔直后输入到所述第一级放大电路的输入端。

进一步的改进是，所述第一级放大电路的输出端和所述第二级放大电路的输入端之间连接有作为隔直用的第三电容。

本发明能取得如下有益效果：

1、本发明通过两级放大电路的级联，能够大大增加整个低噪声放大器的增益，提高电路的增益性能。

2、本发明第一级放大电路采用共源极连接的第一NMOS管，且在第一NMOS管的漏端连接有第一电感负载，电感的阻抗会随着频率的增加而增加，从而能够补偿第一NMOS管的漏端的寄生电容的阻抗在频率增加时的减少值，从而能使第一级放大电路的负载端总阻抗在一个较宽的频率范围内保持大致不变，从而能使整个电路的高频增益提高且稳定。本发明的第二级放大电路采用共源共栅放大器能使得整个低噪声放大器同时获得较佳的噪声性能和增益性能。

3、本发明的输入信号端并不需要设置反馈电感来实现输入阻抗匹配，成本较低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有低噪声放大器结构图；

图2是本发明实施例低噪声放大器结构图。

具体实施方式

如图2所示，是本发明实施例低噪声放大器结构图。本发明实施例低噪声放大器包括：级联的第一级放大电路2和第二级放大电路4，第一级偏置电路1，第二级偏置电路3，输出阻抗匹配电路5。

所述第一级放大电路2包括共源极连接的第一NMOS管M1，所述第一NMOS管M1的源极接地Gnd，所述第一NMOS管M1的漏极和电源电压Vdd之间串联有第一电阻R1和第一电感L1，所述第一级偏置电路1提供第一偏置电压到所述第一NMOS管M1的栅极，所述第一NMOS管M1的栅极为所述第一级放大电路2的输入端，所述第一NMOS管M1的漏极作为所述第一级放大电路2的输出端；输入信号Vin连接到所述第一级放大电路2的输入端，所述第一级放大电路2的输出端和所述第二级放大电路4的输入端连接，所述第二级放大电路4的输出端连接所述输出阻抗匹配电路5，所述输出阻抗匹配电路5输出输出信号Vout。

本发明实施例中，所述第一级放大电路2是高频放大器结构，能在高频条件下保持较大增益。首先我们知道纯电阻性负载共源放大器的增益正比于MOS管跨导与负载电阻的乘积。当加入一个电容如MOS管的寄生电容负载时，随着频率的增加增益最终会下降，这是因为电容阻抗会减小的缘故。加入一个电感与负载电阻串联提供了一个阻抗随频率增加的元件，这有助于补偿电容阻抗的减小，从而比起原先未加入电感负载的RC网络来可以使总的阻抗在一个较宽的频率范围内保持大致不变。

所述第一级偏置电路1包括：第二电阻R2、第三电阻R3和第二NMOS管M2，所述第二NMOS管M2的源极接地Gnd，所述第二NMOS管M2的栅极和所述第一NMOS管M1的栅极之间连接所述第三电阻R3，所述第二NMOS管M2的漏极和电源电压Vdd之间连接所述第二电阻R2，所述第二NMOS管M2的栅极和漏极连接。所述第二NMOS管M2和所述第一NMOS管M1形成电流镜像关系，通过所述第二电阻R2和所述第三电阻R3的分压得到所述第二NMOS管M2和所述第一NMOS管M1的偏置电压。

所述第二级放大电路4包括共源共栅CMOS放大器，所述第二级偏置电路3为所述共源共栅CMOS放大器的共源CMOS放大器提供第二偏置电压，所述共源共栅CMOS放大器的输出端和电源电压Vdd之间连接有第二级扼流电感L2，所述共源共栅CMOS放大器的自偏置电路为所述共源共栅CMOS放大器的共栅CMOS放大器提供第三偏置电压。

所述第二级放大电路4的共源共栅CMOS放大器包括第四NMOS管M4和第五NMOS管M5，所述第四NMOS管M4为共源CMOS放大器，所述第五NMOS管M5为共栅CMOS放大器。所述第四NMOS管M4的源极接地Gnd，所述第四NMOS管M4的栅极作为所述第二级放大电路4的输入端，所述第四NMOS管M4的漏极连接所述第五NMOS管M5的源极。所述第五NMOS管M5的漏极作为所述第二级放大电路4的输出端，所述第二级扼流电感L2连接于所述第五NMOS管M5的漏极和电源电压Vdd之间。第六电阻R6、第七电阻R7和第一电容C1组成自偏置电路为所述第五NMOS管M5的栅极提供第三偏置电压，所述第六电阻R6连接于所述第五NMOS管M5的栅极和电源电压Vdd之间，所述第七电阻R7和所述第一电容C1串联于所述第五NMOS管M5的栅极和电源电压Vdd之间。本发明实施例的共源共栅CMOS放大器能为低噪声放大器提供较高的增益。

所述第二级偏置电路3包括：第四电阻R4、第五电阻R5和第三NMOS管M3，所述第三NMOS管M3的源极接地Gnd，所述第三NMOS的栅极和所述共源共栅CMOS放大器的共源CMOS放大器的栅极之间连接所述第五电阻R5，所述第三NMOS管M3的漏极和电源电压Vdd之间连接所述第四电阻R4，所述第三NMOS管M3的栅极和漏极连接。所述第三NMOS管M3和所述第四NMOS管M4形成电流镜像关系，通过所述第四电阻R4和所述第五电阻R5的分压得到所述第四NMOS管M5和所述第三NMOS管M3的偏置电压。

所述输出阻抗匹配电路5包括第四电容C4和第五电容C5，所述第四电容C4连于所述第二级放大电路4的输出端和电源电压Vdd之间，所述第五电容C5的第一端连接所述第二级放大电路4的输出端，所述第五电容C5的第二端输出所述输出信号Vout。所述输出阻抗匹配电路5的阻抗匹配的目标值是50欧姆。

第二电容C2和所述第一级放大电路2的输入端相连接，所述输入信号Vin通过所述第二电容C2隔直后输入到所述第一级放大电路2的输入端。

所述第一级放大电路2的输出端和所述第二级放大电路4的输入端之间连接有作为隔直用的第三电容C3。

通过对本发明实施例电路进行仿真可知，本发明实施例低噪声放大器能够同时获得较佳的噪声性能和增益性能。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种低噪声放大器，其特征在于：低噪声放大器包括：级联的第一级放大电路和第二级放大电路，第一级偏置电路，第二级偏置电路，输出阻抗匹配电路；

所述第一级放大电路包括共源极连接的第一NMOS管，所述第一NMOS管的源极接地，所述第一NMOS管的漏极和电源电压之间串联有第一电阻和第一电感，所述第一级偏置电路提供第一偏置电压到所述第一NMOS管的栅极，所述第一NMOS管的栅极为所述第一级放大电路的输入端，所述第一NMOS管的漏极作为所述第一级放大电路的输出端；输入信号连接到所述第一级放大电路的输入端，所述第一级放大电路的输出端和所述第二级放大电路的输入端连接，所述第二级放大电路的输出端连接所述输出阻抗匹配电路，所述输出阻抗匹配电路输出输出信号；

所述第二级放大电路包括共源共栅CMOS放大器，所述第二级偏置电路为所述共源共栅CMOS放大器的共源CMOS放大器提供第二偏置电压，所述共源共栅CMOS放大器的输出端和电源电压之间连接有第二级电感，所述共源共栅CMOS放大器的自偏置电路为所述共源共栅CMOS放大器的共栅CMOS放大器提供第三偏置电压。

2.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于：所述第二级放大电路的共源共栅CMOS放大器包括第四NMOS管和第五NMOS管，所述第四NMOS管为共源CMOS放大器，所述第五NMOS管为共栅CMOS放大器；所述第四NMOS管的源极接地，所述第四NMOS管的栅极作为所述第二级放大电路的输入端，所述第四NMOS管的漏极连接所述第五NMOS管的源极；

所述第五NMOS管的漏极作为所述第二级放大电路的输出端，所述第二级电感连接于所述第五NMOS管的漏极和电源电压之间；第六电阻、第七电阻和第一电容组成自偏置电路为所述第五NMOS管的栅极提供第三偏置电压，所述第六电阻连接于所述第五NMOS管的栅极和电源电压之间，所述第七电阻和所述第一电容串联于所述第五NMOS管的栅极和电源电压之间。

3.如权利要求1或2所述的低噪声放大器，其特征在于：

所述第一级偏置电路包括：第二电阻、第三电阻和第二NMOS管，所述第二NMOS管的源极接地，所述第二NMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极之间连接所述第三电阻，所述第二NMOS管的漏极和电源电压之间连接所述第二电阻，所述第二NMOS管的栅极和漏极连接；

所述第二级偏置电路包括：第四电阻、第五电阻和第三NMOS管，所述第三NMOS管的源极接地，所述第三NMOS的栅极和所述共源共栅CMOS放大器的共源CMOS放大器的栅极之间连接所述第五电阻，所述第三NMOS管的漏极和电源电压之间连接所述第四电阻，所述第三NMOS管的栅极和漏极连接。

4.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于：所述输出阻抗匹配电路包括第四电容和第五电容，所述第四电容连于所述第二级放大电路的输出端和电源电压之间，所述第五电容的第一端连接所述第二级放大电路的输出端，所述第五电容的第二端输出所述输出信号。

5.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于：第二电容和所述第一级放大电路的输入端相连接，所述输入信号通过所述第二电容隔直后输入到所述第一级放大电路的输入端。

6.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于：所述第一级放大电路的输出端和所述第二级放大电路的输入端之间连接有作为隔直用的第三电容。