CN104734642B - 电流复用低噪声放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流复用低噪声放大器，包括三级级联的放大电路。第一级放大电路的第一NMOS管的源极通过第一电感接地、栅极通过第二电感和第一电容连接射频输入信号之间,漏极连接第三电感。第二级放大电路的第二NMOS管的栅极连接第一NMOS管的漏极，第二NMOS管的源极通过第四电感接地、漏极通过第五电感连接电源电压。第三级放大电路的第三NMOS管的源极通过第六电感和第三电感连接，第三NMOS管的栅极连接第二NMOS管的漏极，第三NMOS管的漏极和电源电压之间连接有第七电感，第三NMOS管的漏极通过第三电容输出射频输出信号。本发明能提高增益、降低功耗，具有良好的噪声系数，能应用于X波段。

Description

电流复用低噪声放大器

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种电流复用低噪声放大器。

背景技术

如图1所示，是现有电流复用低噪声放大器结构图；现有电流复用低噪声放大器包括：级联的输入级放大电路和输出级放大电路以及两级放大电路之间的射频信号耦合电路。

输入级放大电路包括NMOS管Min1，NMOS管Min1的源极通过反馈电感Ls1接地Gnd，射频输入信号Rfin通过隔直电容Cin1和电感Lg1接到NMOS管Min1的栅极，电阻R101的一端连接电源电压Vdd，电阻R101的另一端通过电感Lg1连接到NMOS管Min1的栅极并对该栅极进行偏置。反馈电感Ls1和NMOS管Min1的栅源电容（Cgs）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，由上可知，NMOS管Min1为源极电感负反馈的共源放大器。NMOS管Min1的漏极通过电感L101和电容Cgnd1接地，且NMOS管Min1的漏极输出第一级放大信号。

输出级放大电路包括NMOS管Mo1，NMOS管Mo1的源极通过电感L101和NMOS管Min1的漏极连接，且NMOS管MO1的源极通过电容Cgnd1接地。电阻R102连接在电源电压Vdd和NMOS管MO1的栅极之间实现对NMOS管MO1的偏置。NMOS管Mo1的漏极和电源电压VDD之间连接扼流电感Lo1，电容Co1一端连接NMOS管M o1的漏极，电容Co1的另一端输出射频输入信号Rfout。

射频信号耦合电路由耦合电容C101组成，耦合电容C101的两端分别连接NMOS管Min1的漏极和NMOS管Mo1的栅极，NMOS管Mo1的栅极为输出级放大电路的输入端，耦合电容C101将NMOS管Min1的漏极输出的第一级放大信号输入到NMOS管Mo1的栅极。

NMOS管Min1和Mo1之间采用直流偏置电流共用的电流复用技术，能降低低噪声放大器的静态功耗，但是输入级和输出级之间的射频信号采样电容耦合，无法实现低噪声放大器的增益的进一步的提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电流复用低噪声放大器，能提高增益、降低功耗，具有良好的噪声系数，能应用于X波段。

为解决上述技术问题，本发明提供电流复用低噪声放大器包括：级联的第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路；所述第一级放大电路为输入级放大电路，所述第三级放大电路为输出级放大电路，所述第二级放大电路为所述第一级放大电路和所述第二级放大电路之间的射频信号的耦合和放大电路。

所述第一级放大电路包括由第一NMOS管形成的源简并电感共源放大器，所述第一NMOS管的源极通过第一电感接地，所述第一电感为所述第一NMOS管的源简并电感；所述第一NMOS管的栅极和第二电感的第一端连接，第一电容连接所述第二电感的第二端和射频输入信号之间，第一电阻连接在所述第二电感的第二端和电源电压之间；第三电感的第一端连接所述第一NMOS管的漏极，第二电容连接在所述第三电感的第二端和地之间。

所述第二级放大电路包括由第二NMOS管形成的源简并电感共源放大器，所述第二NMOS管的栅极连接所述第一NMOS管的漏极，所述第二NMOS管的源极通过第四电感接地，所述第四电感为所述第二NMOS管的源简并电感；所述第二NMOS管的漏极通过第五电感连接电源电压。

所述第三级放大电路包括共源连接的第三NMOS管，所述第三NMOS管的源极通过第六电感和所述第三电感的第二端连接，所述第三NMOS管的栅极连接所述第二NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的漏极和电源电压之间连接有第七电感，第三电容的第一端连接所述第三NMOS管的漏极，所述第三电容的第二端输出射频输出信号。

本发明能取得如下有益效果：

本发明通过在输入级放大电路即第一级放大电路和输出级放大电路即第三级放大电路之间设置一源简并电感共源放大电路即第二级放大电路作为输入级和输出级之间的射频信号的耦合和放大电路，第二级放大电路能够对射频信号进行进一步的放大，从而使得本发明电路为三级共源放大电路的级联结构，相对于现有的两级共源放大电路的级联电流复用结构，本发明能够大大提高电路增益，如本发明的增益能够高于20dB。

本发明低噪声放大器采用了电流复用技术，能够得到较小的静态电流如本发明的静态电流能小于5mA，从而能实现低功耗。

本发明输入级采用源极电感负反馈的共源放大器，具有良好的噪声系数；同时本发明能应用于X波段即8GHz～12GHz的波段。

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是现有电流复用低噪声放大器结构图；

图2是本发明实施例电流复用低噪声放大器结构图；

图3是本发明实施例电流复用低噪声放大器的小信号等效电路图；

图4是本发明实施例的散射参数即S参数的S21和S12的仿真曲线；

图5是本发明实施例的S参数的S11和S22的仿真曲线；

图6是本发明实施例的噪声系数（Noise Figure，NF）的仿真曲线；

图7是本发明实施例的静态功耗与温度关系的仿真曲线。

具体实施方式

如图2所示，是本发明实施例电流复用低噪声放大器结构图；本发明实施例电流复用低噪声放大器包括：级联的第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路。

所述第一级放大电路为输入级放大电路，包括由第一NMOS管Min形成的源简并电感共源放大器，所述第一NMOS管Min的源极通过第一电感Ls接地Gnd，所述第一电感Ls作为源极反馈电感也即源简并电感，所述第一电感Ls和第一NMOS管Min的栅源电容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，由上可知，第一NMOS管Min为源极电感负反馈的共源放大器，能使本发明实施例具有较低的噪声系数。

所述第一NMOS管Min的栅极和第二电感Lg的第一端连接，第一电容Cin连接所述第二电感Lg的第二端和射频输入信号Rfin之间。所述第一电容Cin具有隔直作用。所述第二电感Lg为输入端的谐振提供了附加的自由度，能调节工作频率并使输入阻抗具有纯电阻特性。

第一电阻R1连接在所述第二电感Lg的第二端和电源电压Vdd之间；所述第一电阻R1为所述第一NMOS管Min提供直流偏置。

第三电感L1的第一端连接所述第一NMOS管Min的漏极，第二电容Cgnd连接在所述第三电感L1的第二端和地Gnd之间。所述第三电感L1能够调节所述第一级放大电路的增益。

所述第二级放大电路为用于实现输入级放大电路和输出级放大电路之间的射频信号耦合和放大的电路，所述第二级放大电路包括由第二NMOS管Mc形成的源简并电感共源放大器，所述第二NMOS管Mc的栅极连接所述第一NMOS管Min的漏极，所述第二NMOS管Mc的源极通过第四电感Lsc接地Gnd，所述第四电感Lsc为源简并电感。所述第二NMOS管Mc的漏极通过第五电感L2连接电源电压Vdd。所述第五电感L2能够调节所述第二级放大电路的增益。

所述第三级放大电路为输出级放大电路，包括共源连接的第三NMOS管Mo，所述第三NMOS管Mo的源极通过第六电感Lso和所述第三电感L1的第二端连接，所述第三NMOS管Mo的栅极连接所述第二NMOS管Mc的漏极，所述第三NMOS管Mo的漏极和电源电压Vdd之间连接有第七电感Lo，第三电容Co的第一端连接所述第三NMOS管Mo的漏极，所述第三电容Co的第二端输出射频输出信号Rfout。所述第七电感Lo为扼流电感，不仅能对高频信号的阻遏作用，而且还有利于输出电路阻抗的共轭匹配，保证放大器功率增益在输出端口不被衰减。

如图3所示，是本发明实施例电流复用低噪声放大器的小信号等效电路图；可知，本发明实施例电流复用低噪声放大器包括了三级放大电路，三级放大电路都由共源NMOS管组成且三级放大电路的增益还能分别通过连接于对应NMOS管的漏极的电感L1、L2和Lo调节，所以本发明实施例能够大大提高电路增益，如本发明的增益能够高于25dB。

本发明实施例低噪声放大器采用了电流复用技术，能够得到较小的静态电流如本发明实施例的静态电流能小于5mA，从而能实现低功耗。

本发明实施例输入级采用源极电感负反馈的共源放大器，具有良好的噪声系数；第二电感Lg为输入端的谐振提供了附加的自由度，能调节工作频率，本发明实施例能应用于X波段即8GHz～12GHz的波段。

如图4所示，是本发明实施例的S参数的S21和S12的仿真曲线；如图5所示，是本发明实施例的S参数的S11和S22的仿真曲线；S参数的曲线用对应的S21、S12、S11和S22标出。从而图4给出了S参数仿真S21及S12结果可以看出，在X波段9.2GHz频率点上实现了26.06dB高增益基础上获得了-40dB的反向隔离。

如图6所示，是本发明实施例的噪声系数（Noise Figure，NF）的仿真曲线；从图6的Noise figure仿真结果可知NF=1.92dB对于X波段的低噪声放大器是一个极好的噪声系数。

如图7所示，是本发明实施例的静态功耗与温度关系的仿真曲线，可知室温时静态电流仅为3.684mA，实现了低功耗。

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 (1)

1.一种电流复用低噪声放大器，其特征在于：电流复用低噪声放大器包括：级联的第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路；所述第一级放大电路为输入级放大电路，所述第三级放大电路为输出级放大电路，所述第二级放大电路为所述第一级放大电路和所述第三级放大电路之间的射频信号的耦合和放大电路；

所述第一级放大电路包括由第一NMOS管形成的源简并电感共源放大器，所述第一NMOS管的源极通过第一电感接地，所述第一电感为所述第一NMOS管的源简并电感；所述第一NMOS管的栅极和第二电感的第一端连接，第一电容连接所述第二电感的第二端和射频输入信号之间，第一电阻连接在所述第二电感的第二端和电源电压之间；第三电感的第一端连接所述第一NMOS管的漏极，第二电容连接在所述第三电感的第二端和地之间；

所述第二级放大电路包括由第二NMOS管形成的源简并电感共源放大器，所述第二NMOS管的栅极连接所述第一NMOS管的漏极，所述第二NMOS管的源极通过第四电感接地，所述第四电感为所述第二NMOS管的源简并电感；所述第二NMOS管的漏极通过第五电感连接电源电压；

所述第三级放大电路包括共源连接的第三NMOS管，所述第三NMOS管的源极通过第六电感和所述第三电感的第二端连接，所述第三NMOS管的栅极连接所述第二NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的漏极和电源电压之间连接有第七电感，第三电容的第一端连接所述第三NMOS管的漏极，所述第三电容的第二端输出射频输出信号。