CN111245372B - 一种互补型无源预放大低噪声放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种互补型无源预放大低噪声放大器，其主要思想是同时复用跨导管和无源网络。在不使用额外源极电感的情况下利用键合线电感和寄生电容提供的无源增益对NMOS和PMOS跨导管的跨导值进行倍增，在提高转换增益，降低噪声系数的同时降低了功耗。

Description

一种互补型无源预放大低噪声放大器
技术领域
本发明涉及一种放大器，具体涉及一种互补型无源预放大低噪声放大器，属于高精度模拟电路技术领域。
背景技术
低噪声放大器位于射频接收电路的第一级，担负着输入阻抗匹配以及放大微弱射频信号的作用。要求回波损耗以及噪声系数尽可能低的同时提供充足的电压增益。然而，实现低噪声系数和高增益通常都需要付出高功耗的代价。对于手持式短距离无线通信设备而言，功耗水平成为影响其续航时间的关键因素。在保持高性能的同时尽可能降低功耗成为设计人员不断追求的目标。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种互补型无源预放大低噪声放大器，该技术方案利用芯片封装中的键合线和跨导管栅源电容实现无源增益，在低功耗的前提下提升了电压增益并降低了噪声系数和功耗。该电路复用了NMOS和PMOS跨导管，并且利用耦合电容进一步复用其无源网络，在单位电流下显著提升增益和降低噪声系数。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种互补型无源预放大低噪声放大器，所述放大器包括电容C1、C2、C3、C4、C5、C6，电阻R1、R2、R3、R4、第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3的、第一电感L1、第二电感L2，
所述第一P型金属氧化物晶体管(以下简称PMOS管)PM1的源极接电源，PM1的栅极接第二偏置电压VB2，PM1的漏极接第三PMOS管PM3的源极。PM3的栅极接第三电阻R3的负极，PM3的漏极接第一N型金属氧化物晶体管(以下简称NMOS管)NM1的漏极；NM1的栅极接第四电容C4的正极，NM1的源极接第二电感L2的正极；L2的负极接地；C4的负极接NM1的源极；R3的正极接第一偏置电压VB1；第一电容C1正极接射频输入信号，C1的负极接第二电容C2的正极，C2的负极接地；第一电感L1的正极接C2的正极，L1的负极接第三电容C3的正极，C3的负极接地；第五电容C5的正极接R3的负极，C5的负极接L1的负极；第二PMOS管PM2的源极接电源，PM2的栅极接第二偏置电压VB2，PM2的漏极接第一电阻R1的正极，R1的负极接C4的正极；第二电阻R2的正极接PM2的漏极，R2的负极接NM1的漏极；第六电容C6的正极接PM3的源极，C6的负极接NM1的源极；第四电阻R4的正极接电源，R4的负极接第二NMOS管NM2的漏极；NM2的栅极接第三偏置电压VB3，NM2的源极接NM1的漏极；NM2的漏极接低噪声放大器的射频输出端。该方案利用芯片封装中的键合线和跨导管栅源电容实现无源增益,该结构在复用NMOS和PMOS跨导的同时也复用了其键合线电感和栅源电容所构成的匹配网络，在达到低噪声系数的同时显著降低了功耗。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，本发明的互补型无源预放大低噪声放大器利用芯片封装中的键合线和跨导管栅源电容实现无源增益，在低功耗的前提下提升了电压增益并降低了噪声系数和功耗。该电路复用了NMOS和PMOS跨导管，并且利用耦合电容进一步复用其无源网络，在单位电流下显著提升增益和降低噪声系数。此外，该结构用键合线电感实现阻抗匹配和无源增益，相比于片内集成电感的方案减小了芯片面积。
附图说明
图1为本发明的互补型无源预放大低噪声放大器电路原理图；
图2为本发明的低噪声放大器S11随频率变化曲线；
图3为本发明的低噪声放大器噪声系数NF随频率变化曲线。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1，一种互补型无源预放大低噪声放大器，所述放大器包括电容C1、C2、C3、C4、C5、C6，电阻R1、R2、R3、R4、第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3的、第一电感L1、第二电感L2，第一P型金属氧化物晶体管(以下简称PMOS管)PM1的源极接电源，PM1的栅极接第二偏置电压VB2，PM1的漏极接第三PMOS管PM3的源极。PM3的栅极接第三电阻R3的负极，PM3的漏极接第一N型金属氧化物晶体管(以下简称NMOS管)NM1的漏极；NM1的栅极接第四电容C4的正极，NM1的源极接第二电感L2的正极；L2的负极接地；C4的负极接NM1的源极；R3的正极接第一偏置电压VB1；第一电容C1正极接射频输入信号，C1的负极接第二电容C2的正极，C2的负极接地；第一电感L1的正极接C2的正极，L1的负极接第三电容C3的正极，C3的负极接地；第五电容C5的正极接R3的负极，C5的负极接L1的负极；第二PMOS管PM2的源极接电源，PM2的栅极接第二偏置电压VB2，PM2的漏极接第一电阻R1的正极，R1的负极接C4的正极；第二电阻R2的正极接PM2的漏极，R2的负极接NM1的漏极；第六电容C6的正极接PM3的源极，C6的负极接NM1的源极；第四电阻R4的正极接电源，R4的负极接第二NMOS管NM2的漏极；NM2的栅极接第三偏置电压VB3，NM2的源极接NM1的漏极；NM2的漏极接低噪声放大器的射频输出端。
该电路的工作原理分析如下：本发明的低噪声放大器为电流复用结构，NMOS跨导管和PMOS跨导管复用偏置电流。其漏极通过共栅管连接至负载电阻，以降低漏端增益缓解密勒效应并保证电压增益。输入端的键合线电感连接天线和跨导管栅极，跨导管源极的键合线电感一端接地。跨导管栅源两端除既有电容再补充额外电容，以实现精确的阻抗匹配。该网络和跨导管共同作用实现阻抗匹配的同时，也在跨导管的栅源两端产生输入电压Q倍的增益。这部分无源增益使得该低噪声放大器在低偏置电流情况下亦可获得较低噪声系数和较高增益。
具体应用实施例：图1所示为本发明的互补型无源预放大低噪声放大器电路结构图。
电路的具体结构如下：第一P型金属氧化物晶体管(以下简称PMOS管)PM1的源极接电源，PM1的栅极接第二偏置电压VB2，PM1的漏极接第三PMOS管PM3的源极。PM3的栅极接第三电阻R3的负极，PM3的漏极接第一N型金属氧化物晶体管(以下简称NMOS管)NM1的漏极；NM1的栅极接第四电容C4的正极，NM1的源极接第二电感L2的正极；L2的负极接地；C4的负极接NM1的源极；R3的正极接第一偏置电压VB1；第一电容C1正极接射频输入信号，C1的负极接第二电容C2的正极，C2的负极接地；第一电感L1的正极接C2的正极，L1的负极接第三电容C3的正极，C3的负极接地；第五电容C5的正极接R3的负极，C5的负极接L1的负极；第二PMOS管PM2的源极接电源，PM2的栅极接第二偏置电压VB2，PM2的漏极接第一电阻R1的正极，R1的负极接C4的正极；第二电阻R2的正极接PM2的漏极，R2的负极接NM1的漏极；第六电容C6的正极接PM3的源极，C6的负极接NM1的源极；第四电阻R4的正极接电源，R4的负极接第二NMOS管NM2的漏极；NM2的栅极接第三偏置电压VB3，NM2的源极接NM1的漏极；NM2的漏极接低噪声放大器的射频输出端。
图2所示为本发明的低噪声放大器S11随频率变化曲线；可见在2.4GHz～2.5GHz的工作频段，其S11处于-20dB以下，说明键合线电感与电流复用结构相结合的方式可以产生较为理想的匹配效果。
图3所示为本发明的低噪声放大器噪声系数NF随频率变化曲线；可以看出曲线整体内凹，最低值出现在2.4GHz～2.5GHz的工作频段，约为1.6dB左右。由于该低噪声放大器无源网络谐振频率处于该频段，噪声系数最低的区间与无源增益的峰值区间直接对应。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (3)

1.一种互补型无源预放大低噪声放大器，其特征在于，所述放大器包括电容C1、C2、C3、C4、C5、C6，电阻R1、R2、R3、R4、第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3的、第一电感L1、第二电感L2，
所述第一P型金属氧化物晶体管(以下简称PMOS管)PM1的源极接电源，PM1的栅极接第二偏置电压VB2，PM1的漏极接第三PMOS管PM3的源极。PM3的栅极接第三电阻R3的负极，PM3的漏极接第一N型金属氧化物晶体管(以下简称NMOS管)NM1的漏极；NM1的栅极接第四电容C4的正极，NM1的源极接第二电感L2的正极；L2的负极接地；C4的负极接NM1的源极；R3的正极接第一偏置电压VB1；第一电容C1正极接射频输入信号，C1的负极接第二电容C2的正极，C2的负极接地；第一电感L1的正极接C2的正极，L1的负极接第三电容C3的正极，C3的负极接地；第五电容C5的正极接R3的负极，C5的负极接L1的负极；第二PMOS管PM2的源极接电源，PM2的栅极接第二偏置电压VB2，PM2的漏极接第一电阻R1的正极，R1的负极接C4的正极；第二电阻R2的正极接PM2的漏极，R2的负极接NM1的漏极；第六电容C6的正极接PM3的源极，C6的负极接NM1的源极；第四电阻R4的正极接电源，R4的负极接第二NMOS管NM2的漏极；NM2的栅极接第三偏置电压VB3，NM2的源极接NM1的漏极；NM2的漏极接低噪声放大器的射频输出端。
2.根据权利要求1所述的互补型无源预放大低噪声放大器，其特征在于，所述放大器利用芯片封装中的键合线和跨导管栅源电容实现无源增益。
3.根据权利要求1所述的互补型无源预放大低噪声放大器，其特征在于，所述放大器在复用NMOS和PMOS跨导的同时也复用了其键合线电感和栅源电容所构成的匹配网络。
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