CN112543003B - 一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器，包括有源偏置电路、分压电路、输入匹配电路、输出匹配电路、反馈电容、反馈电阻、共栅接地电容、源极退化电感、偏置电阻、第一MOS管和第二MOS管。其中，反馈电容与反馈电阻串联构成的RC反馈电路的一端与第二MOS管的漏极电连接、另一端与第二MOS管的栅极电连接。本方案中由于RC反馈电路的存在，使得在减小额外噪声系数增加的同时，提高了稳定性，减小源极退化电感的使用，从而实现以较低噪声系数输出较高增益的低噪声放大器。

Description

一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器

技术领域

本申请涉及电路技术领域，更具体地说，涉及一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器。

背景技术

低噪声放大器在各种应用场景中有着广泛的应用，其用于对较小的信号进行功率放大，得到进一步信号处理所需要的信号。然而一般的低噪声放大器的噪声系数较高且带宽一般，导致能检测出的最小信号有限，不利于高性能接收机的实现。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器，用于基于较低的噪声系数输出高性能信号。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器，包括有源偏置电路、分压电路、输入匹配电路、输出匹配电路、反馈电容、反馈电阻、共栅接地电容、源极退化电感、偏置电阻、第一MOS管和第二MOS管，其中：

所述有源偏置电路的偏置电压输出端与所述偏置电阻的一端连接；

所述偏置电阻的另一端与所述第一MOS管的栅极电连接；

所述输入匹配电路的输入端用于接收待放大的输入信号、输出端与所述第一MOS管的栅极电连接；

所述第一MOS管的源极通过所述源极退化电感接地、漏极与所述第二MOS管的源极电连接；

所述第二MOS管的漏极与所述输出匹配电路的输入端电连接；

所述输出匹配电路的输出端用于输出所述输入信号经过放大后得到的输出信号；

所述反馈电容与所述反馈电阻串联构成RC反馈电路，所述RC反馈电路的一端与所述第二MOS管的漏极电连接、另一端与所述第二MOS管的栅极电连接；

所述分压电路的输入端与所述第二MOS管的漏极电连接，所述分压电路的分压信号输出端分别与所述第二MOS管的栅极、所述共栅接地电容的一端电连接；

所述共栅接地电容的另一端接地。

可选的，所述有源偏置电路、分压电路、所述输入匹配电路、所述输出匹配电路、所述反馈电容、所述反馈电阻、所述共栅接地电容、所述偏置电阻、所述第一MOS管和所述第二MOS管为片内结构的一部分，所述源极退化电感为片外元件。

可选的，所述有源偏置电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第三MOS管、第四MOS管和第五MOS管，其中：

所述第三电阻的一端用于接收偏置驱动电压，且分别与所述第五电阻的一端、所述第六电阻的一端电连接；

所述第三电阻的另一端与所述第三MOS管的漏极电连接；

所述第三MOS管的栅极分别与所述第五电阻的另一端、所述第五MOS管的栅极、所述第四MOS管的漏极电连接，所述第三MOS管的源极分别与所述第四电阻的一端、所述第四MOS管的栅极电连接；

所述第四电阻的另一端接地；

所述第四MOS管的源极接地；

所述第五MOS管的源极用于作为所述偏置电压输出端，且与所述第七电阻的一端电连接；

所述第七电阻的另一端接地。

可选的，所述输入匹配电路包括输入电感和输入电容，其中：

所述输入电感的一端用于作为所述输入匹配电路的输入端、另一端接地；

所述输入电容的一端与所述输入匹配电路的输入端电连接、另一端用于作为所述输入匹配电路的输出端。

可选的，所述分压电路包括第一电阻和第二电阻，其中：

所述第二电阻的一端用于作为所述分压电路的输入端、另一端作为所述分压信号输出端，且所述第二电阻的另一端与所述第一电阻的一端电连接；

所述第一电阻的另一端接地。

可选的，所述输出匹配电路包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，其中：

所述第二电感的一端用于接收输出驱动电压，所述第二电感的另一端分别与所述第一电感的一端、所述第一电容的一端、所述第二电容的一端电连接；

所述第一电感的另一端用于作为所述输出匹配电路的输入端；

所述第二电容的另一端接地；

所述第二电容的另一端分别与所述对三电感的一端、所述第三电容的一端电连接；

所述第三电容的另一端接地；

所述第三电感的另一端用于作为所述输出匹配电路的输出端，且与所述第四电容的一端电连接；

所述第四电容的另一端接地。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器，包括有源偏置电路、分压电路、输入匹配电路、输出匹配电路、反馈电容、反馈电阻、共栅接地电容、源极退化电感、偏置电阻、第一MOS管和第二MOS管。有源偏置电路的偏置电压输出端与偏置电阻的一端连接；偏置电阻的另一端与第一MOS管的栅极电连接；输入匹配电路的输出端与第一MOS管的栅极电连接；第一MOS管的源极通过源极退化电感接地、漏极与第二MOS管的源极电连接；输出匹配电路的输入端与第二MOS管的漏极电连接、输出端用于输出输出信号；反馈电容与反馈电阻串联构成的RC反馈电路的一端与第二MOS管的漏极电连接、另一端与第二MOS管的栅极电连接；分压电路的输入端与第二MOS管的漏极电连接、分压信号输出端与第二MOS管的栅极电连接。本方案中由于RC反馈电路的存在，使得在减小额外噪声系数增加的同时，提高了稳定性，减小源极退化电感的使用，从而实现以较低噪声系数输出较高增益的低噪声放大器。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器的电路图；

图2为本申请实施例的低噪声放大器的电路版图；

图3为本申请实施例的另一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器的电路图；

图4为本申请实施例的又一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器的电路图；

图5为本申请实施例的又一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器的电路图；

图6为本申请实施例的又一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器的电路图；

图7为本申请实施例的低噪声放大器的仿真信号示意图；

图8为本申请实施例的低噪声放大器的仿真信号示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例

图1为本申请实施例的一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器的电路图。

如图1所示，本实施例提供的低噪声放大器具有低噪声系数和超宽带的特点，具体包括有源偏置电路10、分压电路30、输入匹配电路20、输出匹配电路40、反馈电容C、反馈电阻R、共栅接地电容Cgate、源极退化电感Ls、偏置电阻Res、第一MOS管M1和第二MOS管M2。

本申请中的MOS管可以为PMOS管或者NMOS管，可以是增强型的也可以是耗尽型，具体类型本申请不做限制，在本申请中以N型增强型MOS管为例对技术方案做详细介绍。

有源偏置电路设置有偏置电压输出端，该偏置电压输出端与偏置电阻的一端连接，而偏置电阻的另一端与第一MOS管的栅极电连接；输入匹配电路的输入端RFin用于接收待放大的输入信号、输出端与第一MOS管的栅极电连接。

第一MOS管的源极通过源极退化电感接地、漏极与第二MOS管的源极电连接；第二MOS管的漏极与输出匹配电路的输入端电连接；输出匹配电路的输出端RFout用于输出输入信号经过放大后得到的输出信号；

反馈电容与反馈电阻串联构成RC反馈电路，RC反馈电路的一端与第二MOS管的漏极电连接、另一端与第二MOS管的栅极电连接；分压电路的输入端与第二MOS管的漏极电连接，其分压信号输出端分别与第二MOS管的栅极、共栅接地电容的一端电连接。该共栅接地电容的另一端接地。

特别指出的是，本申请中的低噪声放大器的有源偏置电路、分压电路、输入匹配电路、输出匹配电路、反馈电容、反馈电阻、共栅接地电容、偏置电阻、第一MOS管和第二MOS管为片内结构的一部分，即集成在相应的集成电路内，而源极退化电感为片外元件，可以使用键合线实现，具体如图2所示。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器，包括有源偏置电路、分压电路、输入匹配电路、输出匹配电路、反馈电容、反馈电阻、共栅接地电容、源极退化电感、偏置电阻、第一MOS管和第二MOS管。有源偏置电路的偏置电压输出端与偏置电阻的一端连接；偏置电阻的另一端与第一MOS管的栅极电连接；输入匹配电路的输出端与第一MOS管的栅极电连接；第一MOS管的源极接地、漏极与第二MOS管的源极电连接；输出匹配电路的输入端与第二MOS管的漏极电连接、输出端用于输出输出信号；反馈电容与反馈电阻串联构成的RC反馈电路的一端与第二MOS管的漏极电连接、另一端与第二MOS管的栅极电连接；分压电路的输入端与第二MOS管的漏极电连接、分压信号输出端与第二MOS管的栅极电连接，且分压信号输出端通过共栅接地电容接地。本方案中由于RC反馈电路的存在，使得在减小额外噪声系数增加的同时，提高了稳定性，减小源极退化电感的使用，从而实现以较低噪声系数输出较高增益的低噪声放大器。

另外，通过在片外键合源极退化电感，能够进步一部提高稳定性，同时与匹配输入电感的虚部，使得谐振于工作频段。在共栅极并联共栅接地电容Cgate，能改变输出阻抗，改善线性度以及稳定性，同时能提高高频增益。而Res一方面作为阻隔交流作用，另一方面可以大幅减小噪声系数。

在本申请的一个具体实施方式中，有源偏置电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第三MOS管M3、第四MOS管M4和第五MOS管M5，如图3所示。

其中第三MOS管、第四MOS管和第五MOS管可以为PMOS管或者NMOS管，可以是增强型的也可以是耗尽型，具体类型本申请不做限制，在本申请中以N型增强型MOS管为例对技术方案做详细介绍。

所述第三电阻的一端用于接收偏置驱动电压V_EN，且分别与第五电阻的一端、第六电阻的一端电连接；第三电阻的另一端与第三MOS管的漏极电连接；

第三MOS管的栅极分别与第五电阻的另一端、第五MOS管的栅极、第四MOS管的漏极电连接，第三MOS管的源极分别与第四电阻的一端、第四MOS管的栅极电连接；

第四电阻的另一端接地；第四MOS管的源极接地；第五MOS管的源极用于作为偏置电压输出端，且与第七电阻的一端电连接；第七电阻的另一端接地。

如图4所示，输入匹配电路包括输入电感Lin和输入电容Cin。输入电感的一端用于作为输入匹配电路的输入端、另一端接地；输入电容的一端与输入匹配电路的输入端电连接、另一端用于作为输入匹配电路的输出端。

本申请中的输入匹配电路采用LC结构，能够进行输入匹配的同时进行噪声匹配，进行良好的折中设计。

如图5所示，本实施例的分压电路包括第一电阻R1和第二电阻R2。第二电阻的一端用于作为分压电路的输入端、另一端作为分压信号输出端，且第二电阻的另一端与第一电阻的一端电连接；第一电阻的另一端接地。

共栅极由于对偏置电压不是很敏感，跨导由共源极决定，所以采用大电阻分压，而共源极要求较高，采用有源偏置，减小工艺及温度对电路性能的影响。

如图6所示，本实施例的输出匹配电路包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4。第二电感的一端用于接收输出驱动电压V_dd，第二电感的另一端分别与第一电感的一端、第一电容的一端、第二电容的一端电连接。

第一电感的另一端用于作为输出匹配电路的输入端；第二电容的另一端接地；第二电容的另一端分别与对三电感的一端、第三电容的一端电连接；第三电容的另一端接地；第三电感的另一端用于作为输出匹配电路的输出端，且与第四电容的一端电连接；第四电容的另一端接地。

如图7所示，通过对本申请的低噪声放大器的仿真可以看到，在2.3-5GHz内，输入输出回波损耗均小于-10dB,增益S21＞18dB；噪声系数NF＜0.4dB；)线性度OIP3介于30-35dBm之间。

如图8所示，稳定因子在0-6GHz范围内，稳定因子μ＞1(ADS里为Mu)，满足绝对稳定条件

图7和图8中的英文字词为仿真设备所显示的无关信息，与本申请的内容不具有必然的联系，因此无需对其含义进行描述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种低噪声系数超宽带的低噪声放大器，其特征在于，包括有源偏置电路、分压电路、输入匹配电路、输出匹配电路、反馈电容、反馈电阻、共栅接地电容、源极退化电感、偏置电阻、第一MOS管和第二MOS管，其中：

所述有源偏置电路的偏置电压输出端与所述偏置电阻的一端连接；

所述偏置电阻的另一端与所述第一MOS管的栅极电连接；

所述输入匹配电路的输入端用于接收待放大的输入信号、输出端与所述第一MOS管的栅极电连接；

所述第一MOS管的源极通过所述源极退化电感接地、漏极与所述第二MOS管的源极电连接；

所述第二MOS管的漏极与所述输出匹配电路的输入端电连接；

所述输出匹配电路的输出端用于输出所述输入信号经过放大后得到的输出信号；

所述反馈电容与所述反馈电阻串联构成RC反馈电路，所述RC反馈电路的一端与所述第二MOS管的漏极电连接、另一端与所述第二MOS管的栅极电连接；

所述分压电路的输入端与所述第二MOS管的漏极电连接，所述分压电路的分压信号输出端分别与所述第二MOS管的栅极、所述共栅接地电容的一端电连接；

所述共栅接地电容的另一端接地；

所述有源偏置电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第三MOS管、第四MOS管和第五MOS管，其中：

所述第三电阻的一端用于接收偏置驱动电压，且分别与所述第五电阻的一端、所述第六电阻的一端电连接；

所述第三电阻的另一端与所述第三MOS管的漏极电连接；

所述第三MOS管的栅极分别与所述第五电阻的另一端、所述第五MOS管的栅极、所述第四MOS管的漏极电连接，所述第三MOS管的源极分别与所述第四电阻的一端、所述第四MOS管的栅极电连接；

所述第四电阻的另一端接地；

所述第四MOS管的源极接地；

所述第五MOS管的源极用于作为所述偏置电压输出端，且与所述第七电阻的一端电连接；

所述第七电阻的另一端接地。

2.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述有源偏置电路、分压电路、所述输入匹配电路、所述输出匹配电路、所述反馈电容、所述反馈电阻、所述共栅接地电容、所述偏置电阻、所述第一MOS管和所述第二MOS管为片内结构的一部分，所述源极退化电感为片外元件。

3.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述输入匹配电路包括输入电感和输入电容，其中：

所述输入电感的一端用于作为所述输入匹配电路的输入端、另一端接地；

所述输入电容的一端与所述输入匹配电路的输入端电连接、另一端用于作为所述输入匹配电路的输出端。

4.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述分压电路包括第一电阻和第二电阻，其中：

所述第二电阻的一端用于作为所述分压电路的输入端、另一端作为所述分压信号输出端，且所述第二电阻的另一端与所述第一电阻的一端电连接；

所述第一电阻的另一端接地。

5.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述输出匹配电路包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，其中：

所述第二电感的一端用于接收输出驱动电压，所述第二电感的另一端分别与所述第一电感的一端、所述第一电容的一端、所述第二电容的一端电连接；

所述第一电感的另一端用于作为所述输出匹配电路的输入端；

所述第一电容的另一端接地；

所述第二电容的另一端分别与所述第三电感的一端、所述第三电容的一端电连接；

所述第三电容的另一端接地；

所述第三电感的另一端用于作为所述输出匹配电路的输出端，且与所述第四电容的一端电连接；

所述第四电容的另一端接地。