TWI533597B - 雙回授之低雜訊放大器 - Google Patents

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Description

雙回授之低雜訊放大器
本發明是關於一種放大器，特別是關於一種雙回授之低雜訊放大器。
請參閱第2圖，一種習知放大器200，其具有一第一電晶體210及一第二電晶體220，該第一電晶體210之一閘極端211經由一第一偏壓電阻230接收一第一偏壓，該第一電晶體210之一源極端212經由一第一電感240接地，該第一電晶體210之一汲極端213經由一第一負載電組250接收一電源，該第二電晶體220之一閘極端221經由一第二偏壓電阻260接收一第二偏壓，該第二電晶體220之一源極端222經由一第二電感270接地，該第二電晶體220之一汲極端223經由一第二負載電阻280接收一電源，該放大器200是由該第一電晶體210之該源極端212及該第二電晶體220之該源極端222接收輸入訊號vs ，並由該第一電晶體210之該汲極端213及該第二電晶體220之該汲極端223輸出放大訊號vo ，其中該放大器200的雜訊因子如下式表示：其中，為該第一電晶體210及該第二電晶體220之通道熱雜訊係數，為該第一電晶體210及該第二電晶體220之轉導值與零偏壓下汲極電導的比例，為輸入匹配阻抗，為該第一負載電阻250及該第二負載電阻280。因此，如上式所述，在該放大器200滿足輸入匹配 (、及為定值) 的條件下，除了提升該第一負載電阻250及該第二負載電阻280的大小外，該放大器200並無法再做進一步的改善以降低雜訊。
本發明的主要目的在於藉由雙回授的架構使雙回授之低雜訊放大器能具有高增益、寬頻及低雜訊的功效，而可符合寬頻接收機的規格，且由於採用單放大器的架構，本發明之雙回授之低雜訊放大器亦具有低功率消耗的特性。
本發明之一種雙回授之低雜訊放大器包含一第一電晶體、一第二電晶體、一第一耦合電容、一第二耦合電容、一第一變壓器及一第二變壓器，該第一耦合電容之兩端分別連接該第一電晶體之一第二端及該第二電晶體之一第四端，該第二耦合電容之兩端分別連接該第一電晶體之一第一端及該第二電晶體之一第五端，該第一變壓器具有一第一一次側電感及一第一二次側電感，該第一一次側電感之兩端分別連接一接地端及該第一電晶體之該第二端，該第一二次側電感之兩端分別連接一電壓端及該第一電晶體之一第三端，該第二變壓器具有一第二一次側電感及一第二二次側電感，該第二一次側電感之兩端分別連接該接地端及該第二電晶體之該第五端，該第二二次側電感之兩端分別連接該電壓端及該第二電晶體之一第六端。
本發明之該雙回授之該低雜訊放大器藉由該第一電晶體、該第二電晶體、該第一耦合電容及該第二耦合電容構成的並聯輸入\並聯輸出之負回授電容式交互耦合共閘極放大器組態及該第一電晶體、該第二電晶體、該第一變壓器及該第二變壓器構成的並聯輸入\並聯輸出之正回授共閘極放大器組態，以雙回授的方式達到寬頻、高線性度及低雜訊的功效，而可符合寬頻接收機的規格要求，且由於本發明之該低雜訊放大器為單級放大器之架構，相較於串接型的低雜訊放大器更具有低功率消耗的功效。
請參閱第1圖，為本發明之一實施例，一種雙回授之低雜訊放大器100包含一第一電晶體110、一第二電晶體120、一第一耦合電容130、一第二耦合電容140、一第一變壓器150及一第二變壓器160，其中該第一電晶體110、該第二電晶體120、該第一耦合電容130及該第二耦合電容140構成一並聯輸入\並聯輸出之負回授電容式交互耦合共閘極放大器組態，該第一電晶體110、該第二電晶體120、該第一變壓器150及該第二變壓器160構成一並聯輸入\並聯輸出之正回授共閘極放大器組態，以雙回授的方式增加該雙回授之低雜訊放大器100的等效轉導值並降低雜訊指數。
請參閱第1圖，該第一電晶體110具有一第一端111、一第二端112及一第三端113，該第二電晶體120具有一第四端121、一第五端122及一第六端123，在本實施例中，該第一電晶體110及該第二電晶體120皆為金氧半場效電晶體(MOSFET)，其中該第一電晶體110之該第一端111為閘極，該第一電晶體110之該第二端112為源極，該第一電晶體110之該第三端113為汲極，該第二電晶體120之該第四端121為閘極，該第二電晶體120之該第五端122為源極，該第二電晶體120之該第六端123為汲極。
請參閱第1圖，該第一耦合電容130的兩端分別連接該第一電晶體110之該第二端112及該第二電晶體120之該第四端121，該第二耦合電容140的兩端分別連接該第一電晶體110之該第一端111及該第二電晶體120之該第五端122，以構成該並聯輸入\並聯輸出之負回授電容式交互耦合共閘極放大器組態，可有效提升等效轉導值並降低雜訊指數。
請再參閱第1圖，該第一變壓器150具有一第一一次側電感151及一第一二次側電感152，該第一一次側電感151之兩端分別連接一接地端G及該第一電晶體110之該第二端112，該第一二次側電感152之兩端分別連接一電壓端VDD及該第一電晶體110之該第三端113，該第二變壓器160具有一第二一次側電感161及一第二二次側電感162，該第二一次側電感161之兩端分別連接該接地端G及該第二電晶體120之該第五端122，該第二二次側電感162之兩端分別連接該電壓端VDD及該第二電晶體120之該第六端123以構成該並聯輸入\並聯輸出之正回授共閘極放大器組態，該雙回授之低雜訊放大器100是藉由該第一變壓器150之該第一一次側電感151及該第一二次電感152之間的電磁耦合與該第二變壓器160之該第二一次側電感161及該第二二次側電感162之間的電磁耦合增加該雙回授之低雜訊放大器100的電流增益，且由於該第一變壓器150及該第二變壓器160為線性元件，因此於增加電流增益的同時，並不會產生非線性訊號。其中該第一變壓器150具有一第一電磁耦合係數及一第一匝數比，該第二變壓器160具有一第二電磁耦合係數及一第二匝數比，其中該第一電磁耦合係數及該第一匝數比的乘積及該第二電磁耦合係數及該第二匝數比之乘積皆小於1，以確保該雙回授之低雜訊放大器100的穩定度。
請參閱第1圖，該第一電晶體110之該第一端111經由一第一偏壓電阻191接收一第一偏壓VB1 ，該第一電晶體110之該第三端113是經由該第一二次側電感152及一第一電阻193連接該電壓端VDD，以偏壓該第一電晶體110於飽和區，該第二電晶體120之該第四端121經由一第二偏壓電阻192接收一第二偏壓VB2 ，該第二電晶體120之該第六端123是經由該第二二次側電感162及一第二電阻194連接該電壓端VDD，以偏壓該第二電晶體120於飽和區。
請參閱第1圖，在本實施例中，該雙回授之低雜訊放大器100另具有一第一峰化電感170及一第二峰化電感180，該第一峰化電感170連接該第一電晶體110之該第三端113，該第二峰電感180連接該第二電晶體120之該第六端123。該雙回授之低雜訊放大器100由該第一電晶體110之該第二端112及該第二電晶體120之該第五端122接收一輸入訊號vS ，並由該第一峰化電感170及該第二峰化電感180輸出一輸出訊號vo ，其中該第一峰化電感170及該第一變壓器150之該第一二次側電感152構成一並\串峰化網路，該第二峰化電感180及該第二變壓器160之該第二二次側電感162構成一並\串峰化網路，可大幅的增加該雙回授之低雜訊放大器100增益頻寬，使該雙回授之低雜訊放大器100的操作頻率達到10GHz時，該雙回授之低雜訊放大器100的雜訊指數亦可保持於3dB以下。
本發明之該雙回授之該低雜訊放大器100藉由該第一電晶體110、該第二電晶體120、該第一耦合電容130及該第二耦合電容140構成的並聯輸入\並聯輸出之負回授電容式交互耦合共閘極放大器組態及該第一電晶體110、該第二電晶體120、該第一變壓器150及該第二變壓器160構成的並聯輸入\並聯輸出之正回授共閘極放大器組態，以雙回授的方式達到寬頻、高線性度及低雜訊的功效，而可符合寬頻接收機的規格要求，且由於本發明之該低雜訊放大器100為單級放大器之架構，相較於串接型的低雜訊放大器更具有低功率消耗的功效。
本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
100‧‧‧雙回授之低雜訊放大器
110‧‧‧第一電晶體
111‧‧‧第一端
112‧‧‧第二端
113‧‧‧第三端
120‧‧‧第二電晶體
121‧‧‧第四端
122‧‧‧第五端
123‧‧‧第六端
130‧‧‧第一耦合電容
140‧‧‧第二耦合電容
150‧‧‧第一變壓器
151‧‧‧第一一次側電感
152‧‧‧第一二次側電感
160‧‧‧第二變壓器
161‧‧‧第二一次側電感
162‧‧‧第二二次側電感
170‧‧‧第一峰化電感
180‧‧‧第二峰化電感
191‧‧‧第一偏壓電阻
192‧‧‧第二偏壓電阻
193‧‧‧第一電阻
194‧‧‧第二電阻
VDD‧‧‧電壓端
G‧‧‧接地端
200‧‧‧放大器
210‧‧‧第一電晶體
211‧‧‧閘極端
212‧‧‧源極端
213‧‧‧汲極端
220‧‧‧第二電晶體
221‧‧‧閘極端
222‧‧‧源極端
223‧‧‧汲極端
230‧‧‧第一偏壓電阻
240‧‧‧第一電感
250‧‧‧第一負載電阻
260‧‧‧第二偏壓電阻
270‧‧‧第二電感
280‧‧‧第二負載電阻
第1圖：依據本發明之一實施例，一種雙回授之低雜訊放大器之電路圖。 第2圖：習知一種放大器之電路圖。
100‧‧‧雙回授之低雜訊放大器
110‧‧‧第一電晶體
111‧‧‧第一端
112‧‧‧第二端
113‧‧‧第三端
120‧‧‧第二電晶體
121‧‧‧第四端
122‧‧‧第五端
123‧‧‧第六端
130‧‧‧第一耦合電容
140‧‧‧第二耦合電容
150‧‧‧第一變壓器
151‧‧‧第一一次側電感
152‧‧‧第一二次側電感
160‧‧‧第二變壓器
161‧‧‧第二一次側電感
162‧‧‧第二二次側電感
170‧‧‧第一峰化電感
180‧‧‧第二峰化電感
191‧‧‧第一偏壓電阻
192‧‧‧第二偏壓電阻
193‧‧‧第一電阻
194‧‧‧第二電阻
VDD‧‧‧電壓端
G‧‧‧接地端

Claims (9)

  1. 一種雙回授之低雜訊放大器，其包含：一第一電晶體，其具有一第一端、一第二端及一第三端；一第二電晶體，其具有一第四端、一第五端及一第六端；一第一耦合電容，其兩端分別連接該第一電晶體之該第二端及該第二電晶體之該第四端；一第二耦合電容，其兩端分別連接該第一電晶體之該第一端及該第二電晶體之該第五端；一第一變壓器，其具有一第一一次側電感及一第一二次側電感，該第一一次側電感之兩端分別連接一接地端及該第一電晶體之該第二端，該第一二次側電感之兩端分別連接一電壓端及該第一電晶體之該第三端；一第二變壓器，其具有一第二一次側電感及一第二二次側電感，該第二一次側電感之兩端分別連接該接地端及該第二電晶體之該第五端，該第二二次側電感之兩端分別連接該電壓端及該第二電晶體之該第六端；以及一第一峰化電感及一第二峰化電感，該第一峰化電感連接該第一電晶體之該第三端，該第二峰化電感連接該第二電晶體之該第六端，其中該第一峰化電感及該第一二次側電感構成一並\串峰化網路，該第二峰化電感及該第二二側電感構成一並\串峰化網路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雙回授之低雜訊放大器，其具有一第一偏壓電阻及一第二偏壓電阻，該第一偏壓電阻之一端接收一第一偏壓，該第一偏壓電阻之另一端連接該第一電晶體之該第一端，該第二偏壓電阻之一端接收一第二偏壓，該第二偏壓電阻之另一端連接該第二電晶體之該第四端。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之雙回授之低雜訊放大器，其中該第一變壓器具有一第一電磁耦合係數及一第一匝數比，該第一電磁耦合係數及該第一匝數比的乘積小於1。
  4. 如申請專利範圍第1或3項所述之雙回授之低雜訊放大器，其中該第二變壓器具有一第二電磁耦合係數及一第二匝數比，該第二電磁耦合係數及該第二匝數比之乘積小於1。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之雙回授之低雜訊放大器，其具有一第一電阻及一第二電阻，該第一二次側電感是經由該第一電阻連接該電壓端，該第二二次側電感是經由該第二電阻連接該電壓端。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之雙回授之低雜訊放大器，其中該第一電晶體為一金氧半場效電晶體，該第一電晶體之該第一端為閘極，該第一電晶體之該第二端為源極，該第一電晶體之該第三端為汲極。
  7. 如申請專利範圍第1或6項所述之雙回授之低雜訊放大器，其中該第二電晶體為一金氧半場效電晶體，該第二電晶體之該第四端為閘極，該第二電晶體之該第五端為源極，該第二電晶體之該第六端為汲極。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之雙回授之低雜訊放大器，其中該雙回授之低雜訊放大器由該第一電晶體之該第二端及該第二電晶體之該第五端接收一輸入訊號。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之雙回授之低雜訊放大器，其中該雙回授之低雜訊放大器由該第一峰化電感及該第二峰化電感輸出一輸出訊號。
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