[发明专利]一种基于电感补偿的射频超宽带低噪声放大器

说明书

技术领域

本发明属于射频集成电路设计技术领域，应用于接收器的射频前端，是一种适用于多种无线通信标准的超宽带低噪声放大器，适用于超宽带接收机系统中。

背景技术

随着电子信息产业的发展，电路集成化已成为微电子行业人才共同研究的方向，而射频芯片在通信领域所占的地位无可替代。在射频接收器中，低噪声放大器一般作为接收器的第一级，其工作频率往往很高，需要考虑波的反射特性；同时低噪声放大器需要提供足够的增益来克服后续电路带来的噪声，噪声特性的好坏决定了接收器的灵敏度，说明低噪声放大器必须能够处理接近噪声电平的很微弱的信号；此外低噪声放大器要同时需要处理接近发送天线的很高电平的信号，保证接收大信号而不产生失真，因此线性度是低噪声放大器的一项重要指标，一个低噪声放大器的性能的好坏对整个接收器的性能起着至关重要的作用。由于与天线相连接，因此低噪声放大器的输入信号源通常表现为一个特定的阻抗，例如50Ω或75Ω。低噪声放大器在接收器的所起的作用决定了它的研究价值，宽带低噪声放大器性能的优劣由带宽、噪声系数、反射系数、线性度、增益、功耗等多项指标共同来衡量。

窄带低噪声放大器只能处理某一个频段的射频信号，在某些领域已不能满足要求，例如软件无线电领域，如果采用多个窄带低噪声放大器来实现，那么会占用很大的芯片面积，也使得电路复杂化，因此宽带低噪声放大器成为目前射频集成电路研究的热点。宽带低噪声放大器能够处理多个频段的射频信号，从而节约了成本。

超宽带技术自提出以来，已经成为研究的热点，超宽带定义为：带宽的上限频率f_max与下限频率f_min的差除以中心频率f₀的值K大于125％，同时带宽超过1.5GHz，即满足

K=fmax-fminf0>1.25---(1)]]>

f_max-f_min＞1.5G                    (2)

而要想实现多种模式通信标准的接收器，就需要低噪声放大器能够处理多个频段的射频信号，同时保证在处理这些频段的信号时具有较低的噪声系数以及可以接收的线性度。

传统的宽带低噪声放大器如图1所示，该电路为有源反馈结构宽带低噪声放大器，(以下器件NMOS晶体管用MN表示，器件PMOS晶体管用MP表示)，器件MN1、MN2构成电路共源共栅放大级，RL为放大器的负载，器件Rf、MN4为低噪声放大器提供了有源反馈用以实现输入阻抗匹配，Vb1为MN3提供偏置，这样可以为MN4提供电流，MP1起到为负载电阻RL分流以减小其上面压降的作用，但是这种结构很难同时实现高增益和很宽的带宽，原因在于分流晶体管MP1要流过比较大的电流，需要较大的器件尺寸，使得漏端到地的寄生电容很大。为此，本发明提供了一种新的结构来实现超宽带低噪声放大器。

发明内容

本发明的目的是为了在射频超宽带范围内能实现较高的增益，特提供一种基于电感补偿的0.1-12GHz的超宽带低噪声放大器，以克服现有技术的不足，根据(1)式得知本发明的K值约为1.967，远高于其他论文以及专利所设计的宽带低噪声放大器，同时得到了良好的宽带输入匹配、噪声系数、线性度等性能，可应用于超宽带通信系统中。

为了实现带宽足够大的超宽带低噪声放大器，本发明采用了新的技术方案，如图2所示：本发明的超宽带低噪声放大器主要由输入放大级、反馈级、匹配级、负载级、偏置级和输出缓冲级电路共同组成：

输入放大级由NMOS晶体管MN1、MN2以及PMOS晶体管MP1共同组成，用以实现对输入信号的放大功能；

反馈级由NMOS晶体管MN3、电阻Rf以及隔直电容C1、C2共同组成，连接在输入放大级的输出端和输入端之间，用来在电路中实现反馈得到等效的输入阻抗，从而可以使匹配级实现输入阻抗匹配；