[发明专利]一种超低功耗低噪声放大器

说明书

技术领域

本发明涉及射频接收机系统中的放大器，尤其是一种超低功耗低噪声放大器，

背景技术

低噪声放大器是噪声系数很低的放大器，一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器以及高灵敏度电子探测设备的放大电路，对于几乎所有的射频接收机系统，必不可少的一个模块就是低噪声放大器。由于系统接收到的射频信号幅度通常很弱，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，并且提供一定的电压增益，以提高输出的信噪比。设计一款低功耗、高增益、低噪声的放大器电路IP核具有较为广泛的应用前景和应用价值。

ISM（Industrial Scientific Medical）频段，是由ITU-R（ITU Radiocommunication Sector，国际通信联盟无线电通信局）定义的。此频段主要是开放给工业，科学、医学，三个主要机构使用，无需授权许可。2.4GHz~2.5GHz是全世界公开通用使用的无线频段，在2.4GHz频段下工作可以获得更大的使用范围和更强的抗干扰能力，目前广泛应用于家用及商用领域。2.4GHz频段广泛应用于ZigBee（IEEE802.15.4）协议下的各种短距离无线通信、蓝牙通信（Bluetooth/IEEE802.15.1）、无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network）、无线局域网（Wi-Fi/IEEE802.11a/b/g/n）等等。

共栅结构放大器广泛应用于宽带低噪声放大器的设计中，主要原因是其具有宽带输入匹配特性，传统的共栅结构放大器电路如图1所示。信号由晶体管M1、M2源极输入，通过调整M1和M2的宽长比及栅极偏置电压，可以调整流经M1和M2的电流大小，进而改变M1和M2的跨导gm，使其输入阻抗与50欧姆天线匹配。通过调整负载电阻R1和R2的阻值大小，可以获得不同的电压增益。该结构具有较宽的输入带宽和增益带宽。但是，传统的共栅结构放大器具有以下缺点：

第一是功耗大，传统的共栅结构放大器的输入阻抗近似为1/(gm+gmb)，其中gm为输入晶体管跨导，gmb为输入晶体管衬底到源极电位差带来的体效应对应的等效跨导。为了实现输入阻抗与50欧姆天线的匹配，必须通过增加工作电流以提高输入管的跨导，使输入阻抗近似等于50欧姆。

第二是增益低，传统的共栅结构放大器的增益很大程度上取决于负载阻抗大小，但是大负载电阻会带来过多的压降，且由于寄生电容的存在，在高频处的增益会急剧下降。

第三是噪声大，传统的共栅结构放大器的噪声系数较大，往往超过4dB。

第四是隔离度差，由于传统的共栅结构放大器的隔离度较差，这将导致输出端信号返回到输入端，难以满足系统对隔离度指标的要求。

发明内容

本发明的目的是为克服传统的共栅结构放大器的不足，提出一种超低功耗低噪声放大器，能在保证在增益、噪声性能的基础上，大幅度降低电路功耗。

本发明采取的技术方案如下：一种超低功耗低噪声放大器，其特征在于：设有第一、第二两个输入放大单元、正反馈隔离单元以及负载单元，差分射频输入信号的正负两端分别连接第一、第二两个输入放大单元的正输入端及负输入端，第一输入放大单元的输出端将放大信号通过电容交叉耦合反馈给第二输入放大单元，第二输入放大单元的输出端连接正反馈隔离单元，正反馈隔离单元的输出连接负载单元，负载单元输出差分射频输出信号；其中：

第一输入放大单元包括PMOS管M1及PMOS管M2、四个电阻R1、R2、R3及R4、四个电容C1、C2、C3及C4，PMOS管M1的栅极与电容C1及电阻R1的一端连接在一起，PMOS管M2的栅极与电容C2及电阻R2的一端连接在一起，电阻R1及电阻R2的另一端均连接第一偏置电压，电容C1的另一端与PMOS管M2的源极以及差分射频输入信号的负输入端连接在一起，电容C2的另一端与PMOS管M1的源极以及差分射频输入信号的正输入端连接在一起，PMOS管M1的衬底连接PMOS管M2的源极，PMOS管M2的衬底连接PMOS管M1的源极，PMOS管M1的漏极与电容C3、电阻R3的一端连接在一起，PMOS管M2的漏极与电容C4、电阻R4的一端连接在一起，电阻R3、R4的另一端均接地；