[发明专利]一种无电感低功耗高增益高线性度宽带低噪声放大器

说明书

一种无电感低功耗高增益高线性度宽带低噪声放大器，设有放大单元、复用单元、级联单元、负载单元、输入匹配反馈单元、电流镜单元和反向隔离输出匹配单元；射频输入信号连接放大单元，放大单元的输出分别连接复用单元和级联单元，级联单元的输出分别连接负载单元、输入匹配反馈单元和反向隔离输出匹配单元，输入匹配反馈单元的输出除连接电流镜单元外还反馈连接放大单元，反向隔离输出匹配单元输出射频输出信号。

技术领域

本发明涉及射频接收机系统中的低噪声放大器，尤其是一种无电感低功耗高增益高线性度宽带低噪声放大器。

背景技术

低噪声放大器是无线接收机中的第一级有源电路，它本身应具有很低的噪声并提供足够的增益以抑制后续电路的噪声。在设计时，需要面临各种各样的设计指标要求，例如：较小的芯片面积、低噪声、低功耗、高增益、高线性度和较宽的带宽。由于有些设计指标之间本身存在矛盾，例如低噪声和高线性度，因此在设计时往往很难全部兼顾，需要进行折中或者采用一些技术手段。

有源电阻负反馈结构放大器由于不采用或很少采用电感，通常占用的芯片面积较小，因此广泛应用于低成本的宽带低噪声放大器的设计中，主要原因是其具有较宽的输入匹配特性和一定的电压增益，传统的两级级联结构的有源电阻负反馈低噪声放大器电路如图1所示。信号由晶体管M₁栅极输入，晶体管M₁的漏极接负载电阻R_L，信号最后由晶体管M₁的漏极输出。通过调整M₁的宽长比及栅极偏置电压，可以调整流经M₁的电流大小。为了实现宽带匹配，M₁的漏极输出信号通过晶体管M₂和电流源I₁组成的源级跟随器电路由晶体管M₂的源级输出，晶体管M₂源级输出的信号通过反馈电阻R_F返回到晶体管M₁的栅极。通过调整晶体管M₁的宽长比和栅极偏置电压，进而改变M₁的跨导g_m，可以获得不同的电压增益。通过优化晶体管M₁的跨导g_m和反馈电阻R_F值的大小，从而使其输入阻抗与50欧姆天线匹配，获得良好的宽带输入匹配特性。为了提高电路的反向隔离度和输出匹配特性，晶体管M₁漏极输出信号通过晶体管M₃和电流源I₂组成的源级跟随器电路由晶体管M₃的源级输出。该结构具有较宽的输入带宽和增益带宽，同时具有一定的电压增益。但是，传统的两级级联结构的有源电阻负反馈低噪声放大器具有以下缺点：

第一是功耗大，传统的两级级联结构的有源电阻负反馈低噪声放大器的输入阻抗近似为(1+g_m2R_F)/g_m2(1+g_m1R_L)，其中g_m1为输入晶体管跨导，g_m2为源级跟随晶体管M₂的跨导。为了获得一定的电压增益和实现输入阻抗与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，同时调整反馈电阻R_F和负载电阻R_L的值使上式近似等于50欧姆。

第二是增益低，传统的两级级联结构的有源电阻负反馈低噪声放大器的增益很大程度上取决于共源级晶体管M₁的增益，由于反馈电阻R_F的存在，使其增益有一定的损失，因此，尽管该放大器是两级级联放大器，具有一定的电压增益，但是增益较低。

第三是隔离度差，传统的两级级联结构的有源电阻负反馈低噪声放大器中的隔离度较差，将导致输出端的信号通过反馈回路返回到输入端，难以满足系统对隔离度指标的要求。

最后是噪声大，传统的两级级联结构的有源电阻负反馈低噪声放大器的噪声系数较大，往往超过4dB。

发明内容