[发明专利]一种带有耦合线反馈的单级低噪声放大器

说明书

本发明提出了一种带有耦合线反馈的单级低噪声放大器，包括输入端IN、单级共源放大电路、输入匹配电路、输出匹配电路、第一去耦电容、第二去耦电容、漏源耦合线以及输出端OUT。其中，单级共源放大电路为MOS晶体管M1；输入匹配电路包括传输线TL1、TL2、TL3和电容C1；输出匹配电路包括传输线TL4、TL5、TL6和电容C2；第一去耦电容为电容器Cd1；第二去耦电容为电容器Cd2；漏源耦合线包括传输线TL8和传输线TL7。输入匹配电路采用短传输线、串联传输线和串联电容构成的T型匹配网络，在实现噪声匹配的基础上最大程度兼顾输入反射系数。整个电路的输入匹配和输出匹配全部采用传输线和电容，避免了采用电感带来的自谐振问题，提高电路的稳定性。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，具体涉及一种带有耦合线反馈的单级低噪声放大器。

背景技术

低噪声放大器是射频前端的重要组成部分，决定了接收机的灵敏度和动态范围，需要具有较低的噪声系数以保证接收到的信号被尽可能无失真地放大。而三五族半导体包括砷化镓和氮化镓凭借优良的特性在设计制造低噪声放大器方面有着独特的优势。其中，砷化镓在微波频段有着相较其他工艺最低的噪声系数，而氮化镓作为第三代宽禁带半导体，具有高击穿电场、高电子饱和速度的优势，采用氮化镓工艺设计制造的单片微波低噪声放大器，可以达到与砷化镓相近的噪声系数且具有更好的线性度与鲁棒性，在5G毫米波频段具有巨大的应用潜力。在毫米波频段，由于寄生效应明显，集总电感元件较难满足设计需要，而传输线由于其分布参数特性成为了较好的替代元件，相较于硅基工艺，三五族半导体工艺提供传输线模型，这大大简化了设计流程。

保持稳定不振荡是放大电路正常工作的基本条件，而通常一个本征晶体管不是全频段稳定的。不稳定的根本原因在于晶体管存在Cgd反馈通路，在特定频率产生正反馈导致振荡；而且在共源组态中，Cdg正好跨接在输入端(栅极)与输出端(漏极)之间，故密勒效应使得等效输入电容增大，导致频率特性降低。不稳定的直接表现为在电路节点处产生负电阻即“源”，判断依据包括k-factor和μ-factor等由S参数导出的参量。常见的稳定性措施通常需要引入电阻等有损网络来抵消负阻，这不可避免地恶化了噪声系数。因此，在改善电路稳定性的同时尽可能少地引入噪声，对于低噪声放大器的设计尤为重要。

文献[1]D.J.Cassan and J.R.Long,A 1-V transformer-feedback low-noiseamplifier for 5-GHz wireless LAN in 0.18-μm CMOS,in IEEE Journal of Solid-State Circuits,vol.38,no.3,pp.427-435。

文献[2]中国专利“一种高性能毫米波低噪声的单级放大器”，申请号202022606037.2。

文献[3]P.-Y.Chang,S.-H.Su,S.S.H.Hsu,W.-H.Cho and J.-D.Jin,An Ultra-Low-Power Transformer-Feedback 60GHz Low-Noise Amplifier in 90nm CMOS,inIEEE Microwave and Wireless Components Letters,vol.22,no.4,pp.197-199,April2012。

文献[4]中国专利“一种24-29GHZ的高性能低噪声放大器”，申请号202111194191.6。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种带有耦合线反馈的单级低噪声放大器，包括输入端IN、单级共源放大电路、输入匹配电路、输出匹配电路、第一去耦电容、第二去耦电容、漏源耦合线以及输出端OUT。

其中，单级共源放大电路为MOS晶体管M1；输入匹配电路包括传输线TL1、TL2、TL3和电容C1；输出匹配电路包括传输线TL4、TL5、TL6和电容C2；第一去耦电容为电容器Cd1；第二去耦电容为电容器Cd2；漏源耦合线包括传输线TL8和传输线TL7；