[发明专利]一种采用噪声抵消技术的超宽带低噪声放大器电路

说明书

技术领域

本发明为射频集成电路技术领域，具体涉及一种采用噪声抵消技术、高增益且有良好输入匹配的CMOS超宽带低噪声放大器电路的设计。

背景技术

超宽带(UWB)技术起源于20世纪50年代末，此前主要作为军事技术在雷达等通信设备中使用。随着无线通信的飞速发展，人们对高速无线通信提出了更高的要求，超宽带技术又被重新提出，并倍受关注。UWB与常见的通信方式使用连续的载波不同，它采用极短的脉冲信号来传送信息，通常每个脉冲持续的时间只有几十皮秒到几纳秒的时间。这些脉冲所占用的带宽甚至高达几GHz，因此最大数据传输速率可以达到几百Mbps。在高速通信的同时，UWB设备的发射功率却很小，仅仅是现有设备的几百分之一，对于普通的非UWB接收机来说近似于噪声，因此从理论上讲，UWB可以与现有无线电设备共享带宽。所以，UWB是一种高速而又低功耗的数据通信方式，它有望在无线通信领域得到广泛的应用。

美国联邦通信委员会(FCC)于2002年公布了允许民用的UWB频段，即3.1～10.6GHz，限制其发射功率(平均EIRP不超过-41.2dBm/MHz)，并对UWB信号做出了定义，即信号带宽大于500MHz或者信号带宽与载波频率之比大于0.2)。目前，在UWB系统的定义上存在两种方案，直接序列(DS-CDMA)和多带正交频分复用(MB-OFDM)，其都定位在无线个域网(WPAN)领域，数据传输速率在2米时达到480Mbps，在10米时也有110Mbps，这已经能够满足室内视频多媒体实时传输的要求。自2006年1月电气和电子工程师协会(IEEE)下的802.15.3a工作组解散以来，这两个标准走上了事实标准的竞争道路。前者以Freescale公司为核心，后者受到各大厂商的支持，如Intel，TI，Samsung，Philips，Nokia等。就目前的发展状况来说，Freescale于2006年退出了旨在推动其标准进程的UWB论坛组织(UWB-Forum)，并宣称将致力于把DS标准应用于无线USB中，并把自己的产品应用到部分多媒体设备上。后者成立的Wimedia联盟则将自己的标准作为一种物理实现技术推广，受到USB-IF，无线1394等组织的认可，在与蓝牙特别兴趣小组(SIG)合作后，该技术有了更大的应用平台。2007年3月，MB-OFDM的技术被国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)采纳。

UWB的另一个特征就是低功耗。对于射频收发机，一般来说，使用SiGe或者BiCMOS工艺，在同样的性能条件下可以比使用全CMOS工艺有更低的功耗。但是，随着CMOS工艺特征尺寸不断缩小，其截止频率已经达到SiGe工艺的水平，如65nm工艺的截止频率达到了150GHz以上。故现代深亚微米的CMOS工艺完全能够满足UWB设备低功耗的要求。

为了避免与WLAN-802.11a的5GHz工作频段冲突，目前的方案大致分为两个大的频段：低频段近似为3.1～4.7GHz，作为第一代UWB系统的开发频段；高频段近似为5.8～10.6GHz。另外，在这两种方案的系统结构中，都使用了无线通信中必不可少的模块-低噪声放大器(LNA)。

低噪声放大器是射频接收机前端中最关键的模块之一。在传统的窄带LNA中，一般要求电路有低的噪声系数、合适的增益、好的输入匹配及高线性度。而在带宽达几GHz的超宽带系统中，由于电路工作频率高，因此在整个频段内的良好的输入匹配和平坦合适的增益则是除噪声特性外最重要也最难达到的性能要求。

文献[1]提出了基于交叉耦合输入的低噪声放大器，该放大器采用交叉耦合的方式实现了增益提升，并且抵消了一部分噪声，从而减小了输入对管的噪声贡献。但是输入共栅对管的噪声没有能够完全抵消，并且共栅结构的增益受到输入对管匹配要求的限制，不能做大，在UWB系统应用时无法满足增益要求，从而导致后级噪声等效到输入端。

[1]W.Zhuo，X.Li，S.Shekhar，et al.A Capacitor Cross-Coupled Common-Gate Low-NoiseAmplifier.IEEE Transactions on circuits and systems.2005，52(12)：875-879.

发明内容

本发明的目的是设计一种应用于UWB系统接收机的在低功耗下有高增益且有良好噪声性能的CMOS超宽带低噪声放大器电路。