[实用新型]一种高增益射频低噪声放大器

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种高增益射频低噪声放大器，特别涉及用于无线通信接收机系统射频前端芯片中的低噪声放大器。

背景技术

当今，随着包括移动通信和无线局域网的各类无线通信系统和技术的飞速发展，与无线通信密切相关的射频集成电路(RFIC)形成了一个快速增长的市场，而倍受世界范围通信相关产业的关注，成为研究和开发的热点。无线通信接收机系统射频前端芯片中的低噪声放大器也是无线收发机系统设计的瓶颈之一，市场用户对无线产品的性能要求极为苛刻，既要求低功耗、小体积、高性能，又要求低成本。天线接收的信号在亚微伏量级，甚至会完全淹没在噪声里，将如此微弱的信号进行放大而不恶化信噪比是低噪声放大器设计的技术难题。低噪声放大器是无线接收机系统中的关键模块，其噪声系数直接决定了整个系统的噪声系数的下限值，并对系统的灵敏度有决定性的影响。此外，还要求低噪声放大器具有足够高的放大增益，呈现特定的输入阻抗与天线实现阻抗匹配，以及尽可能低的功耗。

一般低噪声放大器是单端输入至单端输出的结构，此类单端输出结构的低噪声放大器要求其后的混频器也必须为单端输入式，因而存在下列重要的缺点：它无法有效地降低混频器的共模噪声和减小本地振荡器到混频器输出的泄漏。其次，它对于接地的寄生电感非常敏感。若采用差分结构的低噪声放大器，可以有效的解决这些问题。

以往的射频低噪声放大器一般采用GaAs、Bipolar或BiCMOS工艺，成本高。随着射频CMOS工艺的发展，已能实现高频下的低成本、低功耗和高集成度。传统的CMOS差分结构低噪声放大器电路如图1所示。在这个结构中，M01～M04是放大的有源器件，电感L01和L02使差分信号两个输入端与天线的50欧姆阻抗匹配，L03和L04将低噪声放大器的输入回路的谐振频点调谐到输入射频信号的载波频率上，L05和L06调谐低噪声放大器的输出回路和阻抗匹配，电流源Iss则为整个放大器电路提供直流偏置。它采用电感源端负反馈来实现噪声优化，但是，由于M01和M02的栅一漏的重叠电容会显著地减小从M011和M02的栅和漏之间的阻抗，使噪声性能和输入匹配都变差，必须加大负反馈电感值来进行补偿，同时，该重叠电容还会通过密勒效应使低噪声放大器的功率一电流转换效率降低，要达到所需电压增益，必然要增大负载阻抗，使构成差分共源共栅电路晶体管的噪声以及放大管的漏端电流噪声也会增大。另外要抑制密勒效应的影响，需要用较大尺寸的共栅器件以减小共源晶体管的增益，但伴随而来的源端寄生电容会对共栅器件高频的内部噪声显著放大。此类低噪声放大器的缺陷显而易见，用获得足够大的负反馈电感值和足够大的输入阻抗的电阻部分来优化噪声，其结果是总的放大级跨导减小，使整个放大器的增益减小，进而影响整个接收机的系统噪声。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种高增益射频低噪声放大器，电路在具有良好的噪声性能的前提下，提高增益，并能显著改善系统的噪声性能。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案实现的：一种高增益射频低噪声放大器，包括输入匹配电路，主放大器电路，直流偏置电路和输出匹配电路，如图2所示。

一个输入匹配电路，它有输入端1和输入端2、输出端1和输出端2，输入端1和输入端2分别连接RF_INP和RF_INN射频信号两路输入端。

一个主放大器电路为共源共栅结构的差分放大器，它有输入端1和输入端2、输出端1和输出端2以及恒流源接入端，其输入端1和输入端2分别连接输入匹配电路输出端1和输出端2；其输出端1和输出端2分别连在接低噪声放大器的输出端OUT_P和OUT_N；其恒流源接入端连接直流偏置电路的输出端。

一个直流偏置电路，它有一输入端和一输出端，其输入端与参考电压Vb相连，其输出端与恒流源接入端相连。

一个输出匹配电路，双路LC电路均并接在电源VDD和地之间，它有输出端1和输出端2，并接在低噪声放大器的输出端OUT_P和OUT_N。

所述的输入匹配电路为两路独立的LC串联滤波网络，它由电容C1和C2，电感L3和L4组成。输入端1和输入端2分别连接低噪声放大器前级的射频信号输出端RF_INP和RF_INN，输出端1和输出端2分别连接主放大器电路的输入端1和输入端2，即MOS管M1和M2的栅极。