[发明专利]单端输入差分输出的宽带射频低噪声放大器

说明书

技术领域

本发明属于无限通信技术领域，涉及射频集成电路(RFIC)技术中的放大器结构设计，具体的说是一种单端输入差分输出的宽带射频低噪声放大器。

背景技术

近几年，随着无线通信技术的快速发展，相应产品市场不断丰富，如寻呼机、手机、全球定位系统(GPS)、射频识别(RFID)、短距离无线通信和数据传输、数字电视(DVB)、无线局域网(WLAN)等等。这些领域对产品的性能、功耗、体积以及成本等的要求越来越高，促进了无线收发模块朝着小型化、低功耗、低成本方向迈进，从而给产品设计带来了极大挑战，而射频集成电路(RFIC)正是为应对这一挑战而发展起来的，成为近十年来的热门研究领域。射频集成电路技术将越来越多的原来由分离原件实现的无线收发功能集成到单一芯片当中，使得系统朝着高集成度方向前进，从而降低产品的成本、功耗、体积。

射频低噪声放大器作为无线接收机中的关键模块之一，它的噪声系数决定了整个系统的噪声性能，直接关系到系统的灵敏度。超宽带或宽带通信系统中，尤其是数字电视(DVB)，频率范围涵盖了50MHz-860MHz的整个频段，传统的窄带或者宽带射频低噪声放大器根本无法满足要求，因此需要采用宽带射频低噪声放大器(widebandRF LNA)，以便涵盖整个频段；而在多模式多协议多频段一体收发系统中(如ISM频段中315MHz、433MHz、915MHz)，传统接收机中一般采用多个低噪声放大器，不同频段采用不同的LNA，这种方法使得系统体积庞大，成本高，现在人们已经开始考虑采用覆盖整个工作频段的宽带或者超宽带射频低噪声放大器作为替代方案。

宽带射频低噪声放大器要求在整个频段范围内满足噪声低、输入匹配、增益不变，一般情况下传统结构(共源放大器)低射频频段(UHF，VHF)在较宽的频段范围容易实现低噪声和增益恒定，但是满足宽带输入阻抗匹配往往成设计的一大挑战，比如采用多个电感和电容进行宽带输入阻抗匹配，但这种方案需要占用大量芯片面积或者需要大量片外无源器件，同时这些匹配电路本身又会引入额外的损耗，从而恶化了系统噪声性能。因此，在设计很宽带宽的射频低噪声放大器中，需要采用新型结构。射频集成电路中，常见的宽带射频低噪声放大器实现方式有共栅放大器、电阻并联负反馈放大器，共栅放大器本身虽然能够实现宽带输入匹配，但是本身的噪声性能一般，要想在匹配状态下满足噪声系数NF＜3，很困难；常见的电阻并联负反馈放大器采用一个放大管，尤其是在现在主流的CMOS工艺中，由于单管跨导较低，同样具有噪声性能较差的缺点。

另外，在射频集成电路中，一般都采用差分放大器，以抑制共模噪声，提高系统性能。而从天线进来的信号往往都是单端输入，因此需要实现单端到差分的转换，传统的差分射频低噪声放大器需要额外的单转双(巴伦)模块，许多设计都采用无源平衡转换器连接在射频低噪声放大器之前，实现单端到差分的转换，但是这种方法会引入额外的损耗，恶化系统噪声性能。