[发明专利]一种无电感低噪声放大器

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别适用于无线收发机系统。

背景技术

低噪声放大器通常是接收机的第一级，其功能是在产生尽可能低噪声的前提下对射频信号进行放大以降低后面各级模块产生的噪声对信号的影响。图1给出了一个典型的无线接收机系统，信号经天线接收后，首先经过低噪声放大器进行放大，然后在混频器（Mixer）中与本振信号混频，经下变频后转换为中频信号进行后续处理。其中，本振信号由压控振荡器（VCO）提供。

作为接收系统的第一级，信号来自片外，要求尽量小的反射系数，输入匹配很关键；同时它还决定了整个系统的噪声水平，要求其自身具有尽可能低的噪声，需要进行噪声匹配。现有的低噪声放大器的匹配网络是通过电阻或电感来实现的，分别如图2和图3所示。采用电阻匹配网络的放大器噪声一般都很大，不能满足系统的噪声要求，通常很少采用。最常用的是电感匹配网络，因为电感可以看作是无噪元件，因此，可以再实现匹配的同时保持良好的噪声性能。

但是，在射频集成电路设计中，片上电感是最大的单个元件，占用的面积最大，如图4所示，可以看到，电感元件占用的面积几乎是电路本身的两倍。如果能不使用片上电感将会显著地减小芯片面积，节约成本。而如果采用片外分离电感元件，则会占用宝贵的引脚资源，同时增加物料成本，同样没有达到降低芯片成本的目的。本发明则很好地解决了这一难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以不使用电感从而节省芯片面积、降低成本的无电感低噪声放大器。

本发明的无电感低噪声放大器，包括共源放大级、Cascode级、输出负载以及匹配网络。其特点是：利用封装工艺中的键合线（bonding wire/down bond wire）来代替现有低噪声放大器中采用片上电感或片外分离电感元件来实现的匹配网络。由于没有片上电感，可以显著地减小芯片的面积，节约成本。由于没有片外分离电感元件，节省了芯片的引脚和物料成本，降低芯片成本。

依据此原理设计的版图，差分输入端通过bonding wire连接到片外引脚；源极端口通过Downbond连接到片内的公共地（通常为封装地）；地线置于中心，也是通过Downbond连接到片内地线，这样设计可以更好的隔离差分信号和实现差分键合线的匹配。此发明所采用的都是封装工艺中常规的键合线，不会增加额外的工序，易于实现。依据版图制作的IE3D电磁仿真模型，考虑了键合线直径、长度以及互感等参数，通过模拟和封装参数提取，可以获得预想的参数值。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是典型的无线接收机系统框图；

图2是采用电阻匹配的低噪声放大器电路结构图；

图3是采用电感匹配的低噪声放大器电路结构图；

图4是采用电感匹配的低噪声放大器版图；

图5是本发明无电感低噪声放大器的示意图；

图6是根据本发明原理设计的版图；

图7是根据本发明设计版图制作的电磁仿真模型；

图8是图7模型的仿真结果。

具体实施方式

根据本发明的无电感低噪声放大器，包括共源放大级、Cascode级、输出负载以及匹配网络。本发明的特点在于充分利用了封装工艺中的键合线（bonding wire/down bond wire）来代替现有低噪声放大器中采用片上电感或片外分离电感元件来实现匹配网络。其中，差分输入端引脚被置于片外；源端键合线被置于片内，通过下引线接到公共地（通常为封装的地）；低噪声放大器的地线被置于中心，以更好地隔离差分信号和实现差分键合线的匹配。更重要的是，键合是封装工艺中的常规步骤，不会增加额外的工序，易于实现。通过建模仿真和封装参数提取，可以获得预想的参数值。

图5是根据本发明原理的实施示意图：共源放大级由M01和M02组成，主要起放大作用，并将输入功率信号转换为电流信号；M11和M12是Cascode管，用以减小晶体管Miller效应；R1和R2为负载电阻，用于获取平坦的增益响应；键合线Bonding wire和下引线Down bond wire用于组成匹配网络，实现低噪声放大器的输入匹配和噪声匹配。

图6是根据本发明原理设计的版图，其中，处于两边的LNA_IN+和LNA_IN-为差分输入端，通过键合线bonding wire连接到片外引脚；两个Ls是源端键合线，通过下引线Downbond连接到片内的公共地（通常为封装地）；地线置于中心，也是通过下引线连接到片内地线，这样设计可以更好的隔离差分信号和实现差分键合线的匹配。