[发明专利]正反馈共栅极低噪声放大器

说明书

背景信息

技术领域

所公开的各实施例涉及低噪声放大器（LNA），并且更具体地涉及共栅极LNA。

背景信息

LNA在许多应用中使用，包括在蜂窝电话接收机中使用。在此类接收机的天线上接收到的信号通常是微弱的，并且要求放大以用于蜂窝电话操作的各后续级。LNA通常用于放大此类信号。在此类应用中，LNA引入该系统的噪声应当尽可能少。由不良的LNA所产生的噪声可能在各后续级期间被放大并且可能导致不良的电话接收。除了具有良好的噪声性能之外，现今许多LNA还要能够在宽频范围上操作。通常利用两种典型的架构来实现这些性能目标：共源极LNA和共栅极LNA。然而，如以下所述，这两种LNA架构都存在着问题。

图1（现有技术）是实现宽带LNA操作的一种方式的简化框图。不是采用一个宽带LNA，而是采用多个窄带共源极LAN，其中每一个窄带LAN在所要提供的宽频范围的一不同部分上工作。每一个LNA可在通常小于100MHz宽的不同的窄频带中工作。其中每一个窄带LNA需要其自己的滤波器和匹配组件。在一些情形中，需要10个工作频带，因此需要10个LNA，且需要10个滤波器，并且需要10组匹配组件。提供所有此硬件是成本高昂的并且消耗大量的电能。

图2、3和4（现有技术）是宽带不可调谐LNA的电路图。图2是差分式不可调谐共栅极LNA的电路图。LNA1被认为是“不可调谐的”，因为其输入阻抗无法被控制，且其输入阻抗可根据正被放大的信号的频率而改变。由于LNA1无法被调谐，所以在一些应用中，LNA1可能展现出不良的噪声性能。LNA1还利用成本高昂且使用板面积的片外电感器。而且，正反馈晶体管2产生噪声并降低了LNA的噪声性能。图3是单输入、差分式输出共栅极LNA的电路图。LNA3同样是不可调谐的，并且在一些工作条件下具有不良的噪声特性。图4是差分式不可调谐共栅极LNA的第一级的示图。LNA4同样是不可调谐的，并且在一些工作条件下具有噪声问题。

图5（现有技术）是被称为正反馈共栅极LNA（PFCGLNA）的宽带可调谐LNA的电路图。LNA5可被调谐，从而使得其输入阻抗匹配于驱动该LNA的源的阻抗，但LNA5具有不稳定性和性能问题。LNA5具有P沟道正反馈晶体管和N沟道输入晶体管。这些正反馈晶体管和输入晶体管应该相匹配以使LNA5稳定。图5中的标记M1标识了输入晶体管之一。图5中的标记M2标识了应该与输入晶体管M1相匹配的正反馈晶体管。不管用于制造该PFCGLNA的半导体制造工艺中的工艺变动如何均要维持这种相匹配的条件是困难的。除了不稳定性问题之外，LNA5还遭受噪声性能问题的影响。在某些工作条件下，LNA的正反馈电路系统所产生的噪声被放大。期望有具有改善的稳定性和噪声特性的宽带可调谐共栅极LNA。

概述

一种正反馈共栅极低噪声放大器（PFCGLNA）具有属于相同导电性类型的正反馈晶体管和输入晶体管。使得这些正反馈晶体管和输入晶体管属于相同导电性类型改善了LNA在工艺上的稳定性并且提高了产量，因为工艺变化往往按照相同的方式影响正反馈晶体管和输入晶体管。正反馈晶体管所产生的噪声被用于抵消输入晶体管所产生的噪声。在一个实施例中，该PFCGLNA：1）是可调谐的以对于从680MHz到980MHz的宽带频率范围中的任何期望的输入信号频率具有基本上恒定的输入阻抗，以及2）在整个宽带频率范围上具有低于2.2dB的噪声指数。该PFCGLNA的输入阻抗可被调谐成匹配于源的阻抗，该源通过设置向LNA的可数字编程的储能电路负载供应的多位数字控制值来驱动该PFCGLNA。该多位数字控制值改变储能电路负载的电容，并且这进而改变了该PFCGLNA的输入阻抗。通过根据输入信号频率来合适地设定该多位数字控制值，可使该PFCGLNA对于宽带频率范围中的任何期望频率的输入信号具有基本恒定的输入阻抗，而同时具有低于2.2dB的噪声指数。该PFCGLNA的输入阻抗也被调谐成匹配于驱动该PFCGLNA的源器件的可变源阻抗。在此类操作中，该PFCGLNA的输入阻抗在工作期间可以不保持恒定，并且该PFCGLNA可以不总是实现最优增益，但该PFCGLNA仍保持与源相匹配的阻抗。

前述内容是概要并因此按需包含对细节的简化、泛化和省略；因此，本领域技术人员将领会，本概要仅是解说性的而非意在以任何方式构成限定。正如仅由权利要求书定义的在本文中所描述的设备和/或过程的其他方面、发明性特征、以及优点将从本文中阐述的非限定性详细描述中变得明了。

附图简要说明

图1（现有技术）是多个窄带LNA的系统的简化框图。