[发明专利]一种采用噪声抵消技术的低功耗低噪声放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用噪声抵消技术的低功耗低噪声放大器，具有低噪声系数低功耗的特点，属于射频集成电路技术领域。

背景技术

低噪声放大器是无线传输系统中接收机的关键模块，它一般与天线相连，放大接收到的微弱信号，并尽量减少对信号的恶化。端口匹配，增益，噪声系数，功耗和线性度是低噪声放大器的主要技术参数。

传统的低噪声放大器采用源级电感反馈技术，可以提供窄带输入匹配和较低的噪声系数，但是这种结构需要片上电感，而且不适合用于宽带系统。采用噪声抵消技术的低噪声放大器能够在宽带实现较低的噪声系数，但是功耗较大。采用共栅结构的低噪声放大器具有宽带输入匹配的特性和较低的功耗，但是噪声系数较大。

图1为改进后的共栅结构低噪声放大器，采用了差分电容交叉耦合技术。改进的共栅结构低噪声放大器由平衡非平衡变压器(1)、电容交叉耦合的共栅放大级(2)和负载级(3)组成。平衡非平衡变压器(1)将单端信号转化为差分信号并为NM1和NM2提供源级直流偏置。电容交叉耦合的共栅放大级(2)由共栅放大管NM1和NM2组成，交叉耦合的电容C1和C2将差分输入信号耦合到相对的晶体管的栅极，使得共栅放大管NM1和NM2的栅源间信号电压增加一倍，从而增加共栅放大管的等效跨导，降低了噪声系数和功耗。负载级(3)由电容，电阻，电感等无源器件中的一种或多种组成。只考虑共栅放大管的噪声贡献，在输入阻抗和源阻抗完全匹配的假设下，该电路的噪声系数为：

F=1+γ/2  (1)

为了进一步降低功耗，可以采用二次跨导增强技术，即在电容交叉耦合共栅放大器之后级联一级主共栅放大器，主共栅放大器的源级与输入差分信号相连，如图2所示,参考文献【1】(F.Belmas,F.Hameau,and J.-M.Fournier,“A Low Power Inductorless LNA with Double Gm Enhancement in 130nm CMOS,”IEEE J.Solid-State Circuits,vol.47,no.5,pp.1094–1103,May.2012.)。这样的结构可以用很小的功耗实现较大的等效跨导，提供较好的输入匹配和较高的增益。这样的结构可以抑制主共栅放大管的噪声贡献，但是对于交叉电容耦合共栅放大管的噪声抑制不够，使得整个电路的噪声系数较高。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种采用噪声抵消技术的低功耗低噪声放大器，通过跨导二次增强和前馈噪声抵消技术的结合，实现了低噪声系数和低功耗，解决现有低功耗共栅低噪声放大器的噪声系数较高的问题。

本发明提供了如下的技术方案：一种采用噪声抵消技术的低功耗低噪声放大器，包括平衡非平衡变压器1、电容交叉耦合的共栅放大级2、前馈噪声抵消级3、主共栅放大级4和负载阻抗5。电容交叉耦合的共栅放大级2和主共栅放大级4级联；平衡非平衡变压器1的两个平衡输出端与电容交叉耦合的共栅放大级2和主共栅放大级4的输入端直接耦合，即平衡非平衡变压器1的两个平衡输出端与两级共栅放大器的源级相连，同时平衡非平衡变压器1两个平衡输出端与前馈噪声抵消级3的栅端通过电容耦合方式连接；前馈噪声抵消级3的漏端连接至电容交叉耦合的共栅放大级2的漏端，并通过电容耦合连接至主共栅放大级4的栅极；负载阻抗5与主共栅放大级4的漏极相接；前馈噪声抵消级3作为负载晶体管叠在电容交叉耦合的共栅放大级2之上，共用直流电流，可以降低功耗；且前馈噪声抵消级3为电容交叉耦合的共栅放大级2提供了额外的噪声抵消路径，可以降低共栅放大管NM1和NM2在差分输出端Vo的噪声贡献；

电容交叉耦合的共栅放大级2采用两个相同的N型晶体管NM1和NM2作为输入放大管，NM1和NM2的栅端分别通过大电阻R1和R2接到偏置电压vb1，电容C1的两端分别接NM1的源级和NM2的栅极，电容C2的两端分别接NM2的源级和NM1的栅极；

主共栅放大级4用两个相同的N型晶体管NM3和NM4作为输入放大管，NM1和NM2的栅端分别通过大电阻R3和R4接到偏置电压vb2；

平衡非平衡变压器1的单端输入1连接至信号源，平衡输出端2直接耦合到NM1的源级和NM4的源级，平衡输出端3直接耦合到NM2的源级和NM3的源级，第4端和第5端接地；