[发明专利]一种宽带CMOS巴伦低噪声放大器

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，尤其涉及射频集成电路技术，具体为一种宽带CMOS巴伦低噪声放大器。

背景技术

低噪声放大器是噪声系数很低的放大器，一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器以及高灵敏度电子探测设备的放大电路，对于几乎所有的射频接收机系统，必不可少的一个模块就是低噪声放大器。由于系统接收到的射频信号幅度通常很弱，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，并且提供一定的电压增益，以提高输出的信噪比。在射频接收前端，来自天线单元的接收信号基本都是单端信号；而在接收机设计中，混频部分基本都采用双平衡结构实现，这就使得射频前端一般需要包含低噪声放大器、单端-转差分变换巴伦等功能。

共源共栅结构的单端-差分巴伦拓扑结构是无线收发射频前端中常用的单端-差分转换电路，主要原因是其具有宽带输入匹配特性，传统的共源共栅巴伦放大器电路如图1所示。射频信号由传统结构下第一晶体管M1^’源极及传统结构下第二晶体管M2^’栅极输入，差分信号从传统结构下第一晶体管M1^’及传统结构下第二晶体管M2^’的漏极输出。通过调整传统结构下第一晶体管M1^’和传统结构下第二晶体管M2^’的宽长比及栅极偏置电压，可以调整流经传统结构下第一晶体管M1^’和传统结构下第二晶体管M2^’的电流大小，进而改变传统结构下第一晶体管M1^’和传统结构下第二晶体管M2^’在传统结构下的跨导g^’_m，使其输入阻抗与50欧姆天线匹配。通过调整传统结构下共栅支路负载电阻R^’_CG和传统结构下共源支路负载电阻R^’_CS的阻值大小，可以获得不同的电压增益。该结构具有较宽的输入带宽和增益带宽。但是，传统的共源共栅巴伦放大器具有以下缺点：

第一是噪声较大，传统的共源共栅巴伦放大器噪声系数较大，一般超过5dB，不适应高性能射频接收前端对低噪声的要求；

第二是差分平衡性较差，传统的共源共栅巴伦放大器由于转换电路分别工作与共栅、共源状态，分布参数队其平衡性影响较大，尤其是在设计中高频情况下幅度平衡和相位平衡难以控制，因此即使其输入匹配带宽较宽，但难以在宽带范围内实现较好的差分平衡性限制了其宽带应用；

第三是隔离度差，由于共源共栅巴伦放大器的隔离度较差，这将导致输出端信号返回到输入端，难以满足系统对隔离度指标的要求；

第四是传统结构下源极电感L^’_S的限制了电路的集成度与芯片面积，为了保证较好的输入匹配，传统的共源共栅巴伦放大器共源管（即传统结构下第一晶体管M1^’）的源极通常是接一个大的扼流电感到地，在低频段该电感感值很大，一般需要片外电感，这就增加了电路的片外元件；在GHz以上频段可采用片上螺旋电感实现，但片上电感的使用大大增加了芯片面积。

发明内容

本发明的目的是克服传统的共源共栅巴伦放大器的不足，提供一种宽带CMOS低噪声巴伦放大器，能在保证宽带特性的与单端-差分转换的基础上，提升电路增益与噪声性能，改善差分输出平衡性，消除对片外电感和大面积片上电感的依赖。

本发明的具体结构如下：

一种宽带CMOS巴伦低噪声放大器，含有电阻负载级，所述的电阻负载级由共栅支路负载电阻R_CG和共源支路负载电阻R_CS组成；此外还设有共源共栅输入级和差分共栅隔离级，其中，共源共栅输入级的输出端与差分共栅隔离级的输入端相连接，差分共栅隔离级的输出端和电阻负载级的输入端相连接；