[实用新型]一种差分输出增益相位高度平衡且稳健的单转双低噪声放大器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种差分输出增益相位高度平衡且稳健的单转双低噪声放大器。 

背景技术

在GNSS如北斗、GPS、伽利略、GLONASS等卫星导航系统接收片上系统SoC中，模拟射频电路模块很容易受到数字模块干扰，由于全差分结构抑制共模干扰与噪声的效果很好，因此全差分结构被广泛应用于硅基射频模拟集成电路芯片。然而，由于来自天线到接收系统的信号通常为单端非平衡信号，因此需要在接收机的最前端低噪声放大器把单端非平衡信号转变成两个相位相反幅度一致的差分信号。 

实现单端转差分的一个最直接的方法就是在低噪声放大器输入端前加入片外双向式的非平衡至平衡转换器（BALUN），再使用全差分结构的低噪声放大器，在输入信号进入芯片前就转换为差分，具有良好的共模干扰抑制能力。然而，一方面，片外无源的BALUN没有增益，却存在1～2dB的插入损耗，根据Friis级联公式，这1～2dB的插损将直接加到系统的整体噪声系数上，从而恶化接收机的灵敏度。另一方面，片外BALUN的成本相对较高，且体积较大，不能满足接收机小型化设计需求。 

为了解决上述问题，中国专利公告号CN102163955A公开了一种单端输入差分输出的低噪声放大器，该低噪声放大器在输入共源、共栅放大电路后加入对称的第二级共源、共栅放大电路形成差分输入放大，如图1所示，耦合电容Cc把单端输入信号的反向信号耦合到第二级输入放大电路，经差分输入放大后产生所需的差分输出信号。然而，该低噪声放大器第二电路中第二场效应管的源极与尾电流源电路之间未设置与负反馈电感Ls对称的电感，直接影响了该低噪声放大器电路的对称性，共模抑制效果不太理想。另外，该低噪声放大器的输出负载由简单的、对信号平衡无改善的差分电阻（RL1、RL2）构成，该低噪放输出的差分信号RFout+、RFout-的平衡性相对还较弱。 

又如美国专利申请号09/544,101公开了一种单转双低噪声放大器（Single-to-differential low noise amplifier），如图2所示，该低噪声放大器的共射共基双极型晶体管Q1、Q2的发射极分别对称连接有负反馈电感L1、L2，但是其输出负载也由简单的、对信号平衡无改善的差分电阻ZL构成，差分信号输出端RF(out+)、RF(out-)输出差分信号前分别连接耦合电容。该单转双低噪放存在以下问题：（1）与上述中国专利一样，两个对称的负载阻抗ZL 无任何互耦，输出端RF(out+)、RF(out-)输出差分信号的平衡度较差；（2）未设置高阻抗尾电流源，因此无法抑制共模信号，从而进一步影响了输出端RF(out+)、RF(out-)输出差分信号的平衡度。 

此外，现有的单端转差分低噪放在PVT和工作频率点变化时其性能变化都很敏感，其中一部分对于共模干扰和介质基底噪声也是敏感的。。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的差分输出增益相位高度平衡且稳健的单转双低噪声放大器，输出负载采用紧密耦合差分电感和在工作频率点处谐振用差分电容实现，以提高差分输出增益相位的平衡性和稳健性，在右侧共源、共栅放大电路与尾电流源电路之间增设负反馈电感，增加电路对称性；高阻抗尾电流源提高电路共模抑制能力，有助于提高差分输出增益相位的平衡性。 

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种差分输出增益相位高度平衡且稳健的单转双低噪声放大器，它包括： 

一个共源或共发射极输入放大晶体管对：第一晶体管、第四晶体管；一个共栅或共基放大晶体管对：第二晶体管、第三晶体管；尾电流源管，共源输入放大退耦电感L0、L1，带有紧密耦合差分电感的输出负载电路。 

所述的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、尾电流源管可以均为场效应管，或是均为双极型三极管。 

当第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、尾电流源管均为场效应管时，第一场效应管M1的栅极与射频输入连接，第一场效应管M1的源极通过第一负反馈电感L0与尾电流源管M5连接，第一场效应管M1的漏极与第二场效应管M2的源极相连；第四场效应管M4的源极通过第二负反馈电感L1与尾电流源管M5连接，第四场效应管M4的漏极与第三场效应管M3的源极相连，第二场效应管M2的栅极连接直流偏置电压DCBIAS_2，第三场效应管M3的栅极连接直流偏置电压DCBIAS_1，第二场效应管M2和第三场效应管M3的漏极分别与输出负载电路相连。