[发明专利]一种低功耗高增益高线性度宽带低噪声放大器

说明书

一种低功耗高增益高线性度宽带低噪声放大器，设有匹配单元、第一放大单元、复用单元、第二放大单元、第一负载单元、第三放大单元、第二负载单元和电容C₄、C₅、C₆。匹配单元采用级联L型输入匹配网络实现50欧姆输入阻抗匹配，射频输入信号通过匹配单元经第一放大单元进行放大，放大后的信号电压通过复用单元到实现电流复用的第二放大单元进行第二次放大并送至第一负载单元，第二次放大后的信号电压还通过电容C₄、C₅送至采用多栅晶体管并联技术的第三放大单元进行第三次放大并送至负载单元并通过电容C₆输出射频输出信号。

技术领域

本发明涉及射频宽带放大器，尤其是一种低功耗高增益高线性度宽带低噪声放大器，采用CMOS工艺，在射频电路中具有较大优势，设计结构简单，在改善噪声性能与增益同时，将功耗大幅度降低，具有较大的增益带宽与输入匹配带宽，且具有较高的线性度和较小的噪声系数。

背景技术

低噪声放大器在无线接收机中是极为关键的模块，在设计时，需要面临各种各样的设计指标要求，例如：低噪声、低功耗、高增益、高线性度和较宽的带宽。由于有些设计指标之间本身存在矛盾，例如低噪声和高线性度，因此在设计时往往很难全部兼顾，需要进行折中或者采用一些技术手段。

共栅共源两级级联结构放大器广泛应用于宽带低噪声放大器的设计中，主要原因是其具有宽带输入匹配特性和一定的电压增益，传统的共栅共源两级级联结构的低噪声放大器电路如图1所示。信号由晶体管M₁₀源极输入，晶体管M₁₀的漏极接晶体管M₂₀的栅极，信号最后由晶体管M₂₀的漏极输出。通过调整M₁₀和M₂₀的宽长比及栅极偏置电压，可以调整流经M₁₀和M₂₀的电流大小，同时，通过调整负载电感L₁和L₂的电感值大小，可以获得不同的电压增益。此外，通过改变M₁₀的宽长比及栅极偏置电压，进而改变M₁₀的跨导g_m，从而使其输入阻抗与50欧姆天线匹配。该结构具有较宽的输入带宽和增益带宽，同时具有一定的电压增益。但是，传统的共栅共源两级级联结构放大器具有以下缺点：

第一是功耗大，传统的共栅共源两级级联结构放大器的输入阻抗近似为1/(g_m+g_mb)，其中g_m为输入晶体管跨导，g_mb为输入晶体管衬底到源极电位差带来的体效应对应的等效跨导。为了实现输入阻抗与50欧姆天线的匹配，必须通过增加工作电流以提高输入管的跨导，使上式近似等于50欧姆。

第二是增益低，传统的共栅共源两级级联结构放大器的增益很大程度上取决于共源级的增益，共栅极由于输入电阻远小于共源级，其提供的源电压增益较小，因此，尽管该放大器是两级级联放大器，具有一定的电压增益，但是增益较低。

第三是隔离度差，由于传统的共栅共源两级级联结构放大器中共栅极的隔离度较差，这将导致共栅极输出端的信号返回到输入端，难以满足系统对隔离度指标的要求。

最后是噪声大，传统的共栅共源两级级联结构放大器的噪声系数较大，往往超过4dB。

发明内容

本发明的目的是为克服传统的共栅共源两级级联结构放大器的不足，提供一种低功耗高增益高线性度宽带低噪声放大器，能在保证宽带特性基础上，降低放大器的功耗和噪声，提高放大器的增益、隔离度、线性度和输入匹配带宽。