[发明专利]放大器

说明书

一种放大器(500)，其包含：放大元件(M₁)，其具有跨第一端子和第三端子的电压输入以及第二端子与所述第三端子之间的电压控制电流路径；以及三线变压器，其具有初级绕组(L_p)、次级绕组(L_s)和第三绕组(L_T)；其中所述初级绕组(L_p)连接到所述第三端子，所述次级绕组(L_s)连接到所述第一端子并且所述第三绕组(L_T)连接到所述第二端子；其中所述初级绕组(L_p)和所述次级绕组(L_s)以反相关系相互耦合；其中所述初级绕组(L_p)和所述第三绕组(L_T)以非反相关系相互耦合；其中所述次级绕组(L_s)和所述第三绕组(L_T)以反相关系相互耦合；并且其中所述第三绕组(L_T)在放大器输出与所述第二端子之间。

技术领域

本发明涉及放大器，具体涉及低噪声放大器(LNA)，并且更具体地涉及采用无功分量作为阻抗和/或噪声匹配和增益提升机制的一部分的低噪声放大器。

背景技术

通常希望改善放大器的增益，特别是在低功率RF接收器中。然而，与提供增益一样，同样重要的是LNA具有明确限定的输入阻抗，使得其与天线功率匹配以用于RF前端中这两个块之间的最大功率传送。应了解，这在用已经非常低电平的输入信号工作的LNA中特别重要。

基本共栅极(CG)LNA在图2中展示。放大器200的基本放大元件是晶体管M₁，其由DC电流源I_DC偏置成饱和状态。有源增益简单地由晶体管M₁的跨导g_m提供，其被限定为输出电流与输入电压的比率(i_out/v_in)。如图2所展示，M₁的栅极被AC接地并且保持在恒定的DC电压，而输入信号RF_i被施加在源极，因此改变栅极-源极电压，从而产生漏极-源极电流。输出信号RF_o取自漏极。对于CG级，输出电流近似等于输入电流(即，本征电流增益为)。因此，CG级的输入阻抗被限定为：

为了将输入阻抗设定为用于阻抗匹配的某个值，必须将M₁选择为具有特定值的本征跨导，因此也确定了放大器的增益(g_m与负载阻抗Z_L的乘积)。这限制了放大器的增益。例如，为了获得50Ω的输入阻抗(RF天线的典型阻抗)，M₁必须具有20毫安每伏(mA/V)的跨导。

图2的CG-LNA的修改使用变压器来提升CG级的跨导g_m，并且以此提升放大器的增益。此修改在图3中展示。除了提供了具有初级绕组L_p和次级绕组L_s的反相变压器310之外，放大器300具有与图2相同的基本布置。初级绕组L_p连接到晶体管M₁的源极，并且次级绕组L_s以反相关系连接到栅极，使得初级绕组L_p感测输入电压，并且次级绕组L_s将反相并且成比例的电压施加到栅极。因此，当输入电压下降时，栅极电压增加，当输入电压上升时，栅极电压降低。因此，栅极-源极电压被变压器300无源地放大，又与M₁的本征跨导结合，导致较大的整体跨导。整体增益取决于变压器300的特性，特别是其匝数比n和其耦合系数k。对于理想的变压器，耦合系数为1，但实际上总是小于1，通常为0.7-0.9(中等到强的相互耦合)。此放大器300的输入阻抗被限定为：