一种宽频带高线性低噪声放大器的制作方法

1.本发明涉及射频集成电路设计领域，具体涉及宽频带高线性低噪声放大器。


背景技术：

2.宽带无线通信系统因具有信号传导快、兼容其他频谱资源、信号保密度高等特点，在军民领域得到广泛应用。宽带低噪声放大器作为该无线通信系统前端的重要模块，其工作带宽、噪声系数等指标直接影响整个接收机的性能。
3.正交频分复用技术作为宽带通信系统核心技术具有频谱效率高、调制与解调简单等特点，但其输出信号在高速率下可达6db以上高峰均比；而且宽带通信系统中存在大量的带内干扰及由不同模块或发射机泄漏引起的交调或互调信号，这两种情况对器件的线性度提出较高的要求。因此，对低噪声放大器的线性化技术进行研究同样具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的就是针对上述应用场景对低噪声放大器的需求，提出了一种宽频带高线性度低噪声放大器。
5.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种宽频带高线性度低噪声放大器依次包括第一级输入级、第一级输出级、第二级共源放大器。所述第一级输入级为放大器提供50欧姆输入阻抗实现宽频带内良好驻波特性，以及具有高线性度的跨导；第一级输出级作为负载将第一级输入级产生的电流信号转换为电压信号，并利用电感抵消掉晶体管的寄生电容从而实现频带扩展；第二级共源放大器利用电感在输出端引入额外零点抵消高频极点实现宽频带输出，采用辅助晶体管产生与主晶体管极性相反的高阶跨导从而提高输出信号的线性度；
6.所述第一级输入级包括电阻r1、r2、r3,r4，电容c1、c2、c3、c4,电感l1、l2，nmos管mn1、mn2、mn3、mn4；
7.所述第一级输出级包括电阻r5、r6，电容c5、c6，电感l3、l4、l5、l6，pmos管mp1、mp2；
8.所述第二级共源放大器包括电阻r7、r8，电感l7、l8,nmos管mn5、mn6、mn7、mn8；
9.其中电容c1、c3的上极板均与输入信号vin相连接，电容c1的下极板与电阻r1、电感l1的左端相连接，电容c3的下极板与nmos管mn3的栅极和电阻r3上端相连接，电容c2、c4的上极板均与输入信号vip相连接，电容c2的下极板与电阻r2、电感l2的右端相连接，电容c4的下极板与nmos管mn4的栅极和电阻r4上端相连接，电阻r3下端与电阻r4下端相连接且接相同的偏置电压vaux，nmos管mn1的栅极与电感l1右端相连接、漏极与电阻r1的右端、电感l3的下端、nmos管mn3的漏极相连接、源极与地相连接，nmos管mn2的栅极与电感l2左端相连接、漏极与电阻r2的左端、电感l4的下端、nmos管mn4的漏极相连接、源极与地相连接，nmos管mn3的源极与地相连接，nmos管mn4的源极与地相连接。
10.电感l3上端与pmos管mp1的漏极、mnos管mn5的栅极相连接，电感l4上端与pmos管
mp2的漏极、mnos管mn6的栅极相连接，pmos管mp1的栅极与电阻r5的左端、电容c5的上极板相连接、源极与电感l5的下端相连接，pmos管mp2的栅极与电阻r6的右端、电容c6的上极板相连接、源极与电感l6的下端相连接，电阻r5右端与电阻r6左端相连接且接至相同偏置电压vb，电容c5下极板与地相连接，电容c6下极板与地相连接，电感l5上端与电源相连接，电感l6上端与电源相连接，mnos管mn5漏极与电阻r7下端、mnos管mn6漏极和栅极相连接、源极与地相连接，mnos管mn7漏极与电阻r8下端、mnos管mn8漏极和栅极相连接、源极与地相连接，mnos管mn6源极与地相连接，mnos管mn8源极与地相连接，电阻r7上端与电感l7下端相连接，电阻r8上端与电感l8下端相连接，电感l7上端与电源相连接，电感l8上端与电源相连接。
11.本发明与现有技术相比的有益效果是：
12.1、本发明实现工作带宽支持100mhz～5ghz；
13.2、本发明实现线性度三阶交调点可达29.5dbm
附图说明
14.图1本发明背景技术的传统宽带电阻负反馈型低噪声放大器示意图。
15.图2本发明的宽频带低噪声高线性低噪声放大器电路结构示意图。
具体实施方式
16.下面结合附图，对本发明的一种宽频带高线性度低噪声放大器进行详细描述。本发明的宽频带高线性低噪声放大器包括第一级输入级、第一级输出级、第二级共源放大器。与传统宽带电阻负反馈低噪声放大器输入级(图1)相比，本发明的宽带高线性低噪声放大器在电阻负反馈型基础上采用电感串联技术消除晶体管寄生电容对高频信号增益的影响，并在第二级共源放大器输出级利用电感引入额外零点，进一步实现带宽的扩展；在所述放大器第一级输入级、第二级共源放大器输出端采用辅助晶体管产生与主晶体管极性相反的高阶跨导，进而抵消信号高阶项，实现较高的输入、输出线性度。
17.图2为本发明中宽带高线性度低噪声放大器整体电路结构，具体的所述第一级输入级包括电阻r1、r2、r3,r4，电容c1、c2、c3、c4,电感l1、l2，nmos管mn1、mn2、mn3、mn4；
18.所述第一级输出级包括电阻r5、r6，电容c5、c6，电感l3、l4、l5、l6，pmos管mp1、mp2；
19.所述第二级共源放大器包括电阻r7、r8，电感l7、l8,nmos管mn5、mn6、mn7、mn8；
20.其中电容c1、c3的上极板均与输入信号vin相连接，电容c1的下极板与电阻r1、电感l1的左端相连接，电容c3的下极板与nmos管mn3的栅极和电阻r3上端相连接，电容c2、c4的上极板均与输入信号vip相连接，电容c2的下极板与电阻r2、电感l2的右端相连接，电容c4的下极板与nmos管mn4的栅极和电阻r4上端相连接，电阻r3下端与电阻r4下端相连接且接相同的偏置电压vaux，nmos管mn1的栅极与电感l1右端相连接、漏极与电阻r1的右端、电感l3的下端、nmos管mn3的漏极相连接、源极与地相连接，nmos管mn2的栅极与电感l2左端相连接、漏极与电阻r2的左端、电感l4的下端、nmos管mn4的漏极相连接、源极与地相连接，nmos管mn3的源极与地相连接，nmos管mn4的源极与地相连接。
21.电感l3上端与pmos管mp1的漏极、mnos管mn5的栅极相连接，电感l4上端与pmos管
mp2的漏极、mnos管mn6的栅极相连接，pmos管mp1的栅极与电阻r5的左端、电容c5的上极板相连接、源极与电感l5的下端相连接，pmos管mp2的栅极与电阻r6的右端、电容c6的上极板相连接、源极与电感l6的下端相连接，电阻r5右端与电阻r6左端相连接且接至相同偏置电压vb，电容c5下极板与地相连接，电容c6下极板与地相连接，电感l5上端与电源相连接，电感l6上端与电源相连接，mnos管mn5漏极与电阻r7下端、mnos管mn6漏极和栅极相连接、源极与地相连接，mnos管mn7漏极与电阻r8下端、mnos管mn8漏极和栅极相连接、源极与地相连接，mnos管mn6源极与地相连接，mnos管mn8源极与地相连接，电阻r7上端与电感l7下端相连接，电阻r8上端与电感l8下端相连接，电感l7上端与电源相连接，电感l8上端与电源相连接。
22.本发明的工作原理：
23.宽带高线性低噪声放大器的第一级输入级由电阻r1、r2、r3,r4，隔直电容c1、c2、c3、c4,电感l1、l2，nmos管mn1、mn2、mn3、mn4组成，nmos管mn1和mn2为主输入通道采用自偏置工作于饱和区，利用电阻r1、r2作为负反馈电阻降低输入端阻抗品质因子从而实现宽带匹配，同时电感l1、l2与nmos管mn1和mn2的栅源寄生电容在高频时产生谐振，避免增益在高频的降低从而进一步提升工作带宽；nmos管mn3、mn4为辅助输入通道，电阻r3、r4作为偏置电阻将mn3、mn4工作在亚阈值区域，形成与nmos管mn1和mn2具有相反极性的三阶跨导，两者产生的电流在nmos管mn1和mn2的漏极相加，提升放大器输入三阶交调特性；第一级输出级包括电阻r5、r6，电容c5、c6，电感l3、l4、l5、l6，pmos管mp1、mp2，其中电感l3、l4与pmos管mp1、mp2、nmos管mn1、mn2的漏极电容在高频时产生谐振，提升高频增益，达到扩展信号带宽的目的，电感l5、l6为第一级放大器提供偏置电流，降低直流压降，提升第一级放大器输出摆幅，电阻r5、r6，电容c5、c6为pmos管mp1、mp2提供合适偏置，使其工作于饱和区；第二级共源放大器利包括电阻r7、r8，电感l7、l8,nmos管mn5、mn6、mn7、mn8，其输出阻抗表达式为：
[0024][0025]
其中c
l
为低噪声放大器的负载电容(即后级模块的输入电容)，
[0026]
得到输出阻抗幅度值为：
[0027][0028]
与未引入电感l7、l8时的输出阻抗：
[0029][0030]
相比，可知输出端无电感时输出阻抗只存在一个极点，电感l7、l8的引入使得输出阻抗中存在两个极点和一个零点，零点的出现弥补了高频处的增益衰减，起到了带宽扩展的作用。nmos管mn5、mn6、mn7、mn8均工作于饱和区，但因nmos管mn5/mn6和mn7/mn8输入信号相位不同，从而产生的三阶交调信号具有相反的极性，两者在输出端相加实现低噪声放大器输出端线性度的提升。最终芯片实现工作带宽100mhz～5ghz，线性度三阶交调点可达29.5dbm。
[0031]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种宽频带高线性度的低噪声放大器，其特征在于，包括第一级输入级、第一级输出级、第二级共源放大器。所述第一级输入级包括电阻r1、r2、r3,r4，电容c1、c2、c3、c4,电感l1、l2，nmos管mn1、mn2、mn3、mn4；所述第一级输出级包括电阻r5、r6，电容c5、c6，电感l3、l4、l5、l6，pmos管mp1、mp2；所述第二级共源放大器包括电阻r7、r8，电感l7、l8,nmos管mn5、mn6、mn7、mn8。2.根据权利要求1所述的宽频带高线性度的低噪声放大器，其特征在于：其中，电容c1、c3的上极板均与输入信号vin相连接，电容c1的下极板与电阻r1、电感l1的左端相连接，电容c3的下极板与nmos管mn3的栅极和电阻r3上端相连接，电容c2、c4的上极板均与输入信号vip相连接，电容c2的下极板与电阻r2、电感l2的右端相连接，电容c4的下极板与nmos管mn4的栅极和电阻r4上端相连接，电阻r3下端与电阻r4下端相连接且接相同的偏置电压vaux，nmos管mn1的栅极与电感l1右端相连接、漏极与电阻r1的右端、电感l3的下端、nmos管mn3的漏极相连接、源极与地相连接，nmos管mn2的栅极与电感l2左端相连接、漏极与电阻r2的左端、电感l4的下端、nmos管mn4的漏极相连接、源极与地相连接，nmos管mn3的源极与地相连接，nmos管mn4的源极与地相连接。3.根据权利要求1所述的宽频带高线性度的低噪声放大器，其特征在于：其中，电感l3上端与pmos管mp1的漏极、mnos管mn5的栅极相连接，电感l4上端与pmos管mp2的漏极、mnos管mn6的栅极相连接，pmos管mp1的栅极与电阻r5的左端、电容c5的上极板相连接、源极与电感l5的下端相连接，pmos管mp2的栅极与电阻r6的右端、电容c6的上极板相连接、源极与电感l6的下端相连接，电阻r5右端与电阻r6左端相连接且接至相同偏置电压vb，电容c5下极板与地相连接，电容c6下极板与地相连接，电感l5上端与电源相连接，电感l6上端与电源相连接，mnos管mn5漏极与电阻r7下端、mnos管mn6漏极和栅极相连接、源极与地相连接，mnos管mn7漏极与电阻r8下端、mnos管mn8漏极和栅极相连接、源极与地相连接，mnos管mn6源极与地相连接，mnos管mn8源极与地相连接，电阻r7上端与电感l7下端相连接，电阻r8上端与电感l8下端相连接，电感l7上端与电源相连接，电感l8上端与电源相连接。

技术总结
本发明公开了一种应用于射频接收机集成电路的宽频带高线性低噪声放大器。本发明依次包括第一级输入级、第一级输出级、第二级共源放大器。所述第一级输入级为放大器提供50欧姆输入阻抗；第一级输出级作为负载将第一级输入级产生的电流信号转换为电压信号；第二级共源放大器利用电感在输出端实现宽频带输出，采用辅助晶体管产生提高输出信号的线性度。本发明具有支持工作频带宽、线性度高的特点，能够用于相控阵射频前端、卫星接收机、蓝牙接收器等无线通信射频集成电路中。无线通信射频集成电路中。无线通信射频集成电路中。


技术研发人员：牛海昆
受保护的技术使用者：北京汇芯通电子科技有限公司
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/9/20