CN106911313B - 一种低噪声放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低噪声放大器。该低噪声放大器包括：偏置电路；第一级放大电路，所述第一级放大电路为共源共栅极结构；第二级放大电路，第二级放大电路通过第一电容与第一级放大串联连接，所述偏置电路的一端与所述第二级放大电路相连接；以及匹配网络，所述匹配网络的一端与所述偏置网络相连接，所述匹配网络的另一端与所述第一放大相连接。该低噪声放大器可以提供高增益、低噪声，同时低功耗的性能。

Description

一种低噪声放大器
技术领域
本发明涉及电子电路领域，具体而言涉及一种低噪声放大器。
背景技术
射频收发机被广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁***、小区传呼、工业数据采集***、无线标签、小型无线数据终端、安全防火***、无线遥控***、生物信号采集、水文气象监控、数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。
低噪声放大器是射频接收机的第一级电路，它的功能是在产生尽可能低的噪声的前提下，对射频信号进行放大以降低后续各级模块产生的噪声对信号的影响。
通常的低噪声放大器增大增益的方法为多级放大，一般为并联结构。现有技术中公开了具有低噪声和高增益的低噪声放大器。其包含两级放大器，其中一差分放大器，一前置放大器以及一阻抗匹配网络。此专利中M1为前置放大器，由于其结构简单，噪声系数相比差分结构较小，如果设计合理的话能够有效的减小***的噪声系数。同时由于采用两级放大，能够提高***增益。由于这种设计两级放大的级联方式需要两路电流，所以功耗较高。
另外，现有技术还公开了一种高增益的宽带低噪声放大器。此专利采用有源跨导增强电路，设有高频扼流单元、负载单元以及第一、第二级两个输入放大单元。这种设计同样是两级放大的级联方式需要两路电流，所以功耗较高。
因此，需要提供一种低噪声放大器，以至少部分地解决上面提到的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种低噪声放大器，在本发明中，两级放大电路在同一支路上，相比传统方法显著减小了功耗。
本发明的实施例提供一种低噪声放大器，其特征在于，所述低噪声放大器包括：偏置电路；第一级放大电路，所述第一级放大电路为共源共栅极结构，其中所述第一级放大电路包括第一晶体管和第二晶体管，并且其中所述第一晶体管的源极连接至所述第二晶体管的漏极；第二级放大电路，第二级放大电路通过第一电容与第一级放大串联连接，所述偏置电路的一端与所述第二级放大电路相连接；以及匹配网络，所述匹配网络包括第一电感和第二电感，所述匹配网络的一端通过所述第一电感与所述偏置网络相连接，所述匹配网络的另一端通过所述第二电感与所述第二晶体管的源极相连接。
示例性地，其中所述第一晶体管的宽长比与所述第二晶体管的宽长比相同。
示例性地，在所述共源共栅极结构中的所述第二晶体管的本征增益为0dB。
示例性地，所述匹配网络中的第一电感使阻抗匹配到50欧姆，并且所述匹配网络中的第二电感提供了阻抗的实部。
示例性地，在所述第一级放大电路中，与第一晶体管的漏极相连接的第二电容与第三电感组成并联谐振网络，并且作为所述第一级放大电路的负载。
示例性地，所述第二级放大电路包括第三晶体管，所述第三晶体管的源极与第三电容相连接。
示例性地，所述第一级放大电路的所述第一晶体管的栅极与第一电阻相连接。
示例性地，所述第二级放大电路中的第三晶体管的漏极与第二电阻相连接。
本发明提出一种应用于射频收发机的高增益、低噪声放大器设计。该低噪声放大器设计采用在传统的共源共栅电路结构的基础上做出改进，增大了电路增益。本发明提出的设计相比传统的获得高增益的方法即多级级联放大的方法，有着更低的功耗。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为本发明实施例的低噪声放大器电路的示意图；以及
图2为本发明实施例的低噪声放大器电路的增益曲线仿真示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明的一个实施例提供一种低噪声放大器。该低噪声放大器可以显著减小功耗。
下面，参照图1来具体描述本发明的实施例的一种低噪声放大器。其中，图1为本发明实施例的低噪声放大器电路的示意图。本发明实施例的低噪声放大器，包括偏置电路；第一级放大电路，所述第一级放大电路为共源共栅极结构，其中所述第一级放大电路包括第一晶体管和第二晶体管，并且其中所述第一晶体管的源极连接至所述第二晶体管的漏极；第二级放大电路，第二级放大电路通过第一电容与第一级放大串联连接，所述偏置电路的一端与所述第二级放大电路相连接；以及匹配网络，所述匹配网络包括第一电感和第二电感，所述匹配网络的一端通过所述第一电感与所述偏置网络相连接，所述匹配网络的另一端通过所述第二电感与所述第二晶体管的源极相连接。
如图1所示，本实施例主要由两部分组成，第一部分为阻抗R1、阻抗R2、阻抗R3、阻抗R7及晶体管MN2组成的偏置电路，第二部分为主要放大电路。其中，该偏置电路，阻抗R1与电源供电电位VDD相连接，阻抗R1、阻抗R2和阻抗R3串联连接，并且阻抗R3与晶体管MN2的漏极相连接，晶体管MN2的栅极与阻抗R7相连接。从VDD经过阻抗R1后的电压为V1，经过阻抗R2后的电压为V2。阻抗R7分别与电容C6和匹配网络中的电感L1相连接，其中，电容C6与输入IN相连接。
低噪声放大器LNA的第一级放大电路为共源共栅极结构，由晶体管MN3以及晶体管MN4组成。晶体管MN1和阻抗R4组成第二级共源放大电路。第一级放大的信号通过电容C3到达第二级。其中，晶体管MN3的源极接入到晶体管MN4的漏极，并且晶体管MN4的源极与匹配网络中的电感L2相连接，而L2接地。晶体管MN4的栅极与匹配网络中的电感L1相连接。示例性地，晶体管MN3的栅极分别与阻抗R6和电容C5相连接，电容C5接地。示例性地，晶体管MN3的漏极与电容C3相连接，电容C3的另一端分别与晶体管MN1的栅极以及电容C4相连接，而电容C4接地。
示例性地，在第二级放大电路中，阻抗R4的一端与电源供电电位VDD相连接，而另一端与晶体管MN1的漏极相连接。经过阻抗R4的信号作为输出OUT，并且晶体管MN1的源极与电容C1相连接，电容C1接地。示例性地，晶体管MN1的栅极分别与电容C3、电容C4和电阻R5相连接，其中，C3的另一端连接至晶体管MN3的漏极。其中，经过电阻R5的电压为V1。
示例性地，其中所述第一晶体管的宽长比与所述第二晶体管的宽长比相同。
示例性地，在所述共源共栅极结构中的所述第二晶体管的本征增益为0dB。如图1所示，晶体管MN3的宽长比和晶体管MN4相同，保证了良好的隔离度，还可以使Cascode结构中晶体管MN4的本征增益将为0dB，降低Miller效应对阻抗匹配性能的影响。
示例性地，所述匹配网络中的第一电感使阻抗匹配到50欧姆，并且所述匹配网络中的第二电感提供了阻抗的实部。其中，LNA匹配网络采用电感源简并技术来实现，其中电感L2提供了阻抗的实部，电感L1作用是使阻抗匹配到50欧姆。
示例性地，在所述第一级放大电路中，与第一晶体管的漏极相连接的第二电容与第三电感组成并联谐振网络，并且作为所述第一级放大电路的负载。其中，电容C2和电感L3组成并联谐振网络，并作为第一级放大电路的负载，同时起到带外滤波的作用，可以显著的提高接收机的带外线性性能。具体地，电容C2和电感L3并联，二者并联的一端与MN3的漏极相连接，而另一端与第二级放大中的晶体管MN1的源极相连接。
示例性地，所述第二级放大电路包括第三晶体管，所述第三晶体管的源极与第三电容相连接。其中，电容C1提供第二级放大的交流电。
示例性地，所述第一级放大电路的所述第一晶体管的栅极与第一电阻相连接。
示例性地，所述第二级放大电路中的第三晶体管的漏极与第二电阻相连接。其中，阻抗R6以及阻抗R5可以有效防止高频情况下，交流小信号从栅极耦合到源极。
接下来，参照图2说明本发明实施例的低噪声放大器电路的增益曲线仿真。图2为本发明实施例的低噪声放大器电路的增益曲线仿真示意图。
如图2所示，本发明提出一种高增益的低噪声放大器设计，用于1.5G左右频段时候，最高可有36.295dB的增益。
本发明实施例的低噪声放大器设计，将两级放大结构串联于同一支路，有效的减小了低噪放功耗。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (8)

1.一种低噪声放大器，其特征在于，所述低噪声放大器包括：
偏置电路；
第一级放大电路，所述第一级放大电路为共源共栅极结构，其中所述第一级放大电路包括第一晶体管和第二晶体管，并且其中所述第一晶体管的源极连接至所述第二晶体管的漏极；
第二级放大电路，第二级放大电路通过第一电容与所述第一级放大电路串联连接，所述偏置电路的一端与所述第二级放大电路相连接；以及
匹配网络，所述匹配网络包括第一电感和第二电感，所述匹配网络的一端通过所述第一电感与所述偏置电路相连接，所述匹配网络的另一端通过所述第二电感与所述第二晶体管的源极相连接。
2.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，其中所述第一晶体管的宽长比与所述第二晶体管的宽长比相同。
3.如权利要求2所述的低噪声放大器，其特征在于，在所述共源共栅极结构中的所述第二晶体管的本征增益为0dB。
4.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述匹配网络中的第一电感使阻抗匹配到50欧姆，并且所述匹配网络中的第二电感提供了阻抗的实部。
5.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，在所述第一级放大电路中，与第一晶体管的漏极相连接的第二电容与第三电感组成并联谐振网络，并且作为所述第一级放大电路的负载。
6.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第二级放大电路包括第三晶体管，所述第三晶体管的源极与第三电容相连接。
7.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第一级放大电路的所述第一晶体管的栅极与第一电阻相连接。
8.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第二级放大电路中的所述第三晶体管的漏极与第二电阻相连接。
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