[发明专利]一种低噪声放大器和混频器融合结构

说明书

技术领域

本发明涉及变频接收机，尤其涉及一种低噪声放大器和混频器融合结构。

背景技术

在直接变频接收机中，低噪声放大器和混频器作为接收机的前端电路，其性能对整个接收机具有极重要的影响。根据系统的级联噪声系数的公式，由低噪声放大器和混频器组成的前端电路应具有较低的噪声系数和较高的增益以抑制后级电路的噪声对整个接收链路噪声系数的影响。然而降低低噪声放大器的噪声系数通常是以更高的功耗为代价的，这对家庭自动化、消费性电子产品等电池供电设备是一个巨大的挑战。因此研究低噪声、高增益、低功耗的射频接收前端具有重要的意义，越来越多的设计者关注低噪声放大器和混频器融合结构。

传统的混频器结构分为有源混频器和无源混频器。无源混频器中没有静态电流流过开关混频级，这使其闪烁噪声大大减小，且无源混频器的线性度通常会高于有源混频器，从而使得无源混频器受到许多设计者的青睐。但是典型无源混频器的跨阻放大级由带有电阻负反馈的运算放大器组成，由于跨阻放大级要提供基带低阻抗输入节点，这使得运算放大器需要工作在较大的偏置电流之下以提供足够高的基带增益，增加了混频器的功耗。相比之下，采用电流转换的有源混频器可以使用同一偏置电流完成以上任务，并且工作可靠，端口隔离度好，尽管这样会引入较高的闪烁噪声。

传统吉尔伯特混频器的噪声主要来源于混频开关级的闪烁噪声和射频跨导级的热噪声。为了降低混频开关级的闪烁噪声，通常的做法是采用放血电路，通过恒流源为跨导级提供大部分的偏置电流，从而降低流过开关管的直流电流，进而降低混频开关级的闪烁噪声。但这样做的后果是在开关混频级的源端引入较大的寄生电容，同时恒流源本身不提供增益却引入噪声。为了在降低混频开关级的闪烁噪声的同时尽量减少寄生电容的引入并提供较高的增益，可以将恒流源改为跨导级，即将电流源管改为射频跨导管，提供更大的跨导。另外，为了进一步提高有源混频器的噪声性能，需要在射频跨导级采用噪声抵消技术以降低射频跨导级的噪声系数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低噪声放大器和混频器融合结构，具有低噪声、高增益、低功耗的特点，能够直接作为射频接收机前端工作。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种低噪声放大器和混频器融合结构，包含低噪声跨导放大级、开关混频级、电阻负载级。本发明的低噪声放大器和混频器融合结构的原理图如图1所示，详细工作原理解释如下：

其中，低噪声跨导放大级分为两部分，第一部分采用交叉耦合主从噪声抵消技术，其主跨导管为第一NMOS管（M1）、第二NMOS管（M2），设其跨导分别为g_m1和g_m2，从跨导管为第三NMOS管（M3）、第四NMOS管（M4），设其跨导分别为g_m3和g_m4。主跨导管采用交叉耦合结构，其栅极和源极的射频信号幅度相等、相位相反，使得主跨导管的等效跨导值分别为2g_m1和2g_m2，提高了跨导放大级的跨导值。第一部分整体采用主从噪声抵消技术，主跨导管第一NMOS管（M1）的噪声在第一NMOS管（M1）、第二NMOS管（M2）、第三NMOS管（M3）和第四NMOS管（M4）所在支路产生的噪声电流分别为i_n1、i_n2、i_n3和i_n4。因为噪声电流i_n1与i_n2、i_n3和i_n4都源自第一NMOS管（M1）的噪声，所以四者相干。通过选择合适的g_m3和g_m4值，可以使得i_n1+i_n3＝i_n2+i_n4,由于电路结构为差分结构，则在输出端第一NMOS管（M1）的噪声被抵消。同理可得，第二NMOS管（M2）的噪声在输出端也被抵消。