[发明专利]一种采用电感补偿技术的超宽带低噪声放大器

说明书

技术领域

本发明属于射频集成电路技术领域，具体涉及一种具有平坦增益、低噪声、良好输入匹配的超宽带低噪声放大器，适用于包括GSM、WCDMA、Bluetooth、WLAN、UWB等0.5G～10.6GHz的多模接收机前端。

背景技术

随着市场对多功能无线设备的需求迅速增加，多模式的射频接收系统已经成为学术和工业界研究的热点。通过将多种不同的通信模式整合到一个单一的接收链路，可以同时降低整机的芯片面积和功耗。

低噪声放大器是射频接收链路中的重要模块，其接收来自天线的微弱信号并放大后输给后级模块，为保证整个接收链路的性能，要求低噪声放大器本身具有较低的噪声系数，同时还要提供足够的增益以抑制来自混频器等后级模块的噪声。低噪声放大器的增益往往与功耗成正比,而对于射频接收系统而言,低功耗是其基本要求,在保证足够增益的前提下尽量降低功耗是低噪声放大器的一个研究方向。此外，相对于传统的窄带低噪声放大器，能覆盖0.5G～10.6GHz的超宽带低噪声放大器要同时满足输入匹配、噪声系数、增益、线性度等多种指标的难度要大得多。

为了实现超宽带低噪声放大器的性能指标，往往需要使用电感进行必要的补偿，而电感所消耗的面积很大，为了降低成本减小面积，尽量减少电感的使用数目是超宽带低噪声放大器的设计方向之一。图1是文献1，S.-F.Chao,J.-J.Kuo,C.-L.Lin,M.-D.Tsai,and H.Wang,A DC-11.5GHz low-power,wideband amplifier using splitting-load inductive peaking technique,Microwave and Wireless Components Letters,IEEE,vol.18,pp.482-484,2008.中提到的一种采用分裂负载电感补偿技术的电阻负反馈低噪声放大器，该放大器采用三级放大以获得足够的增益，在第一第二级的输入端串入一个电感用以补偿随着频率增长而下降的增益。由于该放大器采用的是电阻负反馈结构，其在增益和输入匹配间存在严重的相互制约，尤其是在深亚微米CMOS工艺上，该结构在满足输入匹配的前提下往往只能提供很小的增益，因而需要使用多级进行放大，但这会使用多个电感并降低噪声性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种采用电感补偿技术的有源负反馈超宽带低噪声放大器，通过源跟随器驱动电阻的方式获得输入匹配，大大缓解了增益和输入匹配间的制约，最终使用一级放大就获得了足够的增益，减少了电感的使用数目并提高了噪声性能。

具体地，本发明提供的技术方案如下:

一种采用电感补偿技术的超宽带低噪声放大器，包括：放大单元1、反馈单元2和输出匹配单元3（如图2所示），其中，放大单元1的输出端直接接反馈单元2和输出匹配单元3的输入端，反馈单元2的输出端接放大单元1的输入端。放大单元1采用自偏置反相器的结构，通过一路电流偏置，复用了NMOS管M1和PMOS管M2的跨导，降低了功耗，而且其偏置电阻取值较大（常见地取在5K欧姆左右）以使得放大单元1的输入阻抗很大，对输入匹配不产生影响；放大单元1还采用了分裂负载电感补偿技术（Splitting-Load Inductive Peaking Technique），将一个电感串联在MOS管的栅端，使得本发明提出的低噪声放大器的3dB带宽获得了较大提高，该放大器在很宽的频带内都能保持较为平坦的增益，同时该补偿电感对噪声也有一定的抑制作用；此外，为了补偿由于寄生电容导致的增益随频率的下降，在放大单元1的NMOS管的栅端串联了一个电感，通过串联谐振，M1栅端的电压在谐振频率前随着频率增长而增大，进而补偿了原本随着频率增长而下降的电压增益。

反馈单元2采用源跟随器驱动一个中等大小电阻（常见地取在150欧姆～500欧姆之间）的方式组成，可以在一个宽频带范围内获得良好的输入匹配。输出匹配单元3采用源跟随器的结构，在一个很宽的频带内都能提供良好的输出匹配，该单元主要用于单独测试本发明提出的低噪声放大器或者是该放大器接片外负载的情况，对于直接接片上混频器等电容性负载的情况可以将该级去掉，不影响本发明提出的低噪声放大器的性能和使用。

所述放大单元1包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、电阻R1、电容C3和电感L1，其中：