[发明专利]一种交叉耦合输入的低噪声跨导放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种放大器，特别涉及一种交叉耦合输入的具有噪声抵消性能的低噪声跨导放大器。

背景技术

在射频信号接收链路中，低噪声放大器是接收机的第一极有源电路，它本身具有很低的噪声系数并提供足够的增益。从整个接收链路考虑，低噪声放大器应具有较高的增益以抑制后极射频电路以及中频电路的噪声对整个接收链路噪声的影响。此外，低噪声放大器本身应具有较低的噪声系数以减轻混频器的设计压力。随着多载波技术和复杂调制技术越来越多地应用到无线通讯中，对接收机各项性能参数的要求也逐渐提高。由于MOS管(金属氧化物晶体管)截止频率的限制，很难对射频电路采用诸如运放反馈、跨导自举等改善性能的技术。这使得射频电路不能像中频电路那样可以灵活应用各种模拟电路设计方法进行优化及折中。低噪声放大器位于射频前端电路的第一极，根据系统的级联噪声系数的公式，低噪声放大器对整个射频电路的噪声系数的影响起到决定性的作用。综上所述，降低低噪声放大器的噪声系数是设计者不断追求的目标。

传统的低噪声放大器的结构大致可以分为共源极的低噪声放大器和共栅极的低噪声放大器。共源极低噪声放大器，信号从栅极输入。为了实现阻抗匹配，达到信号最优传输的目的，一般在源极接入一个源极退化电感，从栅极看进去的阻抗具有实数部分。共栅输入级放大器，信号从源极输入，源极看进去的等效阻抗如果与天线的内阻相等，即可实现阻抗匹配。然而，这两种传统的放大器都具有相对较高的噪声系数，降低低噪声放大器的噪声系数主要有噪声抵消和交叉耦合输入等重要方法。

噪声抵消结构的低噪声放大器有很多种，一般的思路是使信号通过两个支路进行放大，在输出端得到差分或者单端的输出信号。对于同一个器件产生的噪声经过两个支路后仍然是相干的噪声电压信号。采用适当的电路控制增益及相位差，在放大射频信号的同时，抵消相应器件产生的噪声，这样就可以通过差分或单端抵消的方法达到噪声抵消的目的。也可以通过另一种方式理解，信号通过两个支路放大，与此同时，只有一个支路中器件的噪声或者附加另一个支路中的部分器件的噪声在输出端产生影响。这样的话，输出端的噪声电压保持在相同增益的单支路放大器的数值，而信号的增益比单支路放大器的增益高了6dB(放大一倍)。这样就达到了相对较低的噪声系数。

交叉耦合输入技术主要是采用一对相互匹配的金属氧化物晶体管作为低噪声放大器的输入管，利用电容将一对相互匹配的金属氧化物晶体管的其中一个金属氧化物晶体管的栅极与另一个金属氧化物的源极连接在一起，这样就形成了交叉耦合输入。每一个金属氧化物晶体管的栅极和源极都接极性相反的射频信号。这样，在金属氧化物晶体管的尺寸和偏置电压相同的情况下，每一个金属氧化物晶体管的实际跨导增大了一倍。因此，在相同的功耗和噪声电流的情况下，低噪声放大器的增益增大了一倍，进而起到降低低噪声放大器噪声系数的作用。

根据噪声系数的公式，提高低噪声放大器的增益对噪声系数的优化起到重要的作用。而高增益的一般是以直流电流或者功耗作为代价的，在电阻负载的结构中，大偏置电流产生的压降附加在负载电阻上，因此是被浪费掉的。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提供一种交叉耦合输入的低噪声跨导放大器，该低噪声跨导放大器的噪声比传统的交叉耦合输入结构具有更低的噪声和功耗；同时解决传统交叉耦合输入结构在较大偏置电流时在负载电阻上产生较大电压降的问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的结构是一种交叉耦合输入的噪声抵消低噪声跨导放大器，该放大器包含交叉耦合输入级放大器、片外接受网络以及隔离电路；所述交叉耦合输入级放大器包括第一N型金属氧化物晶体管、第二N型金属氧化物晶体管、第三P型金属氧化物晶体管、第四P型金属氧化物晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容；所述隔离电路包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容；所述片外接受网络包括第九电容、第十电容、第五电感、第六电感、模拟天线的信号源和天线内阻。