[发明专利]一种采用有源跨导增强和噪声抵消技术的差分低功耗低噪声放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用有源跨导增强和噪声抵消技术的差分低功耗低噪声放大器，具有低噪声系数低功耗的特点，属于射频集成电路技术领域。

背景技术

低噪声放大器是无线传输系统中接收机的关键模块，它的主要作用是在保持低噪声的条件下，放大天线从空中接收到的微弱信号并传输到后级。由于处于射频接收的最前端，低噪声放大器对于整个接收机性能有重要影响。输入输出端口匹配，噪声系数低，足够的增益，合适的功耗和线性度是低噪声放大器设计的基本要求。

传统的低噪声放大器一般采用源极电感反馈技术，但是需要片上电感，占据太大面积。传统的共栅放大器虽然可以容易的实现输入匹配和较低的功耗，但是噪声系数比较大。最近几年里无电感的低噪声放大器开始出现。它们一般可以分为两类：第一类是带有电阻反馈或者有源反馈的共源放大器，第二类是结合跨导增强或者噪声抵消的共栅放大器。但是这些结构在增益、噪声、线性度、功耗等性能中都有一定的折中选取。

共栅放大器因为提供比并联反馈放大器小的电压增益，所以线性度比较好。而且共栅放大器可以有效的利用栅端来实现跨导增强技术。图1，参考文献【1】(Sanghyun Woo,Woonyun Kim Chang-Ho Lee,Kyutae Lim,Joy Laskar,―A 3.6mW differential common-gate CMOS LNA with positive-negative feedback,‖ISSCC 2009/SESSION 12/RF BUILDING BLOCKS/12.2.)这种跨导增强结构经常被用来减少功耗。

虽然共栅放大器的线性度较好，但是噪声性能比采用并联反馈的放大器要差。所以采用共栅放大器结构还要克服噪声恶化的问题。图2，参考文献【2】(Chih-Fan Liao,Shen-Iuan Liu,―A Broadband Noise-Canceling CMOS LNA for 3.1–10.6-GHz UWB Receivers,‖IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL.42,NO.2,FEBRUARY 2007.)提供了一种噪声消除的共栅放大器结构，可以有效降低共栅放大器的噪声。

为了克服低噪声放大器的性能缺点，一种宽带无电感低功耗的低噪声放大器被提出来了。图3，参考文献【3】(Hongrui Wang,Li Zhang,and Zhiping Yu,―A Wideband Inductorless LNA With Local Feedback and Noise Cancelling for Low-Power Low-Voltage Applications,‖IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—I:REGULAR PAPERS,VOL.57,NO.8,AUGUST 2010.)它同时采用跨导增强和噪声消除技术来达到低功耗、低噪声的目标。但是文中采用的是单端电路，对于环境噪声的抗干扰能力不强。

发明内容

本发明目的在于提供一种采用有源跨导增强和噪声抵消技术的差分低功耗低噪声放大器，解决现有低功耗共栅低噪声放大器的噪声系数较高、功耗大的问题。本发明放大器采用差分结构使得电路对环境噪声有更强的干扰能力，通过跨导二次增强和噪声抵消技术的结合，实现了低噪声系数和低功耗的性能。该设计可用在射频收发机CMOS集成电路中。

为此，本发明提供了如下的技术方案：

本发明技术方案：一种采用有源跨导增强和噪声抵消技术的差分低功耗低噪声放大器，其包括主共栅放大级1、有源跨导增强的放大级2、平衡非平衡变压器3和负载阻抗4；输入信号从平衡非平衡变压器3的输入端口进入，其差分输出端口既与有源跨导增强的放大级2的源端和主共栅放大级1的源端直接耦合，也通过电容耦合到有源跨导增强的放大级2的栅端；有源跨导增强的放大级2采用NMOS和PMOS的对称结构，并且NMOS结构采用了cascode形式；有源跨导增强的放大级2的漏端通过电容耦合至主共栅放大级1的栅极；负载阻抗4与主共栅放大级1和有源跨导增强的放大级2的cascode管的漏极相接；电路的输出端位于主共栅放大级1的漏极。