[发明专利]一种采用正反馈技术和有源跨导增强技术的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正反馈技术和有源跨导增强技术的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

随着个人无线通讯市场的繁荣发展，人们对各种无线通讯工具的性能要求也越来越高。无线通信技术变得高速化、超带宽化。一个完整的射频收发系统包括射频前端和基带处理部分。射频前端(又称作收发器)决定着这个系统的基本性能指标。低噪声放大器作为无线传输系统中接收机的关键模块，一般直接与天线相连，低噪声放大器用来放大天线所接收到的微弱信号，所以对其的要求不仅是要提高增益，同时又要尽量减少对信号的恶化，因此低噪声放大器的设计需要整体考虑多方面性能参数：端口输入匹配，增益，噪声系数，功耗，线性度及面积等。随着市场竞争的加剧，成本问题越来越得到重视。因此低功耗，面积小，覆盖多种频段的电路结构成了研究热点。

传统的低噪声放大器采用源级电感反馈技术，可以帮助窄带实现输入匹配并且达到较低的噪声系数，但这种结构需要片上电感，芯片面积大，成本高，且不适用于宽带系统，因此无电感的拓扑结构被提出用来克服上述缺点。无电感结构通常应用于共栅结构中，可以通过电阻负反馈技术实现输入匹配，提高带宽，降低电路对于器件参数变化的灵敏性，提升电路的线性度，但是引入的电阻本身产生热噪声，会恶化噪声，因此在输入匹配和噪声系数方面存在折中关系。噪声抵消技术可以缓解输入匹配和噪声系数方面的折中，用来克制宽带噪声差的情况，不过以消耗较大的功耗为代价。为降低共栅结构的噪声和功耗，跨导增强技术得到广泛应用。

电容交叉耦合技术是一种无源的跨导增强技术，可以有效地利用共栅结构的栅端实现跨导增强。图1参考文献【1】(Y.Liao,Z.Tang,and H.Min,A CMOS wide-band low-noise amplifier with balun-based noise-canceling technique,in Solid-State Circuits Conference,2007.ASSCC'07.IEEE Asian,2007,pp.91-94)其结构由平衡非平衡变压器、电容交叉耦合的共栅放大级和负载电阻组成。电容交叉耦合的共栅放大级由共栅NMOS放大管M1和M2组成，交叉耦合的电容C1和C2将差分输入信号耦合到相对的晶体管的栅极，使得共栅放大管M1和M2的栅源间信号电压增加一倍，从而增加共栅放大管的等效跨导，降低了噪声系数和功耗。

电容交叉耦合技术有效地提升了主放大管的等效跨导，但其跨导增强仅限于1倍，并且不能有效地抑制输入阻抗的噪声，因此有源跨导增强的共栅结构被提出，可以实现更低的噪声系数，并且不依赖于器件之间的匹配。图2参考文献【2】(Chen Liang，Li Zhiqun，“A new wideband LNA using a gm-boosting technique，”Journal of Semiconductor，vol.35，No.1)由有源跨导增强的共栅放大级、主放大级和负载级组成。但是采用单端结构，对于环境噪声的抗干扰能力不强，这点可以进行改进。

图3参考文献【3】(F.Belmas,F.Hameau,and J.Fournier,a 1.3 mw 20db gain low power inductorless lna with 4db noise figure for 2.45 ghz ism band,Radio Frequency Integrated Circuits Symposium(RFIC),2011 IEEE,2011,pp.1-4.)利用多次跨导增强实现低功耗低噪声的性能。参考文献【4】(F.Belmas,F.Hameau,and J.Fournier,A Low Power Inductorless LNA With Double Gm Enhancement in 130 nm CMOS,Solid-State Circuits,IEEE Journal of,v ol.47,pp.1094-1103,2012.)更加详细的阐述了多次跨导增强实现低功耗低噪声性能的结构。

发明内容