[发明专利]一种无电感器型宽带低噪声跨导放大器

说明书

技术领域

本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种低噪声跨导放大器设计技术。

背景技术

今天，软件无线电技术变得越来越普及，只需要在基带软件协议层进行配置，满足不用通信协议需求的各个标准得以灵活地彼此兼容共存于一套硬件设备平台上。对应地，对宽带射频收发技术的研发变得日益迫切。为了尽可能降低硬件成本，实现单芯片集成，图1(a)所示的传统收发机的声表面波滤波器(SAW)显得格外臃肿。近来，图1(b)所示的无SAW收发机结构被创新性地提出，并很快成为业界关注的焦点。为了获得好的抗阻塞干扰能力，无SAW接收机设计抛弃了传统的电压模式方法，转而采用了新颖的电流模式设计理念。

随着射频集成电路工作频率越来越高，在低压低功耗的应用环境中，传统的电压模式电路已不能很好地应对电路信号的处理，非线性等缺点逐渐暴露出来。而以电流为信号变量表征载体的电流模式电路可以解决电压模式电路在速度、带宽、低压、低功耗方面的瓶颈。近年来，电流模式电路在模拟/混合信号处理中的潜在优势正逐渐被挖掘，并逐渐渗透到射频集成电路设计技术领域中来。

无SAW接收机核心电路单元结构如图2所示，它包括低噪声跨导放大器、电流换向型无源混频器、基带滤波器为组成单元。原理上通过低噪声跨导放大器将阻塞干扰转化为电流信号，阻塞电流信号在混频器后面的基带滤波器处得以消除。也注意到，该跨导放大器位于接收链路的第一级，其噪声至关重要，所以在宽带内的噪声优化问题又构成了无SAW接收机的另一难点。此外，低噪声的获得也不能用大功耗来交换，因为低功耗一直是芯片设计的基本出发点。

迄今为止，对低噪声跨导放大器的研发普遍借鉴了低噪声放大器的设计技术。典型代表如图3所示，为美国德州农工大学使用噪声消除技术设计的基于电压域放大的低噪声跨导放大器(H.M.Geddada,et.al.,“Wide-band inductorless low-noise transconductance amp lifiers with high large-signal linearity,”IEEE trans.microwave theory and techn.,vol.62,no.7,2014)。该研究取得了优越的噪声性能，以及良好的线性特性。但是该电路结构存在较多的电压-电流转换，制约了其线性性能。也注意到荷兰代尔夫特大学的研究者使用本振信号的开关控制来实现了一个具有带通特性的负阻选频网络(对于带内信号表现出高阻，对带外阻塞干扰表现为低阻特性。)，研究者将其嵌入到低噪声跨导放大器中，取得了很好的阻塞干扰抑制，如图4所示(M.Mehrpoo and R.Bogdan Staszewski，“A Highly Selective LNTA Capable of Large-Signal Handling for RF Receiver Front-Ends，”IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium，pp.185-188,2013)。不过此结构需要本振信号的数字逻辑产生结构，增加了系统的功耗开销；负载网络处的电压高阻节点会产生电流-电压的非线性转化，Cascode晶体管的使用又消耗了电压静空间，不利于线性度提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够获得低噪声指数、高线性、低功耗、又具有抗阻塞干扰能力的宽带低噪声跨导放大器。

本发明采用以下技术手段解决上述技术问题的：一种无电感器型宽带低噪声跨导放大器，其结构如图5所示，包括左侧电路与右侧电路，左、右侧电路镜像对称结构，该放大器又具有上下NMOS/PMOS互补镜像对称特点；所述左、右侧电路均包括呈互补对称的第一共栅输入级和第二共栅输入级、呈互补对称的第一电流镜放大级和第二电流镜放大级、呈互补对称的第一噪声消除辅助级和第二噪声消除辅助级、以及负载级；