[发明专利]一种低功耗高增益宽带低噪声差分放大器

说明书

技术领域

本发明涉及射频宽带放大器，尤其是一种低功耗高增益宽带低噪声差分放大器，采用CMOS工艺，在射频电路中具有较大优势，设计结构简单，在改善噪声性能与增益同时，将功耗大幅度降低，具有较大的增益带宽与输入匹配带宽，且具有较小的噪声系数。

背景技术

低噪声放大器是噪声系数很低的放大器，一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器以及高灵敏度电子探测设备的放大电路，对于几乎所有的射频接收机系统，必不可少的一个模块就是低噪声放大器。由于系统接收到的射频信号幅度通常很弱，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，并且提供一定的电压增益，以提高输出的信噪比。

共栅结构放大器广泛应用于宽带低噪声放大器的设计中，主要原因是其具有宽带输入匹配特性，传统的共栅结构放大器电路如图1所示。信号由晶体管M10、M20源极输入，通过调整M10和M20的宽长比及栅极偏置电压，可以调整流经M10和M20的电流大小，进而改变M10和M20的跨导g_m，使其输入阻抗与50欧姆天线匹配。通过调整负载电阻R10和R20的阻值大小，可以获得不同的电压增益。该结构具有较宽的输入带宽和增益带宽。但是，传统的共栅结构放大器具有以下缺点：

第一是功耗大，传统的共栅结构放大器的输入阻抗近似为1/(g_m+g_mb)，其中g_m为输入晶体管跨导，g_mb为输入晶体管衬底到源极电位差带来的体效应对应的等效跨导。为了实现输入阻抗与50欧姆天线的匹配，必须通过增加工作电流以提高输入管的跨导，使上式近似等于50欧姆。

第二是增益低，传统的共栅结构放大器的增益很大程度上取决于负载阻抗大小，但是大电阻负载会带来过多的压降，降低电压余度及线性度；而大感值负载电感既增加了芯片面积又会导致电路呈现窄带增益特性。

第三是隔离度差，由于传统的共栅结构放大器的隔离度较差，这将导致输出端信号返回到输入端，难以满足系统对隔离度指标的要求。

最后是噪声大，传统的共栅结构放大器的噪声系数较大，往往超过4dB。

发明内容

本发明的目的是为克服传统的共栅结构放大器的不足，提供一种低功耗高增益宽带低噪声差分放大器，能在保证宽带特性基础上，降低放大器的功耗和噪声，提高放大器的增益和隔离度。

本发明采取的技术方案如下：一种低功耗高增益宽带低噪声差分放大器，其特征在于：设有输入单元、扼流单元、滤波单元、放大单元、负载单元以及电容C3和电容C4，差分射频输入信号Vin+和Vin-分别通过电容C3和电容C4分别连接输入单元的输入端和扼流单元的输出端，输入单元的输出端连接滤波单元的输入端，滤波单元的输出端连接放大单元的输入端，放大单元的输出端连接负载单元，负载单元输出差分射频输出信号Vout+和Vout-；其中：

输入单元包括NMOS管M1、NMOS管M2，电阻R1、电阻R2以及电容C1和电容C2，NMOS管M1的栅极分别连接电阻R1的一端和电容C2的一端，电阻R1的另一端连接偏置电压VB1，电容C2的另一端分别连接NMOS管M2的源极和电容C4的一端，电容C4的另一端连接差分射频输入信号Vin-；NMOS管M2的栅极分别连接电阻R2的一端和电容C1的一端，电阻R2的另一端连接偏置电压VB1，电容C1的另一端分别连接NMOS管M1的源极和电容C3的一端，电容C3的另一端连接差分射频输入信号Vin+；

扼流单元包括电感L1和电感L2，电感L1的一端连接输入单元中NMOS管M1的源极，电感L2的一端连接输入单元中NMOS管M2的源极，电感L1的另一端和电感L2的另一端均接地；

滤波单元包括电容C5、电容C6、电感L3、电感L4，电容C5的一端与电感L3的一端以及输入单元中的NMOS管M1的漏极连接在一起，电容C6的一端与电感L4的一端以及输入单元中的NMOS管M2的漏极连接在一起；

放大单元包括NMOS管M3、NMOS管M4，电阻R3、电阻R4，电容C7、电容C8，NMOS管M3的栅极分别连接电阻R3的一端和滤波单元中电容C5的另一端，NMOS管M3的源极分别连接电容C7的一端和滤波单元中电感L3的另一端；NMOS管M4的栅极分别连接电阻R4的一端和滤波单元中电容C6的另一端，NMOS管M3的源极分别连接电容C8的一端和滤波单元中电感L3的另一端；电容C7的另一端和电容C8的另一端均接地，电阻R3的另一端连接电阻R4的另一端并连接偏置电压VB2；