[发明专利]一种宽带线性化CMOS低噪声放大器电路

说明书

本发明公开一种宽带线性化CMOS低噪声放大器电路，针对目前的线性化技术中多是在单个频点取得线性度的提升，在宽带范围内取得高线性缺乏有效解决方法；本申请通过采用CMOS互补对称结构来设计LNA电路，并使用数字控制的偏置电路和晶体管尺寸进行宽带范围内的线性度调谐优化；得到可以在宽带范围内显著提高LNA的线性度，并同时获得较高的增益，以及较低的噪声指数的LNA电路。

技术领域

本发明属于集成电路领域，特别涉及一种线性化低噪声放大器设计技术。

背景技术

CMOS工艺的等比例缩减使得能够容易地设计出低噪声、低功耗的放大器。然而，CMOS晶体管的线性度却由于电源电压递减和迁移率的退化而恶化。另一方面，基于宽带收发原理的软件无线电技术更是对线性度提出了高的要求。所有这些催生了线性化技术的研究与开发。

回溯过去，最有效的线性化方法是多栅晶体管(MGTR)技术(即,T.W.Kim,B.-K.Kim,and K.-R.Lee,“Highly linear receiver front-end adopting MOSFETtransconductance linearization by multiple gated transistors,”IEEE J.Solid-State Circuits,vol.39,no.1,pp.223–229,Jan.2004)，如图1所示，该技术通过在主晶体管旁边并联一个工作在弱反型区的，具有正的三阶非线性系数的辅助管，来抵消主管的负三阶非线性系数。进而在一个较宽的偏置电压范围内增加了电路的线性度。尽管如此，但在高频下，二阶非线性系数和输入网络的相互作用通常限制了该技术的实际效果。于是，改进的导数叠加方法被提出，来缓解该矛盾，但伴之的是输入匹配网络结构变得复杂。之后，出现了后失真技术(H.Zhang,X.Fan,and E.Sánchez-Sinencio,“A low-power,linearized,ultra-wideband LNA design technique,”IEEE J.Solid-State Circuits,vol.44,no.2,pp.320–330,Feb.2009.)，如图2所示，三阶交调分量IM3消除器的控制电压可以从输入晶体管的输出节点采样，结果降低了对输入匹配网路的影响。然而，总体来说以前的线性化技术更多是在单个频点取得线性度的提升。在宽带范围内取得高线性仍然是一个极具挑战性的任务。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提出了一种宽带线性化CMOS低噪声放大器电路，采用CMOS互补对称结构提高了二阶线性度，采用数字控制技术对电路的非线性性能进行调谐获得宽带的三阶扭曲补偿效果；显著提高低噪声放大器电路的宽带线性度。

本发明采用的技术方案为：一种宽带线性化CMOS低噪声放大器电路，包括：共栅输入级、噪声消除级、放大级以及负载级；共栅输入级的输入端接射频信号，共栅输入级的第一输出端接放大级的第一输入端，共栅输入级的第二输出端接放大级的第二输入端；放大级的输出端接负载级的输入端；噪声消除级的输入端接射频输入信号；噪声消除级的输出端接负载级的输入，负载级的输出端输出放大信号。

进一步地，所述共栅输入级包括：第一NMOS管、第一PMOS管、电阻Rgp、电阻Rgn、电容C1、电容C3；所述第一NMOS管的源极与第一PMOS管的源极相连共同作为共栅输入级的输入端，并通过隔直电容C4接射频信号；第一NMOS管的漏极通过电阻Rgn接电源V_DD；第一NMOS管的漏极还与电容C1第一端相连，电容C1的第二端作为共栅输入级的第一输出端；第一PMOS管的漏极通过电阻Rgp接地；第一PMOS管的漏极还与电容C3的第一端相连，电容C3的第二端作为共栅输入级的第二输出端；第一NMOS管的栅极接电压Vbn1；第一PMOS管的栅极接电压Vbp1。

更进一步地，所述电压Vbn1与电压Vbp1通过4比特数位控制。