[发明专利]一种基于Cascode电感异位耦合的低噪声放大器

说明书

本发明涉及一种基于Cascode电感异位耦合的低噪声放大器，属于射频集成电路技术领域。该低噪声放大器的基本放大单元由Cascode共源（射）共栅（基）晶体管和四端口电感异位耦合器构成，其中电感异位耦合器的第一端口连接到电源、第二端口连接到共栅（基）晶体管的栅（基）极、第三端口连接到共源（射）晶体管的源（射）极、第四端口接到地。在低噪声放大器电路中引入电感异位耦合器一方面能够降低噪声系数，防止全反射的发生，另一方面能够优化芯片的版图布局减小芯片尺寸。本发明可应用于中、高频低噪声放大器芯片设计中对带内噪声进行抑制。

技术领域

本发明属于射频集成电路中的低噪声放大器（Low Noise Amplifier,简称LNA）技术领域，尤其是涉及一种基于Cascode电感异位耦合的低噪声放大器。

背景技术

在无线通信系统中，到达接收机的射频信号电平多在微伏数量级，在变频处理之前需要将微弱的射频信号进行有效地放大并且在输出端保持所需的信噪比。为此，LNA通常被广泛应用于接收机前端。LNA在射频电路中除了放大从天线接收的微弱信号从而提高电路的整体增益外，还有四个重要作用：第一，能够改善噪声特性，提高信噪比；第二，使天线和本振器或混频器之间相互隔离，从而很好的避免了可能由本振器所产生的反向传输信号对电路形成的干扰，在天线和混频器之间放上 LNA 阻碍和限制了信号通过天线向空中辐射的可能；第三，提高了对镜频信号的抑制能力；第四，提高和改善电路的选择性。

衡量LNA性能的指标有增益、噪声系数、功耗、线性度等等。随着低功耗技术的不断进步以及手持通信应用的不断拓展，功耗也成为一大普遍关心的指标。增益一般用电压增益（Voltage Gain）和功率增益（Power Gain）来衡量。通常用网络S参数S₁₁和S₂₂来衡量LNA的输入和输出匹配，用S₁₂和S₂₁来衡量LNA的隔离度和前向电压增益，噪声系数一般用NF（Noise Figure）来表示，线性度用1dB压缩点P_1dB和三阶交调IP₃来表示。

LNA的电路设计要求具有低的噪声系数，足够的线性范围，合适的增益，输入输出阻抗的匹配，输入输出之间良好的隔离。在移动通信设备中通常还有低功率消耗的设计要求。需要说明的是，上述的这些指标是互相联系的，甚至是矛盾的，在设计中如何采用折中的原则，兼顾各项指标，具有十分重要的意义。

另外，应用场景会从应用层面上对LNA电路的一些指标提出特殊的要求，因此，满足这些特殊要求的LNA电路可能具有不一样的架构，常用的架构包括：

单Cascode源极负反馈结构，这种结构的LNA电路由Jung-Sun Goo, Hee-Tae Ahn,Donald J. Ladwig等人在JSSC 2002，第994-1002页中的“A Noise OptimizationTechnique for Integrated Low-Noise Amplifiers”中提出。由于所提出的LNA仅采用了一个Cascode单元，配合源极负反馈技术和片外高品质因子无源器件的使用，在较低的功耗下表现出了较好的匹配和噪声性能。但是源极负反馈技术的过度依赖导致了所提出的LNA的增益较低。

共栅输入结构，这种结构的LNA电路由YANG Ge-Liang, WANG Zhi-Gong, LI Zhi-Qun等人在J. Infrared Millim. Waves 2014，第584-590页中的“Millimeter- wave lowpower UWB CMOS common-gate low-noise amplifier”中提出。该LNA在输入级采用了栅极感性化技术，使LNA的噪声性能得到了优化，但这种优化以恶化输入匹配为代价。另外，该LNA作为单片使用时需要加装昂贵的外部元件，增加了制造成本。