[发明专利]一种基于可重构电感的双频段低噪声放大器

说明书

本发明涉及毫米波无线通信技术，具体涉及一种基于可重构电感的双频段低噪声放大器，包括依次连接的可重构输入匹配网络、放大电路、可重构输出匹配网络；还包括射频输入端、射频输出端、控制电压端、电源端和地线端；可重构输入匹配网络和可重构输出匹配网络分别连接射频输入端和射频输出端。该放大器在输入输出匹配网络中使用可重构电感设计，通过改变控制电压VS的值，可以在不增加额外面积的情况下实现该低噪声放大器的匹配中心频率在28GHz/32GHz两种频率之间切换。同时该低噪声放大器的噪声系数、增益、输入输出回波损耗、线性度等达到均衡的性能。

技术领域

本发明属于毫米波无线通信技术领域，特别涉及一种基于可重构电感的双频段低噪声放大器。

背景技术

在前几代移动通信技术的普及和现今5G的推广下，移动通信系统面临着多种制式并存、多个频段并列的局面。因此，多频段设计是移动通信系统发展的必然趋势。低噪声放大器是射频接收机链路中的第一个模块，其噪声系数对接收机的整体噪声系数起主导作用，并且需要提供足够的增益来抑制后级放大器的噪声对接收机整体的影响，此外，低噪声放大器还要实现良好的阻抗匹配来防止信号的回波损耗。作为射频接收机中不可或缺的一部分，低噪声放大器的多频段设计也迫在眉睫。对毫米波频率可重构低噪声放大器的研究，可以为面积紧凑、性能均衡的毫米波频段多频射频前端电路芯片设计提供新思路，从而促进毫米波频段5G移动通信系统研发和布局，适应互联网新技术和新应用的发展潮流，具有极其重要的战略意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于可重构电感的双频低噪声放大器。可以在不增加额外面积的情况下实现匹配频段切换选择的功能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于可重构电感的双频段低噪声放大器，包括依次连接的可重构输入匹配网络、放大电路、可重构输出匹配网络；还包括射频输入端、射频输出端、控制电压端VS、电源端VDD和地线端GND；可重构输入匹配网络和可重构输出匹配网络分别连接射频输入端和射频输出端。

在上述基于可重构电感的双频段低噪声放大器中，可重构输入匹配网络包括第一可重构电感Lrec1、第一电容C1、第一控制开关晶体管Msw1以及第一大电阻Rsw1；可重构输入匹配网络输入端为单端射频输入信号RFin，输出端连接放大电路。

在上述基于可重构电感的双频段低噪声放大器中，可重构输出匹配网络包括第二可重构电感Lrec2、第四电容C4、第二控制开关晶体管Msw2以及第二大电阻Rsw2；可重构输出匹配网络输入端连接放大电路输出端，输出端为单端射频输出信号RFout。

在上述基于可重构电感的双频段低噪声放大器中，放大电路包括三级放大器，第一级放大器包括按共源共栅方式连接的第一MOS晶体管M1、第二MOS晶体管M2，共源管第一MOS晶体管M1源级连接源级退化电感LS，共栅管第二MOS晶体管M2漏极连接第一负载电感LD1；第二级放大器包括按共源共栅方式连接的第三MOS晶体管M3、第四MOS晶体管M4，共栅管第四MOS晶体管M4漏级连接第二负载电感LD2；第三级放大器包括按共源共栅方式连接的第五MOS晶体管M5、第六MOS晶体管M6，共栅管第六MOS晶体管M6漏级连接第二可重构电感Lrec2；放大电路输入端连接可重构输入匹配网络输出端，输出端连接可重构输出匹配网络输入端；

放大电路与可重构输入匹配网络通过第一电容C1耦合，第一级和第二级放大器之间通过第二电容C2耦合，第二级和第三级放大器之间通过第三电容C3耦合；放大电路和可重构输出匹配网络通过第四电容C4耦合。

在上述基于可重构电感的双频段低噪声放大器中，第一可重构电感Lrec1、第二可重构电感Lrec2均采用55nm CMOS工艺金属互连线设计，利用工艺中最顶层金属作为顶层原电感线圈，第二层金属作为次级耦合线圈；源级退化电感LS、第一负载电感LD1、第二负载电感LD2均采用55nm CMOS工艺顶层金属互连线设计。