一种环路反馈有源电阻的制作方法

本发明涉及半导体集成电路的模拟电路领域，更具体地说，涉及一种环路反馈有源电阻。

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，是射频收发机中的重要模块之一，主要用于通讯系统中将接收自天线的信号放大，以便于后级的接收机电路处理。

在放大微弱信号的场合，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，以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F来表示。理想放大器的噪声系数F＝1(0分贝)，其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。

由于来自天线的信号一般都非常微弱，低噪声放大器一般情况下均位于非常靠近天线的部位以减小信号损耗。正是由于噪声放大器位于整个接收机紧邻天线的最先一级，它的特性直接影响着整个接收机接收信号的质量。

为了确保天线接收的信号能够在接收机的最后一级被正确的恢复，一个好的低噪声放大器需要在放大信号的同时产生尽可能低的噪音以及失真。

随着现代移动通讯的发展，低噪声放大器要求能够适用于各种频率和协议的应用，因此，对LNA的电感提出了更高的要求，尤其是要求LNA的电感可变，满足各种频率和协议应用的需要，从而使整个接收机成为一个宽带的接收机。输入端的阻抗匹配和噪声匹配是实现高增益和低噪声的关键，对输入端的阻抗匹配和噪声匹配影响最关键的是LNA的电感。

通常来说，用于输入匹配的低噪声放大器电感是由无源器件所构成，其中电阻是重要的无源元器件。通常来说，集成电路无源电阻经过工艺制作以后就固定了，其阻抗是不能调整的。但是在很多应用中，如果可以调整电阻的阻抗，将会对电路设计带来极大好处。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种阻值可调的环路反馈有源电阻，为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种环路反馈有源电阻，适用于射频无线接收机领域；其包括：第一有源晶体管M1、第二有源晶体管M2、第一无源电阻R1、第二无源电阻R2、第一无源电容C1、第二无源电容C2、第一无源电感L1和第二无源电感L2；

第一有源晶体管M1和第二有源晶体管M2漏极相连作为所述环路反馈有源电阻的输入端Vinput；

所述第一无源电感L1和第一无源电阻R1串联后与所述第一无源电容C1相并接，所述第二无源电感L2和第二无源电阻R2串联后与所述第二无源电容C2相并接；

所述第一无源电感L1的一端、第二无源电感L2的一端、第一无源电容C1的一端、第二无源电容C2的一端与所述第一有源晶体管M1的栅极相连；

所述第二无源电阻R2的另一端、第二无源电容C2的另一端与所述第二有源晶体管M2的源极相连；

所述第一无源电阻R1的另一端和第一无源电容C1的另一端与所述第一有源晶体管M1的源极和第二有源晶体管M2栅极相连作为所述环路反馈有源电阻的输入端Voutput；

其中，通过调整所述第一有源晶体管M1和第二有源晶体管M2的电流，以调整所述第一有源晶体管M1和第二有源晶体管M2的电流的跨导，进而调整所述环路反馈有源电阻的阻抗；和/或

通过调整设计时第一无源电阻R1/第一无源电容C1/第一无源电感L1和第二无源电阻R2/第二无源电容C2第二无源电感/L2的阻抗，调整所述环路反馈有源电阻的阻抗。

优选地，所述第一无源电容C1包括第一有源晶体管M1的寄生电容，所述寄生电容包括第一有源晶体管M1的漏端对地寄生电容和第一有源晶体管M1漏端与源端的寄生电容。

优选地，所述第一无源电容C1不小于所述第一有源晶体管M1漏端对地的寄生电容。

优选地，所述第二无源电容C2包括M2的寄生电容，包括第二有源晶体管M2漏端对地寄生电容和第二有源晶体管M2漏端与源端的寄生电容。

优选地，第一无源电阻R1/第二无源电阻R2等于a倍的第一无源电容C1/第二无源电容C2，其中，a为0.4～0.9。

优选地，a为0.7。

优选地，所述第一无源电阻R1的阻值为300～800欧姆；所述第一无源电容C1为100fF～1pF；所述第一无源电感L1为2～5nH。

优选地，所述第一无源电阻R1的阻值为400欧姆。

优选地，所述第一无源电容C1为200fF。

优选地，所述第一无源电感L1为3nH。

从上述技术方案可以看出，本发明所提出的环路反馈有源电阻的阻抗，摆脱了传统无源器件阻值固定的缺陷，与其他调整阻抗的电路相比，具有更小的面积和更易调整阻值的特点。

附图说明

图1所示为本发明环路反馈电阻的基本原理示意图

图2为所示为本发明环路反馈电阻一实施例的电路结构示意图

图3为本发明环路反馈有源电阻一实施例的阻抗所做仿真波形变化图

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

请参阅图1，图1所示为本发明环路反馈电阻的基本原理示意图。如图所示，Vinput与Voutput之间是被设计的体现本发明思路的环路反馈电阻，通过反馈理论可以知道，整个环路反馈电阻的阻抗Zin＝Zin1/(1-A*B)，其中，Zin1是从放大器A看到的正向端看到的阻抗，A*B是该电阻环路的环路增益，A是放大器A的增益，B是放大器B的增益。

也就是说，整个电阻的阻抗Zin是可以通过放大器A的增益(正增益)和放大器B的增益(反馈增益)进行调整的。

请参阅图2，图2为所示为本发明环路反馈电阻一实施例的电路结构示意图。在本发明的实施例中，基于上述设计思想，图2所示该适用于射频无线接收机领域的环路反馈有源电阻连接在Vinput与Voutput之间，其由以下几部分构成：第一有源晶体管M1、第二有源晶体管M2、第一无源电阻R1、第二无源电阻R2、第一无源电容C1、第二无源电容C2；第一无源电感L1和第二无源电感L2。

其中，第一有源晶体管M1和第二有源晶体管M2漏极相连作为所述环路反馈有源电阻的输入端Vinput；第一无源电感L1和第一无源电阻R1串联后与第一无源电容C1相并接，第二无源电感L2和第二无源电阻R2串联后与第二无源电容C2相并接；第一无源电感L1的一端、第二无源电感L2的一端、第一无源电容C1的一端、第二无源电容C2的一端与第一有源晶体管M1的栅极相连；第二无源电阻R2的另一端、第二无源电容C2的另一端与第二有源晶体管M2的源极相连；第一无源电阻R1的另一端和第一无源电容C1的另一端与第一有源晶体管M1的源极和第二有源晶体管M2栅极相连作为环路反馈有源电阻的输入端Voutput。

如图2所示，通过小信号等效电路模型可以分析得到，该环路反馈有源电阻的环路增益G：

其中，gm1是第一有源晶体管M1的跨导，gm2是第二有源晶体管M2的跨导，ro2是第二有源晶体管M2的源漏电阻，Rs是标准阻抗(50欧姆)。

Z1是从图中a节点看到的负载电阻，Z1＝(R1+jωL1)||1/jωC1

Z2是从图中b节点看到的负载电阻，Z2＝(R2+jωL2)||1/jωC2

所以，该环路反馈有源电阻的阻抗为：

从上式可以看出，

(1)通过调整第一有源晶体管M1和第二有源晶体管M2的电流，以调整第一有源晶体管M1和第二有源晶体管M2的电流的跨导，进而调整环路反馈有源电阻的阻抗；和/或

(2)通过调整设计时第一无源电阻R1/第一无源电容C1/第一无源电感L1和第二无源电阻R2/第二无源电容C2第二无源电感/L2的阻抗，调整环路反馈有源电阻的阻抗。

值得指出的是，图2中的第一无源电容C1，严格地说，第一无源电容C1本身，还包括第一有源晶体管M1的寄生电容，即第一无源电容C1包括第一有源晶体管M1的寄生电容，该寄生电容包括第一有源晶体管M1的漏端对地寄生电容和第一有源晶体管M1漏端与源端的寄生电容，且第一无源电容C1不小于第一有源晶体管M1漏端对地的寄生电容；同样，第二无源电容C2不仅包括第二无源电容C2本身，还包括第二有源晶体管M2的寄生电容，即包括第二有源晶体管M2漏端对地寄生电容和第二有源晶体管M2漏端与源端的寄生电容。

设计经验表明，在上述环路反馈有源电阻的设计中，有以下关键之处：

①、第一无源电阻R1/第二无源电阻R2可以等于a倍的第一无源电容C1/第二无源电容C2，其中，a为0.4～0.9。

②、第一无源电阻R1的阻值可以为300～800欧姆为300～800欧姆在本发明的较佳实施例中，第一无源电阻R1的阻值为400欧姆；

③、第一无源电容C1可以为100fF～1pF，在本发明的较佳实施例中，第一无源电容C1为200fF，请注意第一无源电容C1不能小于第一有源晶体管M1漏端的寄生电容；

④、第一无源电感L1可以为2～5nH，在本发明的较佳实施例中，第一无源电感L1为3nH。

下面通过一个本发明的较佳实施例对本发明环路反馈有源电阻的有益效果进行说明。请参阅图3，图3为本发明环路反馈有源电阻一实施例的阻抗所做仿真波形变化图，其中，图3的横坐标为频率(frequency)，纵坐标为输入阻抗(input impendence)。

从图3中可以看出，通过调整第二无源电阻R2的阻值，可以有效调整该环路反馈有源电阻的阻抗。在射频系统中，通常要求阻抗满足50欧姆的标准阻抗，也就是说，与第二无源电阻R2＝0相比，通过增大第二无源电阻R2的阻值，可以有效拓宽该电阻满足50欧姆标准阻抗的频率范围，使得该电阻阻抗能够满足更宽频段的应用领域。

综上所述，本发明所提出的该环路反馈有源电阻的阻抗，摆脱了传统无源器件阻值固定的缺陷，与其他调整阻抗的电路相比，具有更小的面积和更易调整阻值的特点。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。