一种电流复用高线性度的跨导放大器结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及跨导放大器结构，尤其涉及一种适用于无线收发机接收链路中下混频 器射频电压-电流转换的电流复用高线性度的跨导放大器结构。
【背景技术】
[0002] 射频信号接收链路在处理接收到的信号时，需要维持足够高的线性度来抑制由于 互调产生的干扰信号，因为信号的互调可能导致信噪比的恶化。同时，较高的线性度也有助 于防止信号强度较大时发生的阻塞效应和增益压缩效应，从而提高接收机接收信号的功率 上限，增大动态范围。无线收发机的接收链路中，下混频器的作用是将射频信号下变频为中 频或基带信号，是射频信号强度最大的一级，因此其线性度要足够高，才能提高整个接收链 路的接收功率上限。
[0003]目前主流的有源下混频器基本采用跨导级、开关级和负载级的三级结构，跨导级 将射频电压信号转换为射频电流信号，开关级在本振信号的驱动下实现电流域的变频作 用，变频后的中频或基带电流信号在负载级上产生电压输出信号。开关级的晶体管在深线 性区和截止区之间切换，具有很高的线性度。负载级的电流-电压转换，可能利用到跨阻放 大器等结构，但本质上往往是通过让电流信号经过电阻等无源元件产生电压信号实现的， 因此也具有很高的线性度。跨导级的原理是利用工作于饱和区的金属氧化物半导体场效应 晶体管（MOSFET)的小信号电压-电流转换功能，将射频电压信号转换为射频电流信号，其 线性度与MOSFET小信号跨导线性度有直接关系，因此往往成为下混频器线性度的瓶颈所 在。综上所述，有源下混频器的线性度改善主要通过优化跨导级来实现。
[0004] 传统五管差分对放大结构在输入电压幅度较小时，能保持较好的线性度，而在输 入电压幅度稍大时，差分输出电流与输入电压之间的关系曲线会明显偏离线性关系。为 了增大输入信号线性动态范围，可以采用不对称差分对组，使用两个不对称差分对的电 流-电压关系曲线叠加得到总体的关系曲线。由于两个差分对的电流-电压关系曲线分别 关于输入电压向正、负两个方向偏移一定电压，因此其叠加得到的转换特性能够在更宽的 范围内保持较好的线性度。
[0005] 由级联系统的噪声系数计算公式可知，前级模块的资用功率增益越大，后级模块 的噪声系数对系统的总噪声系数的贡献越小。因此，为了抑制后级模块噪声的影响，应该适 度增加前级模块的资用功率增益。对于下混频器而言，在前级模块固定和输出阻抗固定的 前提下，增大资用功率增益的途径就是提高跨导级的跨导值。同时，为了优化下混频器本身 的噪声系数，也要求跨导级具有足够大的跨导值。然而，对于固定的电路结构，提高跨导级 的资用功率增益，就需要提高偏置电流或增大晶体管宽长比。前者将导致功耗提高，后者将 导致非线性的增加。
【发明内容】
[0006] 发明目的：为解决上述技术问题，本发明提出一种电流复用高线性度的跨导放大 器结构，具有线性度高和直流偏置电流利用率高的特点，适合作为无线收发机接收链路中 下混频器的射频跨导级。
[0007] 技术方案：本发明提出的技术方案为：一种电流复用高线性度的跨导放大器结 构，作为无线接收链路中的下混频器的射频跨导级，设有正、负输入端VIN+、VIN-，正、负输 出端V0UT+、V0UT-和尾电流管偏置电压输入端VB，所述电流复用高线性度的跨导放大器结 构通过正、负输入端VIN+、VIN-接收射频电压信号，将射频电压信号转换为射频电流信号 并通过正、负输出端VOUT+、VOUT-输出，所述跨导放大器结构包括一个非对称差分对组和 一对结构相同的共源放大级，非对称差分对组和共源放大级采用堆叠结构连接；
[0008] 所述非对称差分对组包括P型金属氧化物半导体场效应晶体管MPl、MP2, N型金 属氧化物半导体场效应晶体管丽1、丽2、丽3、MN4,电容CU C2、C7、C8和电阻RU R2,其中 匪1和匪2的尺寸相同，匪3和NM4的尺寸相同；MPl、MP2的源极相连，其连接点连接到电源； MPl的栅极、Cl的上极板、Rl的负端、MNl的栅极、MM的栅极相连接；MP2的栅极、C2的上 极板、R2的负端、丽2的栅极、丽3的栅极相连接；MPl的漏极、丽1的漏极、Rl的正端、MM 的漏极、C7的上极板相连，其连接点作为电流复用高线性度的跨导放大器结构的负输出端 VOUT- ;MP2的漏极、丽2的漏极、丽3的漏极、R2的正端、C8的上极板相连，其连接点作为电 流复用高线性度的跨导放大器结构的正输出端VOUT+ ;匪1的源极与MN3的源极相连;MM 的源极与1吧的源极相连;1^1、1^2、1^1、1^2、1^3、1^4为所述非对称差分对组提供小信号 增益；
[0009] 所述共源放大级包括N型金属氧化物半导体场效应晶体管丽5、MN6,电容C3、C4， 电阻R3、R4以及由电容C5与电感Ll并联、电容C6与电感L2并联构成的两个谐振电路； 丽5的栅极、C3的上级板、R3的负端相连；C3的下极板与Cl的下极板相连，其连接点作为 所述电流复用高线性度的跨导放大器结构的正输入端VIN+ ;MN5的漏极与C7的下极板、C5 的下极板以及Ll的负端相连，Ll的正端与C5的上极板相连，其连接点与MN1、MN3的源极 连接点相连；丽5的源极与MN6的源极相连并接地；MN6的栅极、C4的上级板、R4的负端相 连；C4的下极板与C2的下极板相连，其连接点作为所述电流复用高线性度的跨导放大器结 构的负输入端VIN- ;MN6的漏极与C8的下极板、C6的下极板以及L2的负端相连，L2的正 端与C6的上极板相连，其连接点与丽2、MM的源极连接点相连；丽5和MN6为所述共源放 大级提供小信号增益，同时作为所述非对称差分对组的尾电流偏置管，为非对称差分对组 提供直流偏置电流，实现偏置电流的复用；R3和R4的正端作为所述电流复用高线性度的跨 导放大器结构的尾电流管偏置电压输入端VB，VB接收外接电路输入的偏置电压并控制整 个跨导放大器结构的直流偏置电流大小；
[0010] 射频电压信号通过电容CU C2耦合到非对称差分对组晶体管MP1、MP2、丽1、丽2、 MN3、MM的栅极，经过晶体管的转换作用，在输出端VOUT+、VOUT-形成第一输出电流；射频 电压信号通过电容C3、C4耦合到共源级晶体管丽5、MN6的栅极，经过晶体管的转换作用，通 过电容C7和C8耦合到输出端VOUT+、VOUT-形成第二输出电流；所述电流复用高线性度的 跨导放大器结构的输出射频电流为第一输出电流与第二输出电流叠加后的电流信号。
[0011] 优选的，MP1、MP2、丽5、MN6相对于丽1、丽2、丽3、MM均具有较小宽长比。
[0012] 有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0013] 1、本发明使用了非对称差分对组，使整个跨导放大器结构的线性度得到了提高；
[0014] 2、本发明使用了共源放大级作为增益的补充，由于共源放大级与非对称差分对组 构成了电流复用的结构，因此在提高增益的同时并不提高静态功耗，提高了偏置电流利用 率。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明提出的电流复用高线性度的跨导放大器结构示意图；
[0016] 图2为现有对称差分对结构示意图；
[0017] 图3为本发明与传统结构输入三阶交调点（IIP3)的仿真结果对比图；
[0018] 图4为本发明与传统结构在200 Ω负载电阻下的电压增益仿真结果对比图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0020] 如图1所示为本发明提出的电流复用高线性度的跨导放大器结构示意图，其结构 主要分为两部分，即非对称差分对组和共源放大级部分。
[0021] 所述非对称差分对组包括P型金属氧化物半导体场效应晶体管MPl、MP2, N型金属 氧化物半导体场效应晶体管丽1、丽2、丽3、MN4,电容C1、C2、C7、C8和电阻R1、R2,其中匪1 和匪2的尺寸相同，匪3和匪4的尺寸相同，MPl、MP2的尺寸小于丽1、丽2、丽3、丽4的尺 寸，从而使MPl、MP2的过驱动电压足够高，能够工作在线性度较高的偏置点；MPl、MP2的源 极相连，其连接点连接到电源；MPl的栅极、Cl的上极板、Rl的负端、MNl的栅极、MM的栅极 相连接；MP2的栅极、C2的上极板、R2的负端、丽2的栅极、丽3的栅极相连接；MPl的漏极、 MNl的漏极、Rl的正端、MM的漏极、C7的上极板相连，其连接点作为电流复用高线性度的 跨导放大器结构的负输出端VOUT- ;MP2的漏极、MN2的漏极、MN3的漏极、R2的正端、C8的 上极板相连，其连接点作为电流复用高线性度的跨导放大器结构的正输出端VOUT+ ;匪1的 源极与丽3的源极相连；MM的源极与丽2的源极相连；MPl、MP2、丽1、丽2、丽3、MM为所 述非对称差分对组提供小信号增益；
[0022] 所述共源放大级包括N型金属氧化物半导体场效应晶体管丽5、MN6,电容C3、C4， 电阻R3、R4以及由电容C5与电感Ll并联、电容C6与电感L2并联构成的两个谐振电路； 丽5的栅极、C3的上级板、R3的负端相连；C3的下极板与Cl的下极板相连，其连接点作为 所述电流复用高线性度的跨导放大器结构的正输入端VIN+ ;MN5的漏极与C7的下极板、C5 的下极板以及Ll的负端相连，Ll的正端与C5的上极板相连，其连接点与MN1、MN3的源极 连接点相连；丽5的源极与MN6的源极相连并接地；MN6的栅极、C4的上级板、R4的负端相 连；C4的下极板与C2的下极板相连，其连接点作为所述电流复用高线性度的跨导放大器结 构的负输入端VIN- ;MN6的漏极与C8的下极板、C6的下极板以及L2的负端相连，L2的正 端与C6的上极板相连，其连接点与丽2、MM的源极连接点相连；丽5和MN6为所述共源放 大级提供小信号增益，同时作为所述非对称差分对组的尾电流偏置管，为非对称差分对组 提供直流偏置电流，实现偏置电流的复用；R3和R4的正端作为所述电流复用高线性度的跨 导放大器结构的尾电流管偏置电压输入端VB，VB接收外接电路输入的偏置电压并控制整 个跨导放大器结构的直流偏置电流大小；
[0023] 射频电压信号通过电容CU C2耦合到非对称差分对组晶体管MP1、MP2、MN1、MN2、 MN3、MM的栅极，经过晶体管的转换作用，在输出端VOUT+、VOUT-形成第一输出电流；射频 电压信号通过电容C3、C4耦合到共源级晶体管丽5、ΜΝ6的栅极，经过晶体管的转换作用，通 过电容C7和C8耦合到输出端VOUT+、VOUT-形成第二输出电流；所述电流复用高线性度的 跨导放大器结构的输出射频电流为第一输出电流与第二输出电流叠加后的电流信号。
[0024] 下面通过比较对称差分对结构的小信号差分跨导值与本发明的小信号差分跨导 值说明本发明能产生有益的技术效果。
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