宽带低噪声放大器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及放大器技术领域，具体涉及一种宽带低噪声放大器。
【背景技术】
[0002] 在通信系统中，低噪声放大器是通信系统中接收机前端的第一级有源电路，实现 将天线接收的微弱信号放大，送给后级电路进行处理。目前，无线通信多频段、多标准、多 模式的发展趋势，要求低噪声放大器在设计不仅要考虑能够完成对各种频段无线信号的接 收、放大等功能，并且要求其能覆盖多个通信频段，兼容不同的通信标准。这当中很重要的 一点就是低噪声放大器在很宽的频带范围内满足50欧姆输入阻抗匹配。如果在处理信号 中阻抗不匹配，输入低噪声放大器的大部分信号功率将会被反射，这会严重恶化其处理信 号的性能。也就是说，输入端的阻抗匹配已成为设计高性能低噪声放大器的关键。
[0003] 通常来说，在用于实现宽频带输入阻抗匹配的方法有：共栅输入方式、电阻负反馈 结构和滤波器匹配结构。共栅输入方式能很好满足带宽匹配要求，但它具有增益低，噪声大 的缺陷。电阻负反馈输入匹配结构虽能实现宽带匹配，但其增益和噪声性能不佳，并且面临 输入匹配和噪声之间折中的问题。滤波器匹配结构由于要采用片上电感，并且结构复杂，这 大大增加了芯片的面积和成本，这种匹配方式使用十分有限。
[0004] 因此，如果能够采用一种简单的结构来实现很宽频带范围的阻抗匹配，这对整个 低噪声放大器的设计将带来很大优势。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是如何在不影响增益和噪声的情况下改善宽带 低噪声放大器的输入匹配特性，而提供一种宽带低噪声放大器。
[0006] 为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种宽带低噪声放大器，由共源结构MOS管M1、共栅结构MOS管M2、输入匹配电容 C1、接地电容C2、输出匹配电容C3、第一电感L1、第二电感L2、第一电阻R1、第二电阻R2以 及第三电阻R3组成。共源结构MOS管Ml的漏极与共栅结构MOS管M2的漏极相连。共源 结构MOS管Ml的栅极与第一电阻Rl和第一电感Ll的一端连接。第一电感Ll的另一端与 射频信号输入端口Vin和输入匹配电容Cl的一端连接。输入匹配电容Cl的另一端连接到 地。第一电阻Rl的另一端连接第一偏置电压Vbl。共栅结构MOS管M2的栅极同时与第二 电阻R2和接地电容C2的一端相连。接地电容C2的另一端接地。第二电阻R2的另一端连 接第二偏置电压Vb2。共源结构MOS管Ml的源极接地。共栅结构MOS管M2的漏极与输出 匹配电容C3和第二电感L2的一端相连。第二电感L2的另一端与第三电阻R3 -端相连。 第三电阻R3的另一端与外部电源连接。输出匹配电容C3的另一端连接到信号输出端口 Vout0
[0008] 上述方案中，共源结构MOS管Ml和共栅结构MOS管M2均为NMOS管。
[0009] 上述方案中，输入匹配电容Cl的电容值的取值范围为0. 1-0. 7pF。
[0010] 上述方案中，输入匹配电容Cl的电感值最好为0.36pF。
[0011] 与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：
[0012] 1、采用采用电流复用技术，放大器的功耗低。
[0013] 2、输入匹配结构只采用了两个元件，电路结构简单，芯片尺寸小，成本低，不仅能 够有效的提供宽频带匹配，还有较低的噪声，满足了现在多模多段无线通信系统中宽频带 应用需求。
【附图说明】
[0014] 图1为一种宽带低噪声放大器的电路图。
[0015]图2为图1所示宽带低噪声放大器电路的输入匹配与工作频率的关系特性曲线 图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合本实用新型具体实施例中的附图，对本实用新型的技术方案进行详细 地描述。
[0017] -种宽带低噪声放大器，如图1所示，采用共源共栅结构，主要由共源结构MOS管 M1，共栅结构MOS管M2,输入匹配电容C1，接地电容C2,输出匹配电容C3,第一电感L1，第二 电感L2,第一电阻Rl，第二电阻R2以及第三电阻R3组成。其中，共源结构MOS管Ml和共 栅结构MOS管M2均为NMOS管。
[0018] 共源结构MOS管Ml的栅极与第一电阻Rl和第一电感Ll的一端连接。第一电感 Ll的另一端与射频信号输入端口Vin和输入匹配电容Cl的一端连接。输入匹配电容Cl的 另一端连接到地。第一电阻Rl的另一端连接第一偏置电压Vbl。共栅结构MOS管M2的栅 极同时与第二电阻R2和接地电容C2的一端相连。接地电容C2的另一端接地。第二电阻 R2的另一端连接第二偏置电压Vb2。由于共源结构MOS管Ml和共栅结构MOS管M2共用同 一路静态偏置电流，这样不增加电流，而使电路增益叠加，实现了电流复用，此外还能降低 电路的功耗。
[0019] 共源结构MOS管Ml的漏极与共栅结构MOS管M2的漏极相连。共源结构MOS管Ml 的源极接地。共栅结构MOS管M2的漏极与输出匹配电容C3和第二电感L2的一端相连。第 二电感L2的另一端与第三电阻R3-端相连。第三电阻R3的另一端与外部电源连接。输 出匹配电容C3的另一端连接到信号输出端口Vout。由于共栅结构MOS管M2的漏极连接的 第二电感L2与第三电阻R3构成并联峰化结构，因而能有效提高电路的带宽。同时，第二电 感L2、第三电阻R3和输出匹配电容C3构成宽带低噪声放大器的输出匹配网络结构，完成电 路的输出阻抗匹配。
[0020] 共源结构MOS管Ml与共栅结构MOS管M2构成共源共栅结构，采用该电路结构能有 效抑制输出与输入信号之间的馈通，提高电路的反向隔离度，同时改善电路增益和稳定性。
[0021] 输入匹配电容C1、第一电感Ll与共源结构MOS管Ml的栅极和源极之间的寄生电 阻1^构成所述宽带低噪声放大器的输入匹配网络结构，输入匹配阻抗经过外推计算得到， 计算公式如（1)
[0023] 其中，rQ1是共源结构MOS管Ml的栅极和源极之间的寄生电阻，Cgs是共源结构MOS 管Ml的栅极和源极之间的寄生电容。
[0024] 根据上面公式（1)，可以看到通过适当选择第一电感Ll与输入匹配电容Cl的值， 即可实现宽频带范围的输入50D阻抗匹配。在本实用新型优选实施例中，输入匹配电容Cl 的电容值为〇. 1-0. 7pF。输入匹配电容Cl的电容值为0. 36pF。
[0025] 以上是本实用新型所述的宽带低噪声放大器的详细描述。本实用新型通过有效利 用共源MOS晶体管的漏极与源极之间的寄生电阻和在输入端口与地之间增加一个输入匹 配电容，并折中优化其电容值来改善输入匹配特性。本实用新型实施例的有益效果包括：它 输入匹配网络结构简单，只采用了两个额外器件就有效提高了输入阻抗匹配特性，而输入 匹配网络结构对电路的其它性能如噪声，增益等方面几乎没有影响，使得能够从整体上优 化宽带低噪声放大器的性能。
[0026] 图2所示为本宽带低噪声放大器的输入阻抗匹配与工作频率的关系特性曲线。纵 坐标表示输入反射系数S11,单位是dB，横坐标表示工作频率，单位GHz.从图2可以看出， 本实用新型宽带低噪声放大器在0-3GHZ频率范围内的输入反射系数SI1均小于-10dB，即 该放大器可工作于〇-3GHz的宽频率范围内。
[0027] 需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本 实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述【具体实施方式】中。在不脱离本实用新型 原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为 在本实用新型的保护之内。
【主权项】
1. 一种宽带低噪声放大器，其特征在于：由共源结构MOS管M1、共栅结构MOS管M2、输 入匹配电容C1、接地电容C2、输出匹配电容C3、第一电感L1、第二电感L2、第一电阻R1、第 二电阻R2以及第三电阻R3组成； 共源结构MOS管Ml的漏极与共栅结构MOS管M2的漏极相连； 共源结构MOS管Ml的栅极与第一电阻Rl和第一电感Ll的一端连接；第一电感Ll的 另一端与射频信号输入端口 Vin和输入匹配电容Cl的一端连接；输入匹配电容Cl的另一 端连接到地；第一电阻Rl的另一端连接第一偏置电压Vbl ; 共栅结构MOS管M2的栅极同时与第二电阻R2和接地电容C2的一端相连；接地电容C2 的另一端接地；第二电阻R2的另一端连接第二偏置电压Vb2 ; 共源结构MOS管Ml的源极接地； 共栅结构MOS管M2的漏极与输出匹配电容C3和第二电感L2的一端相连；第二电感 L2的另一端与第三电阻R3 -端相连；第三电阻R3的另一端与外部电源连接；输出匹配电 容C3的另一端连接到信号输出端口 Vout。2. 根据权利要求1所述的一种宽带低噪声放大器，其特征在于：共源结构MOS管Ml和 共栅结构MOS管M2均为NMOS管。3. 根据权利要求1或2所述的一种宽带低噪声放大器，其特征在于：输入匹配电容Cl 的电容值的取值范围为〇. IpF~0. 7pF。4. 根据权利要求3所述的一种宽带低噪声放大器，其特征在于：输入匹配电容Cl的电 容值为〇? 36pF。
【专利摘要】本实用新型公开一种宽带低噪声放大器，其采用共源共栅结构，包括共源结构MOS管M1、共栅结构MOS管M2、输入匹配电容C1、接地电容C2、输出匹配电容C3、第一电感L1、第二电感L2、第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3。其中输入匹配电容、第一电感和共源级MOS晶体管的栅极与源极之间的寄生电阻一起构成放大器的输入匹配结构。本实用新型通过利用共源级MOS晶体管的漏极与源极之间的寄生电阻和在输入端口与地之间增加的输入匹配电容，能有效改善电路的输入匹配特性。本实用新型的宽带低噪声放大器结构简单，功耗低，集成度高，适用于低功耗宽频带应用。
【IPC分类】H03F1/42, H03F1/26
【公开号】CN204697010
【申请号】CN201520512212
【发明人】岑明灿, 宋树祥, 蔡超波
【申请人】广西师范大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月15日