专利名称：一种低噪声放大器的元件参数确定方法及低噪声放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路设计领域，特别是涉及一种低噪声放大器的元件参数确定方法及低噪声放大器。
背景技术：
低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)是射频集成电路中的重要组成部分之一。它位于接收芯片的第一级，直接与天线信号相连，所以LNA的噪声特性将大大影响整个系统的噪声性能。现有技术中，降低LNA的噪声因子，主要是通过提高功耗来实现，但对一个用于无线移动通信中的接收芯片来讲，低功耗是硬性指标，要在低功耗的约束条件下实现低噪声因子，就需要调节LNA电路的元件参数来改善电路性能。通常，在满足功耗约束条件的情况下，不能同时满足其他方面的性能指标，例如噪声因子、阻抗匹配以及增益等，因而LNA电路元件参数的确定是业内人士研究的难题之一。综上，现有技术中的低噪声放大器，存在的缺点是在低功耗的条件下，噪声过高。
发明内容
本发明的目的是提供一种低噪声放大器的元件参数确定方法及低噪声放大器，能够在保持低功耗的条件下，具有低噪声的性能。为实现上述目的，本发明提供了如下方案—种低噪声放大器的元件参数确定方法，用于低噪声放大器，所述低噪声放大器包括射频输入管、与所述射频输入管的基极相连的第一电感LB和与所述射频输入管的发射极相连的第二电感以及并联在所述射频输入管的基极和发射极两端的第一电容；所述射频输入管的信号输入端口与所述第一电感之间设置有隔直电容，直流偏置电压通过偏置电阻接入所述隔直电容与所述第一电感之间；所述射频输入管的集电极与电源之间设有谐振电路和防止密勒效应的晶体管；所述方法包括根据所述低噪声放大器的电路结构和信号源建立小信号噪声等效模型；根据所述小信号噪声等效模型，建立所述低噪声放大器的噪声因子公式；
F = 1 +++Rlb +Rle +Rb -W2Cbe(Le +Lb)RB]2+0)2[Rb(Rs +Rlb +RLE)CBE +LE +^]2} + -^-{[1- 2(CB￡+CJ(Z￡+
2gmRsRLE) + (^-a2C^BERB)(LE+LB) + RBCj} + ^{[l-w2(LE+LB)CBEf + w2(Rs +
KKSRlb+Rle)2 C2BE)
其中，Cbe为所述第一电容的电容值，Lb为所述第一电感的电感值，Le为所述第二电感的电感值，‘为所述第一电感Lb的寄生电阻，其值等于ωIVQi^Rm为所述第二电感Le 的寄生电阻，其值等于《Le/(^e ； ω为所述低噪声放大器的工作频率；Qlb为所述第一电感Lb 的品质因数为所述第二电感Le的品质因数；RS为所述信号源的内阻；gm为所述射频输入管A的跨导，其值等于I。/VT ；Ic为所述射频输入管的直流电流，Vt = k0T/q ；k0是波耳兹曼常数，T为开尔文温度，q为电子电量；β为直流电流放大倍数为所述射频输入管基极寄生电阻；Cn为所述射频输入管基极与发射极间的结电容；Rn为所述射频输入管基极与发射极间的结电阻；根据所述噪声因子公式，计算噪声因子最小时&以及Lb所对应的数学解析式；建立所述低噪声放大器的输入电阻公式
权利要求
1.一种低噪声放大器的元件参数确定方法，其特征在于，用于低噪声放大器，所述低噪声放大器包括射频输入管、与所述射频输入管的基极相连的第一电感Lb和与所述射频输入管的发射极相连的第二电感以及并联在所述射频输入管的基极和发射极两端的第一电容；所述射频输入管的信号输入端口与所述第一电感之间设置有隔直电容，直流偏置电压通过偏置电阻接入所述隔直电容与所述第一电感之间；所述射频输入管的集电极与电源之间设有谐振电路和防止密勒效应的晶体管；所述方法包括根据所述低噪声放大器的电路结构和信号源建立小信号噪声等效模型；根据所述小信号噪声等效模型，建立所述低噪声放大器的噪声因子公式；F = 1 ++RLB +RLE +RB -W2CBE{LE +LB)RB]2+0)2[RB(RS +RLB +Rle)Cbe +Le +IJ2} + -^—{[1- 2(CB￡+CJ(Z￡ +LB)f+w2[(CBE+CnXRs+Rlb +2gmRsRLE、+ + -<CbeRb、(Le+Lb、+ RbCJ、+ ^{\1-co2(Le+Lb、CbJ + CO2(Rs +rLB+rLE)2 C2BE)其中，Cbe为所述第一电容的电容值，Lb为所述第一电感的电感值，Le为所述第二电感的电感值，‘为所述第一电感Lb的寄生电阻，其值等于《Lb/(^b ；Rle为所述第二电感Le的寄生电阻，其值等于《LE/(^E ； ω为所述低噪声放大器的工作频率为所述第一电感1^的品质因数；Qm为所述第二电感Le的品质因数；RS为所述信号源的内阻；gm为所述射频输入管A的跨导，其值等于Ie/VT ；Ic为所述射频输入管的直流电流，Vt = k0T/q ；k0是波耳兹曼常数，T为开尔文温度，q为电子电量；β为直流电流放大倍数为所述射频输入管基极寄生电阻；Cn为所述射频输入管基极与发射极间的结电容；Rn为所述射频输入管基极与发射极间的结电阻；根据所述噪声因子公式，计算噪声因子最小时&以及Lb所对应的数学解析式；建立所述低噪声放大器的输入电阻公式rin=Rs=^^Le+ 在C +C O O其中，Rin为所述低噪声放大器的输入电阻；联立所述输入电阻公式、和&以及Lb所对应的数学解析式，得到Lb与Cbe所对应的器件参数值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算噪声因子最小时&以及Lb所对应的数学解析式，包括分别对所述噪声因子公式中的&以及Lb求偏导，并令其求导值等于0，得到噪声因子最小时，Rs以及Lb所对应的数学解析式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述射频输入管的直流电流I。是根据功率约束条件公式确定的；所述功率约束条件公式为功率=电源电压X直流电流。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述&对应的数学解析式为R _ r2gJ(RLB +ΚΙΕ) + β[\~2ω2(CBE +CJ(Le+Lb)] + IgJR3[1 -2co2CBE(Le + Lb)] SSi + βω2 (CBE + C J2 + 2g JRbW2CIe+ w\LE+LBfr所述Lb对应的数学解析式为ω1 _ 々K+CJ+2gUn々 aL B glQLB+^iC^+CSfiQ^+^R^Cl^Q^ E其中人= (^-^)/(77^+7^)"Mlb L BE 十 L π MLE
5.一种低噪声放大器，其特征在于，包括射频输入管、与所述射频输入管的基极相连的第一电感和与所述射频输入管的发射极相连的第二电感以及并联在所述射频输入管的基极和发射极两端的第一电容；信号输入端口与所述第一电感之间设置有隔直电容，直流偏置电压通过偏置电阻接入所述隔直电容与所述第一电感之间；所述射频输入管的集电极与电源之间设有谐振电路和防止密勒效应的晶体管；所述第一电感的电感值与所述第一电容的电容值满足以下条件Γ = ι ++Rlb +Rle +Rb -w2Cbe(Le +Lb)Rb]2+(U2[Rb(Rs +Rlb +Rle)Cbe +Le ++Lb)]2+ω2[(0ΒΕ+C^iRs+Rlb +2gmRsRLE) + (^-a2C^BERB)(LE+LB) + RBCj} + ^{[l-a\LE+LB)CBEf + a\Rs +rLB+rLE)2 C2be)R _ Γ2gJ(RLB +RLE) + P[l-2w2(Cbe + C,)(Le +Lb)] + IgJR3[1 -Iw1Cbe(Le + Lb)] SSi + βω2 (CBE + CJ2 + 2g JRbW2CIe+ w2(LE + LBff5ω1 _ PQlb<Cbe + CJ + 2gmRBCBJQLBa-gJ ω1 B glQLB + of (CBE + CJPQlb + 2gnRBdClEfiQLB EC +C O O其中，Cbe为所述第一电容的电容值，Lb为所述第一电感的电感值，Le为所述第二电感的电感值，‘为所述第一电感Lb的寄生电阻，其值等于《Lb/(^b ；Rle为所述第二电感Le的寄生电阻，其值等于《LE/(^E ； ω为所述低噪声放大器的工作频率为所述第一电感1^的品质因数；Qm为所述第二电感Le的品质因数；RS为所述信号源的内阻；gm为所述射频输入管A的跨导，其值等于Ie/VT ；Ic为所述射频输入管的直流电流，Vt = k0T/q ；k0是波耳兹曼常数，T为开尔文温度，q为电子电量；β为直流电流放大倍数为所述射频输入管基极寄生电阻；Cn为所述射频输入管基极与发射极间的结电容；Rn为所述射频输入管基极与发射极间的结电阻Ain为所述低噪声放大器的输入电阻。
6.根据权利要求5所述的低噪声放大器，其特征在于，所述射频输入管的集电极与所述晶体管的发射极相连，所述晶体管的基极连接至电源。
7.根据权利要求5所述的低噪声放大器，其特征在于，所述谐振电路为并联在所述电源与所述晶体管的集电极之间的第三电感和第二电容。
全文摘要
本发明公开一种低噪声放大器的元件参数确定方法及低噪声放大器。所述方法包括根据所述低噪声放大器的电路结构和信号源建立小信号噪声等效模型；根据所述小信号噪声等效模型，建立所述低噪声放大器的噪声因子公式；根据所述噪声因子公式，计算噪声因子最小时信号源的内阻RS以及第一电感LB所对应的数学解析式；建立所述低噪声放大器的输入电阻公式联立上述公式、以及数学解析式，得到对应的电容、电感的器件参数值。采用本发明的方法设计的低噪声放大器，在功率约束(即低功耗)的条件下，能够具有低噪声的性能。
文档编号H03F1/26GK102412789SQ20111038813
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者俞思辰, 吕志强, 陈岚 申请人:中国科学院微电子研究所