本发明涉及一种模拟电路，更具体地说，本发明涉及但不限于一种低噪放大器、用于低噪放大器中的接收器和方法。
背景技术
超外差rf(射频)接收器包括低噪放大器、被连接到低噪放大器(lna)的混频器、被连接到混频器的滤波器、和被连接到滤波器的模数转换器。由于混频器具有相对较高的噪声系数，为了降低该噪声系数，混频器的前端通常具有低噪放大器。lna需要与天线匹配(常规为50欧姆ohm)，并且lna还需要高增益以抑制混频器的噪声。lna还需要低噪系统以降低lna电路本身对系统贡献的噪声。进一步地，lna需要低功耗以增加rf系统的电池寿命，和增加高线性度以减少干扰对期望信号的影响。因此，希望提供一种具有低噪系统、低功耗和高增益的lna的新结构。
技术实现要素：
根据本发明的一个实施例，低噪放大器(lna)包括：分别被配置为接收正输入电压和负输入电压的第一和第二输入端口(vinn，vinp)；第一谐振电路；第二谐振电路；第一晶体管(m1)和第二晶体管(m2)；其中，第一谐振电路的第一电压输出端口(vop)被连接到第二晶体管的第一节点；第二谐振电路的第二电压输出端口(von)被连接到第一晶体管的第一节点；其中第一电压输出端口和第二电压输出端口分别经由第一电容器和第二电容器被交叉耦合到第一晶体管的第二节点和第二晶体管的第二节点；其中第二晶体管的第二节点通过第三电容器和第一晶体管的第三节点被连接到第二输入端口，并且第一晶体管的第二节点通过第四电容器和第二晶体管的第三节点被连接到第一输入端口。
优选地，该低噪放大器lna还包括第五电容器，第六电容器，第一电感器，第二电感器，第一电阻器，第二电阻器；
其中，第五电容器和第一电感器被并联连接到电源vcc和第一电压输出端口；以及
第六电容器和第二电感器被并联连接到电源vcc和第二电压输出端口。
优选地，该低噪放大器lna还包括第五电容器，第六电容器，第一电感器，第二电感器，第一电阻器，第二电阻器；
其中，第五电容器、和第一电感器和第一电阻器之间的串联连接被并联连接到电源vcc和第一电压输出端口，以及
第六电容器、和第二电感器和第二电阻器之间的串联连接被并联连接到电源vcc和第二电压输出端口。
优选地，第一晶体管包括nmos晶体管并且第二晶体管包括nmos晶体管，
其中，第一晶体管的第一节点包括漏极，第一晶体管的第二节点包括栅极，第一晶体管的第三节点包括源极；
其中，第二晶体管的第一节点包括漏极，第二晶体管的第二节点包括栅极，第二晶体管的第三节点包括源极；以及
第一谐振电路在不同于第一电压输出端口的端口上被连接到电源，并且第二谐振电路在不同于第二电压输出端口的端口上被连接到电源。
优选地，第一晶体管包括pmos晶体管并且第二晶体管包括pmos晶体管，
其中，第一晶体管的第一节点包括漏极，第一晶体管的第二节点包括栅极，第一晶体管的第三节点包括源极；
其中，第二晶体管的第一节点包括漏极，第二晶体管的第二节点包括栅极，第二晶体管的第三节点包括源极；以及
第一谐振电路在不同于第一电压输出端口的端口上被接地，并且第二谐振电路在不同于第二电压输出端口的端口上被接地。
根据本发明的另一个实施例，接收器包括低噪放大器，并且被配置为输出电压信号。该低噪放大器(lna)包括：分别被配置成接收正输入电压和负输入电压的第一和第二输入端口(vinn，vinp)；第一谐振电路；第二谐振电路；第一晶体管(m1)和第二晶体管(m2)；其中，第一谐振电路的第一电压输出端口(vop)被连接到第二晶体管的第一节点，第二谐振电路的第二电压输出端口(von)被连接到第一晶体管的第一节点；其中第一电压输出端口和第二电压输出端口分别通过第一电容器和第二电容器被交叉耦合到第一晶体管的第二节点；其中第二晶体管的第二节点通过第三电容器和第一晶体管的第三节点被连接到第二输入端口，第一晶体管的第二节点通过第四电容器和第二晶体管的第三节点被连接到第一输入端口。接收器还包括：本地振荡器，被配置成输出频率信号；混频器，被耦合到低噪放大器和本地振荡器并且被配置成通过将输出电压和频率信号混频来生成混频信号；滤波器，被耦合到混频器并且被配置成通过对混频信号进行滤波来生成滤波信号；模数转换器，被耦合到滤波器并且被配置成通过转换滤波信号来生成数字信号。
根据本发明的另一实施例，一种用于低噪放大器(lna)的方法，其中低噪放大器包括：第一和第二输入端口(vinn，vinp)，被分别配置成接收正输入电压和负输入电压；第一谐振电路；第二谐振电路；第一晶体管(m1)和第二晶体管(m2)；其中第一谐振电路的第一电压输出端口(vop)被连接到第二晶体管的漏极，第二谐振电路的第二电压输出端口(von)被连接到第一晶体管的漏极，其中，第一电压输出端口和第二电压输出端口分别通过第一电容器和第二电容器被交叉耦合到第一晶体管的栅极和第二晶体管的栅极；其中第二晶体管的第二节点通过第三电容器和第一晶体管的第三节点被连接到第二输入端口，第一晶体管的第二节点通过第四电容器和第二晶体管的第三节点被连接到第一输入端口；其中，该方法包括：通过第一输入端口和第二输入端口，接收差分输入信号；和通过第一电压输出端口和第二电压输出端口输出差分输出信号。
优选的，低噪放大器还包括：第五电容器，第六电容器，第一电感器，第二电感器，第一电阻器，第二电阻器；
其中，第五电容器和第一电感器被并联连接在电源vcc和第一电压输出端口之间，以及，
第六电容器和第二电感器被并联连接在电压vcc和第二电压输出端口之间。
优选地，低噪放大器还包括：第五电容器，第六电容器，第一电感器，第二电感器，第一电阻器，第二电阻器；
其中，第五电容器、和第一电感器与第一电阻器之间的串联连接被并联连接在电源vcc和第一电压输出端口之间，以及，
第六电容器、和第二电感器与第二电阻器之间的串联连接被并联连接在电压vcc和第二电压输出端口之间。
优选地，第一晶体管包括nmos晶体管并且第二晶体管包括nmos晶体管，
其中，第一晶体管的第一节点包括漏极，第一晶体管的第二节点包括栅极，第一晶体管的第三节点包括源极；
其中，第二晶体管的第一节点包括漏极，第二晶体管的第二节点包括栅极，第二晶体管的第三节点包括源极；以及
第一谐振电路在不同于第一电压输出端口的端口上被连接到电源，并且第二谐振电路在不同于第二电压输出端口的端口上被连接到电源。
优选地，第一晶体管包括pmos晶体管并且第二晶体管包括pmos晶体管，
其中，第一晶体管的第一节点包括漏极，第一晶体管的第二节点包括栅极，第一晶体管的第三节点包括源极；
其中，第二晶体管的第一节点包括漏极，第二晶体管的第二节点包括栅极，第二晶体管的第三节点包括源极；以及
第一谐振电路在不同于第一电压输出端口的端口上被接地，并且第二谐振电路在不同于第二电压输出端口的端口上被接地。
当输出交叉耦合的电容器工作时，提供负阻抗，这可以抵消由电感产生的正阻抗，并且导致非常大的输出阻抗。众所周知，增益是由输出阻抗和跨导gm的乘积确定的，大的输出阻抗可以产生高增益。低功耗是gm较小的结果。通过实现相同的增益，该结构的输出阻抗高于常规电路，因此需要较低的gm，因此电路具有负阻抗以抵消电感器的正等效阻抗，因此会得到更大的阻抗。小gm意味着小电流。低噪系数是等效跨导gm增加的结果。输出交叉耦合电容被视为来自输入电容器侧的负电容。该负电容抵消金属氧化半导体(mos)晶体管的电容，因此降低了mos晶体管的电容，并且改善了等效输入跨导gm。使用较低的gm令输入等效噪声减少并且噪声系数降低。
本发明与现有技术相比较，主要的优点在于：1、通过电容器c1和c2，从输出端看引入了负电阻，能够在不增加电流的情况下提高增益。2、通过电容器c1和c2在m1和m2的gate端引入了负电容，能够抵消m1和m2的栅极电容，减少m1和m2的栅极由于栅电容导致的信号衰减，在不增加电流的情况下，可以增加等效输入跨导，提高增益，降低噪声。
附图说明
下面参照附图对本发明的非限制性的、非穷尽的实施例进行描述，其中，除非另有说明，在各个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
图1是本发明的一个实施例中的低噪放大器电路示意图。
图2是本发明的另一个实施例中的低噪放大器的电路示意图。
图3是本发明的另一个实施例中的低噪放大器的电路示意图。
图4是本发明的一个实施例中的接收器。
图5是本发明的一个实施例中的显示了运行低噪放大器方法的流程图。
具体实施方式
现在将描述本发明的各个方面和实施例。以下描述提供了用于彻底理解和实现这些示例所描述的具体细节。然而，本领域技术人员将理解的是可以在没有这些细节中的许多细节的情况下实践本发明。
另外，一些公知的结构或功能可以不进行详细显示或描述，以避免不必要地模糊相关描述。
在下面给出的描述中使用的术语旨在以其最广泛的合理方式解释，即使它是与本发明的某些具体示例的详细描述相结合使用。某些术语甚至在下文中被强调，然而，旨在以任何限制的方式解释的任何术语将在具体实施方式部分中进行明确且具体的定义。
图1是低噪放大器100的电路图。该低噪放大器(lna)包括：第一和第二输入端口(vinn，vinp)，分别接收正输入电压和负输入电压；第一谐振电路110，第二谐振电路120，第一晶体管m1和第二晶体管m2。第一谐振电路110的第一电压输出端口vop被连接到第二晶体管m2的第一节点。第二谐振电路120的第二电压输出端口von被连接到第一晶体管m1的第一节点。第一电压输出端口vop对应于正电压，第二电压输出端口von对应于负电压。
第一电压输出端口vop和第二电压输出端口von分别通过第一电容器c1和第二电容器c2被交叉耦合到第一晶体管m1的第二节点和第二晶体管m2的第二节点。第二晶体管m2的第二节点通过第三电容器c3和第一晶体管m1的第三节点被连接到第二输入端口vinn。第一晶体管m1的第二节点通过第四电容器c4和第二晶体管m2的第三节点被连接到第一输入端口vinp。
在另一实施例中，如图1所示，第一谐振电路110还包括第五电容器c5，第一电感器l1和第一电阻器r1；以及第二谐振电路120包括第六电容器c6，第二电感器l2和第二电阻器r2。第五电容器，第一电感器l1和第一电阻器r1被并联连接在电源(vcc)和第一电压输出端口vop之间。第六电容器c6，第二电感器l2和第二电阻器r2被并联连接在电源(vcc)和第二电压输出端口von之间。
图2是本发明的另一个实施例中的低噪放大器200的电路图。如图2所示，第一谐振电路210还包括第五电容器c5，第一电感器l1和第一电阻器r1。第二谐振电路220还包括第六电容器c6，第二电感器l2和第二电阻器r2。
第五电容器c5与第一电感器l1和第一电阻器r1之间的串联连接被并联连接到电源vcc和第一电压输出端口vop之间。第六电容器c6与第二电感器l2和第二电阻器r2之间的串联连接被并联连接到电源vcc和第二电压输出端口von之间。也就是说，第五电容器c5、和第一电感器l1及第一电感器l1的串联寄生电阻(第一电阻器r1)并联连接到电源vcc和第一电压输出端口vop；同理，第六电容器c6、和第二电感器l2与第二电感器l2的串联寄生电阻(第二电阻器r2)之间的串联连接被并联连接到电源vcc和第二电压输出端口von之间。
假设第二晶体管m2的栅极到源电容器是cgs。以第二晶体管m2的栅极来看，输出电压vn可以用输出电压vn1的形式表示为等式(1)。
cgs具有正电容，这将导致通过将第一输入电压vinp和第二输入电压vinn分别与第三电容器c3和第四电容器c4耦合，使得第二晶体管m2和第一晶体管m1的栅极电压上的电压降低。结果，cgs越大，增益(vn/vinn)越小。其中，vn表示输入到第二mos晶体管m2的栅极的输入电压，vinn表示图2中的vinn。注意到，vn/vinn表示由第三电容器c3耦合的第二晶体管m2的栅极上的增益与输入的关系。
第一电容器c1和第二电容器c2的交叉耦合在输入端引入有效负电容器。下文的等式(2)示出了第一电容器c1上的电流，并且被视为负电容器。
当a>>1
因此，有效电容ceff可以被表示为ceff＝(1-a)·sc1或者近似为-a·sc1,ifa→∞，这就是负电容器并且可以被用于补偿cgs，从而提高lna的增益。
由于第一电容器c1和第二电容器c2引入的电容可以抵消由cgd引入的电容，所以输入端子上的电压可以基本无损的传输到第一晶体管m1和第二晶体管m2的栅极的输入端子上。该实施例使得以相对较小的gm有效地改进增益，并且降低输入阻抗，以便匹配例如50欧姆(ohm)的输入阻抗。
通过第一电容器c1和第二电容器c2之间的交叉耦合，可以获取输出端的有效负电阻器rneg。细节参见下面的公式(3)。
因此获得负电阻器。注意到，ip是由馈送到第二mos晶体管m2的第二输出电压von引起的电流分量。
注意到，负电阻rneg的值与第五电容器c5、第一电容器c1和设备相关的电容器cgs有关。通过调节该比值，可以控制负电阻rneg的值，因此可以抵消第一电阻器r1的电阻，从而提高输出阻抗并且增加电压增益。
进一步地，当gm降低时，噪声电流下降，因此可以获得较低的噪声系数。在相同的器件(例如，相同的第一晶体管m1和相同的第二晶体管m2)和相同的电流的情况下，等效跨导增加。为了保持相同的等效跨导gm，可以减少器件等效跨导gm，因此电流减小，而等效跨导gm保持恒定，因此噪声降低。
总的来说，引入第一电容器c1和第二电容器c2可以减小电容，降低噪声系数并且增加电压增益。
在另一实施例中，如图2所示，第一晶体管m1包括nmos晶体管并且第二晶体管m2包括nmos晶体管。第一晶体管m1的第一节点包括漏极。第一晶体管m1的第二节点包括栅极。第一晶体管m1的第三节点包括源极。进一步地，第二晶体管m2的第一节点包括漏极。第二晶体管m2的第二节点包括栅极。第二晶体管m2的第三节点包括源极。第一谐振电路210在不同于第一电压输出端口vop的端口上被连接到电源vcc。第二谐振电路220在不同于第二电压输出端口von的端口上被连接到电源vcc。
图3是本发明的另一个实施例中的低噪放大器的电路图。与图1或图2所示的电路图相比较，nmos晶体管m1和m2分别被pmos晶体管替换。
第一晶体管包括pmos晶体管并且第二晶体管包括pmos晶体管。第一晶体管的第一节点包括漏极。第一晶体管的第二节点包括栅极。第一晶体管的第三节点包括源极。进一步地，第二晶体管的第一节点包括漏极。第二晶体管的第二节点包括栅极。第二晶体管的第三节点包括源极。第一谐振电路310在不同于第一电压输出端口vop的端口上被接地。第二谐振电路320在不同于第二电压输出端口von的端口上被接地。
图4是本发明的一个实施例中的接收器。接收器400包括低噪放大器(lna)410、混频器420、滤波器430和模数转换器440。低噪放大器410根据图1、2和3中任意一个来构造，并且低噪放大器410输出电压信号。本地振荡器450将频率信号输出到混频器420。混频器420被耦合到低噪放大器410和本地振荡器，并且通过对输出电压和频率信号进行混频来生成混频信号。滤波器430被耦合到混频器420并且通过过滤混频信号来生成滤波信号。模数转换器440被耦合到滤波器430并且通过转换滤波信号来生成数字信号。
图5是本发明的一个实施例中的操作低噪放大器的方法500的流程图。方法500在低噪放大器(lna)中执行。低噪放大器包括：第一和第二输入端口(vinn，vinp)，被分别配置成接收正输入电压和负输入电压；第一谐振电路；第二谐振电路；第一晶体管(m1)和第二晶体管(m2)。第一谐振电路的第一电压输出端口(vop)被连接到第一晶体管的漏极。第二谐振电路的第二电压输出端口(von)被连接到第一晶体管的漏极。第一电压输出端口和第二电压输出端口分别通过第一电容器和第二电容器被交叉耦合到第一晶体管的栅极和第二晶体管的栅极。第二晶体管的第二节点通过第三电容器和第一晶体管的第三节点被连接到第二输入端口，并且第一晶体管的第二节点通过第四电容器和第二晶体管的第三节点被连接到第一输入端口。方法500还包括：步骤510，通过第一输入端口和第二输入端口接收差分输入信号；步骤520，通过第一电压输出端口和第二电压输出端口输出差分输出信号。
在另一实施例中，低噪放大器还包括第五电容器、第六电容器、第一电感器、第二电感器、第一电阻器、第二电阻器，其中，第五电容器和第一电感器被并联连接在电源(vcc)和第一电压输出端口之间，并且第六电容器和第二电感器被并联连接在电源(vcc)和第二电压输出端口之间。
在另一实施例中，低噪放大器还包括第五电容器、第六电容器、第一电感器、第二电感器、第一电阻器、第二电阻器；其中，第五电容器、和第一电感器与第一电阻器之间的串联连接被并联连接在电源(vcc)和第一电压输出端口之间，第六电容器、和第二电感器和第二电阻器的串联连接被并联连接在电源(vcc)和第二电压输出端口之间。
在另一实施例中，第一晶体管包括nmos晶体管并且第二晶体管包括nmos晶体管，其中第一晶体管的第一节点包括漏极，第一晶体管的第二节点包括栅极，第一晶体管的第三节点包括源极；其中第二晶体管的第一节点包括漏级，第二晶体管的第二节点包括栅极，第二晶体管的第三节点包括源极；第一谐振电路在不同于第一电压输出端口的端口被连接到电源，并且第二谐振电路在不同于第二电压输出端口的端口被连接到电源。
在另一实施例中，第一晶体管包括pmos晶体管并且第二晶体管包括pmos晶体管，其中其中第一晶体管的第一节点包括漏极，第一晶体管的第二节点包括栅极，第一晶体管的第三节点包括源极；其中第二晶体管的第一节点包括漏级，第二晶体管的第二节点包括栅极，第二晶体管的第三节点包括源极；第一谐振电路在不同于第一电压输出端口的端口被接地，并且第二谐振电路在不同于第二电压输出端口的端口被接地。
特征和各种实施例的各方面可以被集成到其它实施例，并且可以在没有所有的示出或描述的特征或方面来实施本文中所示的实施例。本领域的技术人员将理解，尽管使用了特定的实施例和在系统和方法的实施例已经为了说明的目的描述，各种修改可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出。此外，一个实施例的特征可并入其它实施例中，即使在那些特征没有一起在单个实施例，本文档中描述。因此，本发明由所附权利要求所描述。