一种电流复用低噪声放大器的制作方法

本发明涉及射频微波通信领域，特别涉及一种电流复用低噪声放大器。

背景技术：

在无线通信、雷达等射频微波系统中，低噪声放大器是接收端的第一个有源电路，因此，低噪声放大器的参数性能对射频接收链路的灵敏度和线性度指标起着非常关键的作用。通常情况下，低噪声放大器需要有足够的增益对接收到的微弱信号进行放大，抑制后级电路的噪声，并且自身具有尽量低的噪声系数；其次，低噪声放大器的线性度也会影响到整个接收链路的线性度指标，尤其在采用高阶信号调制的无线通信基站系统中，接收链路的线性度尤为关键。

为了获得足够高的增益，接收链路中的低噪声放大器通常会选用两级级联结构；在部分复杂应用环境下，为了降低电源、控制信号等外界共模干扰信号对噪声系数指标的影响，低噪声放大器会采用差分结构；对于应用于通信基站的低噪声放大器，还可以采用平衡式结构来进一步提升放大器的线性度。现有技术下，传统的两级级联结构、差分结构和平衡式结构的低噪声放大器的原理图分别如图1-3所示。

在以上传统的电路结构中，两级级联结构中的两级放大电路、差分结构中对称的两个支路以及平衡式结构中两个互补的支路都需要两路独立的偏置电流。这些电路结构对系统中的电源管理模块提出了更高的要求，并且导致系统整体的功耗和成本增加。

从另外一个角度来看传统的电路结构，系统中的电源电压通常较高，可以达到3.3v或者5.0v，而单级放大器的工作电压仅需要2.5v、1.8v或者更低，过高的电源电压会导致电路中晶体管的工作电压超限，造成电路长期工作可靠性问题或者是击穿损毁。如图4所示，系统中一般会采用电源管理模块来完成这一降压过程。在降压过程中，不可避免地会出现能量的损耗，也就是说电源管理模块的转换效率不可能达到100％，这就产生了系统功耗的浪费。同时，电源管理模块会使系统更加复杂，导致整体成本进一步增加。

因此，需要提出一种新型的低成本、低功耗的低噪声放大器电路结构。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电流复用低噪声放大器，通过电流复用结构，可以使原本需要两路独立偏置电流的低噪声放大器节省一半的偏置电流，降低系统整体功耗，并且通过电流复用结构，可以充分利用系统的电源电压裕度，简化系统中的电源管理模块，降低电路复杂程度，降低系统成本。

本发明公开了一种电流复用低噪声放大器，包括第一放大器、第二放大器和虚拟接地单元；

所述第一放大器的电源端与系统电源相连，所述第一放大器的接地端与所述第二放大器的电源端相连，所述第二放大器的接地端接地；

所述虚拟接地单元的一端分别与所述第一放大器的接地端和所述第二放大器的电源端相连，所述虚拟接地单元的另一端接地；

所述第一放大器和所述第二放大器复用偏置电流。

可选地，所述第二放大器的信号输入端与所述电流复用低噪声放大器的信号输入端相连，所述第二放大器的信号输出端与所述第一放大器的信号输入端相连，所述第一放大器的信号输出端与所述电流复用低噪声放大器的信号输出端相连。

可选地，所述第一放大器的信号输入端与所述电流复用低噪声放大器的第一信号输入端相连，所述第一放大器的信号输出端与所述电流复用低噪声放大器的第一信号输出端相连；所述第二放大器的信号输入端与所述电流复用低噪声放大器的第二信号输入端相连，所述第二放大器的信号输出端与所述电流复用低噪声放大器的第二信号输出端相连。

可选地，所述第一放大器和所述第二放大器的信号输入端分别与所述电流复用低噪声放大器的信号输入端相连，所述第一放大器和所述第二放大器的信号输入端还分别与第一负载的一端相连，所述第一负载的另一端接地；所述第一放大器和所述第二放大器的信号输出端分别与所述电流复用低噪声放大器的信号输出端相连，所述第一放大器和所述第二放大器的信号输出端还分别与第二负载的一端相连，所述第二负载的另一端接地。

可选地，所述第一放大器和所述第二放大器中的每个放大器包括输入匹配电路、多个偏置电路、反馈电路、负载电路、晶体管堆叠单元和输出匹配电路；

所述晶体管堆叠单元包括多个串联连接的晶体管，第一个所述晶体管的第一电极与所述反馈电路的一端相连，第一个所述晶体管的第二电极与第一个所述偏置电路相连，第一个所述晶体管的第三电极与第二个所述晶体管的第一电极相连，第二个所述晶体管的第二电极与第二个所述偏置电路相连，第二个所述晶体管的第三电极与第三个所述晶体管的第一电极相连，以此类推，最后一个所述晶体管的第二电极与最后一个所述偏置电路相连，最后一个所述晶体管的第三电极与所述负载电路的一端相连；

第一个所述晶体管的第二电极还与所述输入匹配电路的一端相连，最后一个所述晶体管的第三电极还与所述输出匹配电路的一端相连；

所述反馈电路的另一端与该放大器的接地端相连，所述负载电路的另一端与该放大器的电源端相连，所述输入匹配电路的另一端与该放大器的信号输入端相连，所述输出匹配电路的另一端与该放大器的信号输出端相连。

可选地，所述虚拟接地单元包括多个并联连接的电容，多个所述电容的电容值不同。

可选地，采用soicmos工艺来单片集成所述电流复用低噪声放大器。

本发明公开了一种电流复用低噪声放大器，包括多个放大器和多个虚拟接地单元；

第一个所述放大器的电源端与系统电源相连，第一个所述放大器的接地端与第二个所述放大器的电源端相连，第二个所述放大器的接地端与第三个所述放大器的电源端相连，以此类推，最后一个所述放大器的接地端接地；

第一个所述虚拟接地单元的一端分别与第一个所述放大器的接地端和第二个所述放大器的电源端相连，第二个所述虚拟接地单元的一端分别与第二个所述放大器的接地端和第三个所述放大器的电源端相连，以此类推，最后一个所述虚拟接地单元的一端分别与倒数第二个所述放大器的接地端和最后一个所述放大器的电源端相连，多个所述虚拟接地单元的另一端分别接地；

多个所述放大器复用偏置电流。

可选地，最后一个所述放大器的信号输入端与所述电流复用低噪声放大器的信号输入端相连，最后一个所述放大器的信号输出端与倒数第二个所述放大器的信号输入端相连，倒数第二个所述放大器的信号输出端与倒数第三个所述放大器的信号输入端相连，以此类推，第一个所述放大器的信号输出端与所述电流复用低噪声放大器的信号输出端相连。

可选地，多个所述放大器中的每个放大器包括输入匹配电路、多个偏置电路、反馈电路、负载电路、晶体管堆叠单元和输出匹配电路；

所述晶体管堆叠单元包括多个串联连接的晶体管，第一个所述晶体管的第一电极与所述反馈电路的一端相连，第一个所述晶体管的第二电极与第一个所述偏置电路相连，第一个所述晶体管的第三电极与第二个所述晶体管的第一电极相连，第二个所述晶体管的第二电极与第二个所述偏置电路相连，第二个所述晶体管的第三电极与第三个所述晶体管的第一电极相连，以此类推，最后一个所述晶体管的第二电极与最后一个所述偏置电路相连，最后一个所述晶体管的第三电极与所述负载电路的一端相连；

第一个所述晶体管的第二电极还与所述输入匹配电路的一端相连，最后一个所述晶体管的第三电极还与所述输出匹配电路的一端相连；

所述反馈电路的另一端与该放大器的接地端相连，所述负载电路的另一端与该放大器的电源端相连，所述输入匹配电路的另一端与该放大器的信号输入端相连，所述输出匹配电路的另一端与该放大器的信号输出端相连。

本发明与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

本发明通过电流复用结构，可以使原本需要两路独立偏置电流的低噪声放大器节省一半的偏置电流，降低系统整体功耗，并且通过电流复用结构，可以充分利用系统的电源电压裕度，简化系统中的电源管理模块，降低电路复杂程度，降低系统成本。

附图说明

图1是传统的两级级联结构的低噪声放大器的原理图；

图2是传统的差分结构的低噪声放大器的原理图；

图3是传统的平衡式结构的低噪声放大器的原理图；

图4是传统的电路结构中系统电源到单级放大器电源转换的示意图；

图5a根据本申请的一些实施例，公开了一种两级级联结构的电流复用低噪声放大器的原理图；

图5b根据本申请的一些实施例，公开了一种多级级联结构的电流复用低噪声放大器的原理图；

图6根据本申请的一些实施例，公开了一种差分结构的电流复用低噪声放大器的原理图；

图7根据本申请的一些实施例，公开了一种平衡式结构的电流复用低噪声放大器的原理图；

图8根据本申请的一些实施例，公开了一种电流复用低噪声放大器中的放大器的原理图；

图9根据本申请的一些实施例，公开了一种电流复用低噪声放大器中的虚拟接地单元的原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本申请的一些实施例，公开了一种电流复用低噪声放大器。

电流复用低噪声放大器包括第一放大器、第二放大器和虚拟接地单元；第一放大器的电源端与系统电源相连，第一放大器的接地端与第二放大器的电源端相连，第二放大器的接地端接地；虚拟接地单元的一端分别与第一放大器的接地端和第二放大器的电源端相连，虚拟接地单元的另一端接地；第一放大器和第二放大器复用偏置电流。

本发明通过电流复用结构，可以使原本需要两路独立偏置电流的低噪声放大器节省一半的偏置电流，降低系统整体功耗，并且通过电流复用结构，可以充分利用系统的电源电压裕度，简化系统中的电源管理模块，降低电路复杂程度，降低系统成本。

根据本申请的一些实施例，公开了一种两级级联结构的电流复用低噪声放大器。图5a是该电流复用低噪声放大器的原理图。

具体地，如图5a所示，电流复用低噪声放大器500包括第一放大器501、第二放大器502和虚拟接地单元503；第一放大器501的电源端与系统电源相连，第一放大器501的接地端与第二放大器502的电源端相连，第二放大器502的接地端接地；虚拟接地单元503的一端分别与第一放大器501的接地端和第二放大器502的电源端相连，虚拟接地单元503的另一端接地；第一放大器501和第二放大器502复用偏置电流id1；第二放大器502的信号输入端与电流复用低噪声放大器500的信号输入端rfin相连，第二放大器502的信号输出端与第一放大器501的信号输入端相连，第一放大器501的信号输出端与电流复用低噪声放大器500的信号输出端rfout相连。

第一放大器501和第二放大器502复用偏置电流id1，偏置电流id1从第一放大器501的电源端流入，并且从第二放大器502的接地端流出，节省一半的偏置电流，降低系统整体功耗；第一放大器501和第二放大器502共同分担系统电源电压，可以充分利用系统的电源电压裕度，简化系统中的电源管理模块，降低电路复杂程度，降低系统成本；电流复用低噪声放大器500采用两级级联结构，第一放大器501为第二级放大器，第二放大器502为第一级放大器，射频信号从电流复用低噪声放大器500的信号输入端rfin输入，依次经过第二放大器502和第一放大器501进行放大，并且从电流复用低噪声放大器500的信号输出端rfout输出，可以获得足够高的增益。

根据本申请的一些实施例，公开了一种电流复用低噪声放大器。

电流复用低噪声放大器包括多个放大器和多个虚拟接地单元；第一个放大器的电源端与系统电源相连，第一个放大器的接地端与第二个放大器的电源端相连，第二个放大器的接地端与第三个放大器的电源端相连，以此类推，最后一个放大器的接地端接地；第一个虚拟接地单元的一端分别与第一个放大器的接地端和第二个放大器的电源端相连，第二个虚拟接地单元的一端分别与第二个放大器的接地端和第三个放大器的电源端相连，以此类推，最后一个虚拟接地单元的一端分别与倒数第二个放大器的接地端和最后一个放大器的电源端相连，多个虚拟接地单元的另一端分别接地；多个放大器复用偏置电流。

本发明通过电流复用结构，可以使原本需要n路独立偏置电流的低噪声放大器节省为1/n的偏置电流，降低系统整体功耗，并且通过电流复用结构，可以充分利用系统的电源电压裕度，简化系统中的电源管理模块，降低电路复杂程度，降低系统成本。

根据本申请的一些实施例，公开了一种多级级联结构的电流复用低噪声放大器。图5b是该电流复用低噪声放大器的原理图。

具体地，如图5b所示，电流复用低噪声放大器510包括多个放大器511,1-511,n和多个虚拟接地单元512,1-512,m；第一个放大器511,1的电源端与系统电源相连，第一个放大器511,1的接地端与第二个放大器511,2(未示出)的电源端相连，第二个放大器511,2的接地端与第三个放大器511,3(未示出)的电源端相连，以此类推，最后一个放大器511,n的接地端接地；第一个虚拟接地单元512,1(未示出)的一端分别与第一个放大器511,1的接地端和第二个放大器511,2的电源端相连，第二个虚拟接地单元512,2(未示出)的一端分别与第二个放大器511,2的接地端和第三个放大器511,3的电源端相连，以此类推，最后一个虚拟接地单元512,m的一端分别与倒数第二个放大器的接地端511,n-1和最后一个放大器511,n的电源端相连，多个虚拟接地单元512,1-512,m的另一端分别接地；多个放大器511,1-511,n复用偏置电流id1；最后一个放大器511,n的信号输入端与电流复用低噪声放大器510的信号输入端rfin相连，最后一个放大器511,n的信号输出端与倒数第二个放大器511,n-1的信号输入端相连，倒数第二个放大器511,n-1的信号输出端与倒数第三个放大器511,n-2(未示出)的信号输入端相连，以此类推，第一个放大器511,1的信号输出端与电流复用低噪声放大器510的信号输出端rfout相连。

n个放大器511,1-511,n复用偏置电流id1，偏置电流id1从第一个放大器511,1的电源端流入，并且从最后一个放大器511,n的接地端流出，节省为1/n的偏置电流，降低系统整体功耗；n个放大器511,1-511,n共同分担系统电源电压，可以充分利用系统的电源电压裕度，简化系统中的电源管理模块，降低电路复杂程度，降低系统成本；电流复用低噪声放大器采用多级级联结构，第一个放大器511,1为第n级放大器，最后一个放大器511,n为第一级放大器，射频信号从电流复用低噪声放大器510的信号输入端rfin输入，依次经过多个放大器511,n-511,1进行放大，并且从电流复用低噪声放大器510的信号输出端rfout输出，可以获得足够高的增益。

根据本申请的一些实施例，公开了一种差分结构的电流复用低噪声放大器。图6是该电流复用低噪声放大器的原理图。

具体地，如图6所示，电流复用低噪声放大器600包括第一放大器601、第二放大器602和虚拟接地单元603；第一放大器601的电源端与系统电源相连，第一放大器601的接地端与第二放大器602的电源端相连，第二放大器602的接地端接地；虚拟接地单元603的一端分别与第一放大器601的接地端和第二放大器602的电源端相连，虚拟接地单元603的另一端接地；第一放大器601和第二放大器602复用偏置电流id2；第一放大器601的信号输入端与电流复用低噪声放大器600的第一信号输入端rfin+相连，第一放大器601的信号输出端与电流复用低噪声放大器600的第一信号输出端rfout+相连；第二放大器602的信号输入端与电流复用低噪声放大器600的第二信号输入端rfin-相连，第二放大器602的信号输出端与电流复用低噪声放大器600的第二信号输出端rfout-相连。

第一放大器601和第二放大器602复用偏置电流id2，偏置电流id2从第一放大器601的电源端流入，并且从第二放大器602的接地端流出，节省一半的偏置电流，降低系统整体功耗；第一放大器601和第二放大器602共同分担系统电源电压，可以充分利用系统的电源电压裕度，简化系统中的电源管理模块，降低电路复杂程度，降低系统成本；电流复用低噪声放大器600采用差分结构，第一放大器601为第一单端放大器，第二放大器602为第二单端放大器，第一射频信号从电流复用低噪声放大器600的第一信号输入端rfin+输入，经由第一放大器601进行放大，并且从电流复用低噪声放大器600的第一信号输出端rfout+输出，第二射频信号从电流复用低噪声放大器600的第二信号输入端rfin-输入，经由第二放大器602进行放大，并且从电流复用低噪声放大器600的第二信号输出端rfout-输出，可以降低电源、控制信号等外界共模干扰信号对噪声系数指标的影响。

根据本申请的一些实施例，公开了一种平衡式结构的电流复用低噪声放大器。图7是该电流复用低噪声放大器的原理图。

具体地，如图7所示，电流复用低噪声放大器700包括第一放大器701、第二放大器702和虚拟接地单元703；第一放大器701的电源端与系统电源相连，第一放大器701的接地端与第二放大器702的电源端相连，第二放大器702的接地端接地；虚拟接地单元703的一端分别与第一放大器701的接地端和第二放大器702的电源端相连，虚拟接地单元703的另一端接地；第一放大器701和第二放大器702复用偏置电流id3；第一放大器701和第二放大器702的信号输入端分别与电流复用低噪声放大器700的信号输入端rfin相连，第一放大器701和第二放大器702的信号输入端还分别与第一负载704的一端相连，第一负载704的另一端接地；第一放大器701和第二放大器702的信号输出端分别与电流复用低噪声放大器700的信号输出端rfout相连，第一放大器701和第二放大器702的信号输出端还分别与第二负载705的一端相连，第二负载705的另一端接地。

第一放大器701和第二放大器702复用偏置电流id3，偏置电流id3从第一放大器701的电源端流入，并且从第二放大器702的接地端流出，节省一半的偏置电流，降低系统整体功耗；第一放大器701和第二放大器702共同分担系统电源电压，可以充分利用系统的电源电压裕度，简化系统中的电源管理模块，降低电路复杂程度，降低系统成本；电流复用低噪声放大器700采用平衡式结构，射频信号从电流复用低噪声放大器700的信号输入端rfin输入，分别经由第一放大器701和第二放大器702进行放大，并且从电流复用低噪声放大器700的信号输出端rfout输出，可以进一步提升放大器的线性度。

根据本申请的一些实施例，公开了一种电流复用低噪声放大器中的放大器。图8是该放大器的原理图。

具体地，如图8所示，放大器800包括输入匹配电路801、多个偏置电路802.1-802.n、反馈电路803、负载电路804、晶体管堆叠单元805和输出匹配电路806；晶体管堆叠单元805包括多个串联连接的晶体管n.1-n.n，第一个晶体管n.1的第一电极与反馈电路803的一端相连，第一个晶体管n.1的第二电极与第一个偏置电路802.1相连，第一个晶体管n.1的第三电极与第二个晶体管n.2的第一电极相连，第二个晶体管n.2的第二电极与第二个偏置电路802.2相连，第二个晶体管n.2的第三电极与第三个晶体管n.3的第一电极相连，以此类推，最后一个晶体管n.n的第二电极与最后一个偏置电路802.n相连，最后一个晶体管n.n的第三电极与负载电路804的一端相连；第一个晶体管n.1的第二电极还与输入匹配电路801的一端相连，最后一个晶体管n.n的第三电极还与输出匹配电路806的一端相连；反馈电路803的另一端与放大器800的接地端相连，负载电路804的另一端与放大器800的电源端相连，输入匹配电路801的另一端与放大器800的信号输入端rfin相连，输出匹配电路806的另一端与放大器800的信号输出端rfout相连；放大器800可以是图5a中的第一放大器501和/或第二放大器502、图5b中的一个或多个放大器511,1-511,n、图6中的第一放大器601和/或第二放大器602以及图7中的第一放大器701和/或第二放大器702。

在一些实施例中，晶体管n.1-n.n可以由场效应晶体管(fet)来实现，具体包括结型场效应晶体管结型场效应晶体管(junctionfield-effecttransistor,jfet)、高电子迁移率晶体管(highelectronmobilitytransistor,hemt)、金属半导体场效应晶体管(metalsemiconductorfet,mesfet)和金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,mosfet)等。

在一些实施例中，采用n型场效应晶体管(nmetal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,nmosfet)或p型场效应晶体管(pmetal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,pmosfet)来实现上述晶体管n.1-n.n。

具体地，如图8所示，晶体管n.1-n.n可以为nmos管，并且晶体管n.1-n.n的第一电极可以为源极，晶体管n.1-n.n的第二电极可以为栅极，晶体管n.1-n.n的第三电极可以为漏极。此外，可以理解，晶体管n.1-n.n也可以由其他晶体管来实现，在此不做限制。

根据本申请的一些实施例，公开了一种电流复用低噪声放大器中的虚拟接地单元。图9是该虚拟接地单元的原理图。

具体地，如图9所示，虚拟接地单元900包括多个并联连接的电容c.1-c.n，多个电容c.1-c.n的一端与虚拟接地单元900的一端(即，虚拟接地端)相连，多个电容c.1-c.n的另一端与虚拟接地单元900的另一端(即，接地端)相连；多个电容c.1-c.n的电容值不同；虚拟接地单元900可以是图5a中的虚拟接地单元503、图5b中的一个或多个虚拟接地单元512,1-512,m、图6中的虚拟接地单元603以及图7中的虚拟接地单元703。

本发明通过一系列并联连接且电容值大小不一的电容，可以在宽频段范围内提供射频低阻，使虚拟接地端更加理想。

在一些实施例中，采用soicmos工艺来单片集成上面描述的各个电流复用低噪声放大器。

上面结合附图对本发明的实施例做了详细说明，但本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨和精神的前提下做出的各种变化，均应归属于本发明专利的涵盖范围。

在附图中，可以以特定布置和/或顺序示出一些结构或方法特征。然而，应该理解，可能不需要这样的特定布置和/或排序。而是，在一些实施例中，这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式和/或顺序来布置。另外，在特定图中包括结构或方法特征并不意味着暗示在所有实施例中都需要这样的特征，并且在一些实施例中，可以不包括这些特征或者可以与其他特征组合。

需要说明的是，在本发明的示例和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本申请的某些优选实施例，已经对本申请进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。