的漏极与其栅极以及PMOS晶体管M8的 漏极相连。本实施例中，第一电流镜和第二电流镜均为1:1电流镜。
[0025] 接下来对本发明的工作原理加以说明。
[0026] 如前所述，晶体管M13、M14的栅极通过直流电压V2提供直流偏置；晶体管Mll、 M12的栅极通过直流电压Vl提供直流偏置；晶体管M5、MlO的栅极通过固定不变的直流电 压VO提供直流偏置。直流电压V0、V1、V2可由整个低噪声放大器的输出电压通过传统的共 模反馈方式进行控制。晶体管13、14、18、19的栅极通过的直流电压￥〇廿1提供偏置，￥(：廿1 由系统控制，是一个可变化的电压，用于控制放大器的增益。由于输入晶体管M1、M2作为放 大管，其放大倍数由这两个晶体管的跨导除以电流决定，为了使本低噪声放大器具有最大 的增益，输入晶体管M1、M2工作在PMOS晶体管的弱反型区域。第二放大电路中的晶体管M6 和M7可作为输入晶体管M1、M2的匹配备份晶体管，同样工作在PMOS晶体管的弱反型区域。 由于输入管Ml、M2和M6、M7工作在PMOS晶体管的弱反型区域，因此，本低噪声放大器的增 益调节通过PMOS管M3、M4、M5、M8、M9、MlO来进行。具体来说，图中Il是PMOS管Ml的漏 电流，12是PMOS管M2的漏电流，13是PMOS管M7的漏电流，14是PMOS管M6的漏电流。 较佳地，晶体管M3、M4、M8、M9的尺寸相同，那么晶体管M5、MlO的尺寸也应相同且每个的宽 长比需要设计为是PMOS管M3 (或PMOS管M4、M8、M9)宽长比的两倍。由于VO是固定的偏 置电压，通过调节控制电压Vctrl与VO的大小关系，可以控制II、12、13、14电流的相对大 小。而通过如图所示的电路设计，晶体管M16的电流受Il和13的共同作用，晶体管M18的 电流受14和12的共同作用，由于晶体管M15的电流是通过晶体管M16电流镜像得到，而晶 体管M17的电流是通过晶体管M18的电流镜像得到，因此II、12、13、14电流的相对大小直 接影响了晶体管M15与M17的电流大小，也即影响了最终的输出电压Vop与Von。因此，通 过调节控制电压Vctrl，就能够调节低噪声放大器的增益。
[0027] 图2所示为可变增益低噪声放大器的增益与控制电压关系的曲线图。由于Vctrl 可以同时控制II、12、13、14电流的大小，因此能够对增益控制产生更加明显的影响，即控 制电压Vctrl对增益的控制更加灵敏，如图2所示，通过改变Vctrl的电压值以控制11、12、 13、14电流的相对大小，从而改变了晶体管M15与M17的电流大小，影响了最终的输出电压 Vop与Von，也即改变了可变增益低噪声放大器的增益。通过减小Vctrl值（约等于0. 2V 时），本发明提出的可变增益低噪声放大器最大增益可以接近40dB。
[0028] 通过小信号等效电路推导，本发明提出的可变增益低噪声放大器的噪声系数可以 表达为：
[0029] 其中，Cox是晶体管的栅氧厚度，kp是PMOS管电流系数，kn是NMOS管电流系数。
[0030] 图3所示为可变增益低噪声放大器的噪声系数与控制电压关系的曲线图。如图3 所示，当Vctrl较小时，该可变增益低噪声放大器的噪声系数也较小，这得益于此时较高的 增益；当Vctrl较大时，该可变增益低噪声放大器的噪声系数也较大，这是由于此时较低的 增益。
[0031] 综上所述，通过本发明的低噪声放大器的设计，可以使其具备增益可调的能力。当 系统通过控制电压进行控制时，可以有效控制低噪声放大器的增益，从而可以根据系统的 配置要求对低噪声放大器进行按需增益配置。
[0032] 虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例 而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作 若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
【主权项】
1. 一种可变增益的低噪声放大器，其特征在于，所述低噪声放大器包括一对差分输入 端、呈对称结构的第一放大电路和第二放大电路、以及一对差分输出端，其中， 所述第一放大电路包括： 构成一对差分共源管的第一PMOS晶体管和第二PMOS晶体管，所述第一PMOS晶体管和 第二PMOS晶体管的栅极分别接收一对差分输入信号、源极共同连接至第一尾电流源； 第三PMOS晶体管，其栅极接收可调的控制电压、其源极连接所述第一PMOS晶体管的漏 极、其漏极连接所述差分输出端的正向输出端； 第四PMOS晶体管，其栅极接收所述控制电压、其源极连接所述第二PMOS晶体管的漏 极； 第五PMOS晶体管，其栅极接收固定的第一电压、其源极连接所述第二PMOS晶体管的漏 极； 所述第二放大电路包括： 构成一对差分共源管的第六PMOS晶体管和第七PMOS晶体管，所述六PMOS第晶体管和 第七PMOS晶体管的栅极分别接收一对电压值固定的差分电压信号、源极共同连接至第二 尾电流源； 第八PMOS晶体管，其栅极接收所述控制电压、其源极连接所述第六PMOS晶体管的漏 极、其漏极连接所述差分输出端的负向输出端； 第九PMOS晶体管，其栅极接收所述控制电压、其源极连接所述第七PMOS晶体管的漏 极； 第十PMOS晶体管，其栅极接收所述第一电压、其源极连接所述第七PMOS晶体管的漏 极； 其中所述第九PMOS晶体管和第十PMOS晶体管的漏极共同连接至所述第三PMOS晶体 管的漏极；所述第四PMOS晶体管和第五PMOS晶体管的漏极共同连接至所述第八PMOS晶体 管的漏极。2. 根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于， 所述第一尾电流源包括第十一PMOS晶体管，其源极接电源、漏极连接所述第一PMOS晶 体管的源极、栅极连接第二电压； 所述第二尾电流源包括第十二PMOS晶体管，其源极接电源、漏极连接所述第六PMOS晶 体管的源极、栅极连接所述第二电压。3. 根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，还包括： 第一电流源； 第一电流镜，其输入端与所述第三PMOS晶体管的漏极相连、输出端与所述第一电流源 的输出端相连并作为所述正向输出端； 第二电流源； 第二电流镜，其输入端与所述第八PMOS晶体管的漏极相连、输出端与所述第二电流源 的输出端相连并作为所述负向输出端。4. 根据权利要求3所述的低噪声放大器，其特征在于， 所述第一电流源包括第十三PMOS晶体管，其源极接电源、漏极与所述第一电流镜的输 出端相连、栅极连接第三电压； 所述第二电流源包括第十四PMOS晶体管，其源极接电源、漏极与所述第二电流镜的输 出端相连、栅极连接所述第三电压。5. 根据权利要求4所述的低噪声放大器，其特征在于， 所述第一电流镜包括第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管，所述第一NMOS晶体管和第 二NMOS晶体管的源极均接地，栅极相连；所述第一NMOS晶体管的漏极与所述第十三PMOS 晶体管的漏极相连，所述第二NMOS晶体管的漏极与其栅极以及所述第三PMOS晶体管的漏 极相连； 所述第二电流镜包括第三NMOS晶体管和第四NMOS晶体管，所述第三NMOS晶体管和第 四NMOS晶体管的源极均接地，栅极相连；所述第三NMOS晶体管的漏极与所述第十四PMOS 晶体管的漏极相连，所述第四NMOS晶体管的漏极与其栅极以及所述第八PMOS晶体管的漏 极相连。6. 根据权利要求3所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第一电流镜和第二电流镜 均为1:1电流镜。7. 根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第一PMOS晶体管、第二 PMOS晶体管、第六PMOS晶体管和第七PMOS晶体管工作在弱反型区。8. 根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第三PMOS晶体管、第四 PMOS晶体管、第八PMOS晶体管和第九PMOS晶体管的尺寸相同，所述第五PMOS晶体管和第 十PMOS晶体管的尺寸相同，所述第五PMOS晶体管的宽长比是所述第四PMOS晶体管的宽长 比的两倍。
【专利摘要】本发明公开了一种增益可变的低噪声放大器，包括一对差分输入端、呈对称结构的第一放大电路和第二放大电路、以及一对差分输出端。第一放大电路包括构成一对差分共源管的第一和第二PMOS管、与差分共源管相连的构成一对共栅管的第三和第四PMOS管，以及第五PMOS管，该对共栅管的栅极接收可调的控制电压，第三PMOS管的漏极连接正向输出端。第二放大电路包括构成一对差分共源管的第六和第七PMOS管、与该差分共源管相连的构成的一对共栅管的第八和第九PMOS管，以及第十PMOS管，该对共栅管的栅极接收所述控制电压、第八PMOS管的漏极连接负向输出端。其中第九和第十PMOS管的漏极共同连接至第三PMOS管的漏极；第四和第五PMOS管的漏极共同连接至第八PMOS管的漏极。
【IPC分类】H03F3/45, H03G3/30
【公开号】CN105207636
【申请号】CN201510724999
【发明人】李琛
【申请人】上海集成电路研发中心有限公司, 成都微光集电科技有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年10月30日