经过第二输入匹配网络，被第二共栅级晶体管1转化为电流信号，然后经过电阻Ru转 化为电压输出信号，由NM0S晶体管Mn2、PM0S晶体管Mp2以及反馈电容Cf2构成的第二 有源反馈级，通过检测第二输出端口 的电压信号，将其反馈传递到晶体管^的源极。
[0059] 以左侧部分电路为例，说明本发明一种线性化宽带低噪声放大器的高线性原理 为：左侧互补式Μη1、Μρ1源极跟随器，以及右侧互补式Μη2、Μρ2源极跟随器自身具有低的二阶、 三阶扭曲分量。左侧互补式Μη1、Μρ1和反馈电容(^的存在增强了电路的环路增益，同理右侧 互补式Μη2、Μρ2和反馈电容Cf2的存在也增强了电路的环路增益，使得电路线性度提高。通 过交叉耦合电容CCl、Cc2的反馈，本发明放大器的二阶非线性失真得以消除，也利于获得高 的IP3。
[0060] 本发明一种线性化宽带低噪声放大器的宽带原理可以如是理解：电路的共栅输 入方式自身具备宽带特点，以左侧电路为例，电感LsdP晶体管Μ^原极节点电容构成低频 极点，电感Q和电容Ci构成高频极点，两个极点共同形成了宽带输入匹配。第一有源反馈 级电路的反向隔离使得输入和输出不再相关，增益得以具备宽带特征；负载使用电阻，和 H.G.Han的电路结构相比较，也具备面积上的优势。
[0061] 下面以具体的参数对本发明的效果进行说明：
[0062] 本实施例提供的LNA电路采用0. 13μmRFCMOS工艺实现，采用1. 2V电源供电， 电路的偏置电流约为3. 5mA。通过模拟仿真，Cf取值200fF。图5给出了LNA增益曲线，模 拟结果表明在3dB带宽（0. 1到1. 23GHz)内得到了约15dB增益，图5也给出了输入反射系 数曲线，可以看到在设计的带宽内满足Sll〈10dB。图6则给出了噪声指数仿真结果，带内 噪声指数在2. 1~3. 6dB范围之间。图7也给出了低噪放的稳定性仿真结果，可见kf?l， 且blf>0,电路在使用双反馈网络后依然可以保持很好的稳定性。采用间隔5MHz的等幅 双音信号在带内多个频点测试低噪声跨导放大器的线性度，如图8所示，其输入三阶交调 (IIP3)结果在4. 4~5. 8dBm范围内。以上结果表明，该LNA和现有的低噪声放大器相比， 该放大器功耗和线性度均表现好的指标特性，又具备宽带工作特征，无电感设计负载虽然 牺牲了一定的线性度，但是减小了宝贵的芯片面积，使之非常适合于低成本的商用宽带接 收系统应用。
[0063] 本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发 明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领 域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的 任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
【主权项】
1. 一种线性化宽带低噪声放大器，其特征在于，包括：第一输入匹配级、第二输入匹配 级、第一共栅级、第二共栅级、第一有源反馈级、第二有源反馈级、第一负载级、第二负载级、 第一输入端、第二输入端、第一输出端以及第二输出端； 所述第一输入端与第一输入匹配级的Ai。端相连，所述第一输入匹配级的Di。端接地，所 述第一输入匹配级的队。端与第一共栅级的An端相连，所述第一共栅级的Bn端与第一输出 端相连，所述第一共栅级的Dn端与第二输入匹配级的B2。端相连；所述第一负载级的第一 端与第一输出端相连，所述第一负载级的第二端接电源VDD，所述第一有源反馈级的A12端接 电源VDD，所述第一有源反馈级的B12端与第一输出端相连，所述第一有源反馈级的E12端与 第二输入匹配级的B2。端相连，所述第一有源反馈级的D12端接地； 所述第二输入端与第二输入匹配级的^。端相连，所述第二输入匹配级的D2。端接地，所 述第二输入匹配级的B2。端与第二共栅极的A21端相连，所述第二共栅级的B21端与第二输出 端相连，所述第二共栅级的D21端与第一输入匹配级的Bi。端相连；所述第二负载级的第一 端与第二输出端相连，所述第二负载级的第二端接电源VDD，所述第二有源反馈级的A22端接 电源VDD，所述第二有源反馈级的B22端与第二输出端相连，所述二有源反馈级的E22端与第 一输入匹配级的队。端相连，所述第二有源反馈级的D22端接地。2. 根据权利要求1所述的一种线性化宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第一输入 匹配级包括：电感Q、电感LS1，电容Q，所述电感Q的第一端与电容Ci的第一端相连，共同 作为第一输入匹配级的Ai。端；所述电感L啲第二端与电感LS1的第一端相连，共同作为第 一输入匹配级的队。端；所述电容(^的第二端与电感LS1的第二端相连，共同作为第一输入 匹配级的D1(]端，所述D1(]端接地。3. 根据权利要求1所述的线性化宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第一共栅极包 括：NMOS晶体管吣以及第一耦合电容，所述NMOS晶体管Mi的漏极作为第一共栅极的Bn端， 所述NMOS晶体管吣的源极作为第一共栅极的An端，所述NMOS晶体管M栅极与第一耦 合电容的第一端相连，第一親合电容的第二端作为第一共栅极的Dn端。4. 根据权利要求1所述的线性化宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第一有源反馈 级包括：NM〇S晶体管Mnl、PMOS晶体管Mpl以及第一反馈电容，所述NMOS晶体管Mnl的漏极作 为第一有源反馈级的A12端，所述NMOS晶体管Μnl的栅极与PMOS晶体管Μpl的栅极相连，共 同作为第一有源反馈级的B12端，所述PMOS晶体管Mpl的漏极作为第一有源反馈级的D12端， 所述NMOS晶体管Mnl的源极与PMOS晶体管Μpl的源极均与第一反馈电容的第一端相连，所 述第一反馈电容的第二端作为第一有源反馈级的E12端。5. 根据权利要求1所述的线性化宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第二输入匹配 级包括：电感L2、电感LS2，电容C2，所述电感L2的第一端与电容C2的第一端相连，共同作为 第二输入匹配级的A2。端；所述电感L2的第二端与电感LS2的第一端相连，共同作为第二输 入匹配级的B2。端；所述电容C2的第二端与电感LS2的第二端相连，共同作为第二输入匹配 级的D2。端，所述D2。端接地。6. 根据权利要求1所述的线性化宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第二共栅极包 括：NMOS晶体管M2以及第二耦合电容，所述NMOS晶体管M2的漏极作为第二共栅极的B21端， 所述NMOS晶体管M2的源极作为第二共栅极的A21端，所述NMOS晶体管Μ2的栅极与第二耦 合电容的第一端相连，第二耦合电容的第二端作为第一二共栅极的D21端。7. 根据权利要求1所述的线性化宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第二有源反馈 级包括：NM〇S晶体管Mn2、PM0S晶体管Mp2以及第二反馈电容，所述NMOS晶体管Μη2的漏极 作为第二有源反馈级的Α22端，所述NMOS晶体管Μη2的栅极与PMOS晶体管Μρ2的栅极相连， 共同作为第二有源反馈级的Β22端，所述PMOS晶体管Μρ2的漏极作为第二有源反馈级的D22 端，所述NMOS晶体管此2的源极与PMOS晶体管Μρ2的源极均与第二反馈电容的第一端相 连，所述第二反馈电容的第二端作为第二有源反馈级的Ε22端。8. 根据权利要求4所述的线性化宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第一有源反馈 级还包括电容Cn以及电容C12，所述电容Cn第一端与第一输出端相连，所述电容Cη第二端 与NMOS晶体管Μη1的栅极相连，所述电容C12第一端与第一输出端相连，所述电容C12第二端 与PMOS晶体管Mpl的栅极相连。9. 根据权利要求7所述的线性化宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第二有源反馈 级还包括电容C21以及电容C22，所述电容C21第一端与第二输出端相连，所述电容C21第二端 与NMOS晶体管Mn2的栅极相连，所述电容C22第一端与第二输出端相连，所述电容C22第二端 与PMOS晶体管Mp2的栅极相连。
【专利摘要】本发明公开一种线性化宽带低噪声放大器，由两部分对称电路构成，两部分电路均包括：输入匹配级、共栅级、有源反馈级、负载级；该放大器为差分输入/输出结构，射频信号Vin+/‐输入后，经输入匹配宽带滤波，被共栅晶体管转化为电流信号，然后经过放大后在负载级转化为输出信号Vout+/‐；源极跟随器和反馈电容将输出信号Vout+/‐反馈到共栅晶体管的输入端；源极跟随器采用NMOS/PMOS互补结构来获得低的二阶、三阶扭曲分量，以减小对低噪放的非线性贡献；本发明在较宽的频带内显著提高放大器的线性度、维持小的噪声指数和功率消耗。
【IPC分类】H03F1/32, H03F3/45, H03F1/34, H03F1/42
【公开号】CN105305981
【申请号】CN201510855712
【发明人】郭本青, 陈俊, 王耀, 金海焱
【申请人】电子科技大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月30日