申请/专利权人：中国电子科技集团公司第五十四研究所

申请日：2019-06-27

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN110113013B

主分类号：H03F1/26

分类号：H03F1/26;H03F1/48;H03F1/56;H03F3/193

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.09.03#实质审查的生效;2019.08.09#公开

摘要：本发明涉及一种用于低噪声放大器的高倍频程超宽带输入匹配电路，属于射频集成电路技术领域。该输入匹配电路包括电流复用放大单元、第一电感、第二电感和电阻，其中电流复用放大单元包含栅极和漏极相连的NMOS晶体管和PMOS晶体管，匹配电路的输入端通过第一电感连接到NMOS（PMOS）晶体管的栅极，NMOS（PMOS）晶体管的漏极作为匹配电路的输出端，NMOS晶体管的源极通过第二电感连接到地，电流复用放大单元中PMOS晶体管的源极连接到电源，反馈电阻跨接在匹配电路的输入和输出端之间。本发明可应用于高倍频程超宽带低噪声放大器芯片设计中实现高倍频程超宽带输入匹配。

主权项：1.一种用于低噪声放大器的高倍频程超宽带输入匹配电路，其特征在于，包括电流复用放大单元、第一电感器、第二电感器、电阻器、电源端、接地端、输入端和输出端；所述电流复用放大单元包括一个NMOS晶体管和一个PMOS晶体管，其中，NMOS晶体管的栅极与PMOS晶体管的栅极相连，NMOS晶体管的漏极与PMOS晶体管的漏极相连并共同连接到所述输出端，PMOS晶体管的源极与所述电源端连接；NMOS晶体管和或PMOS晶体管的栅极连接到第一电感器的一端，第一电感器的另一端与所述输入端连接，NMOS晶体管的源极连接到第二电感器的一端，第二电感器的另一端与所述接地端连接，所述电阻器跨接在所述输入端和所述输出端之间。

全文数据：一种用于低噪声放大器的高倍频程超宽带输入匹配电路技术领域本发明属于射频集成电路中的低噪声放大器LowNoiseAmplifier,简称LNA技术领域，特别是指一种用于低噪声放大器的高倍频程超宽带输入匹配电路。背景技术现代无线通信技术不断进步所催生的一系列科技成果已经广泛地渗透到了社会经济、军事、文化等领域中。目前，Ka波段以下的频谱范围覆盖了2G3G移动通信、4G-LTE移动通信、第5代移动通信、导航、卫星通信、IEEE802.11abg、高数据速率High-DataRate,HDR超宽带等民用无线通信、无线互联网接入频段，此外，还包含了通信对抗、雷达侦查等军用通信频段。随着民用移动通信业务的不断升级，2G3G4G-LET在硬件上已经实现了集成，除此之外，其他应用之间仍然是相互独立的存在。但是，随着无线通信技术的进一步发展，多边带多标准的概念已经引起了人们相当多的关注，特别是在软件无线电设计对可复用硬件平台强烈需求的推动下，无线通信电子系统多功能一体化的概念逐渐深入人心。为了让单一器件支持多种通信标准和各种不同的应用，工作频带扩展成为收发机设计的必由之路。因为采用单通道设计的高倍频程超宽带接收机前端在制造成本、芯片尺寸和功耗方面都全面优于多通道并行的设计方案。由于作为无线接收机前端的第一级有源电路，LNA在无线接收系统中扮演着非常重要的角色：通过它输入信号能够得到充分放大并且在输出端实现所需的信噪比。而对面向多模多标准应用的LNA来说，高倍频程超宽带输入匹配是其中最关键的设计技术之一，因为高倍频程超宽带输入匹配电路不仅决定了LNA的端口驻波性能还对噪声系数有很大影响。设计过程中通常用S11来衡量LNA的输入匹配，噪声系数一般用NFNoiseFigure来表示。在超宽带LNA设计领域，国内外工程技术人员提出了一些有效的技术方案。JonathanBorremans,PietWambacq,CharlotteSoens等人在IEEEJSSC2008，第2422-2433页的“Low-AreaActive-FeedbackLow-NoiseAmpliferDesigninScaledDigitalCMOS”中提出了一种有源反馈式LNA。由于所提出的LNA仅采用了一个Cascode单元，配合有源反馈技术，在较低的功耗下表现出了0～6.5GHz的宽带输入匹配性能。但是有源反馈电路限制了该LNA的高频匹配和噪声，难以实现到毫米波频段的高倍频程LNA设计。Yo-ShengLin,Chang-ZhiChen,Hong-YuYang等人在IEEETMTT2010，第287-296页的“AnalysisandDesignofaCMOSUWBLNAWithDual-RLC-BranchWidebandInputMatchingNetwork”中提出一种用于LNA设计的双RLC支路输入匹配网络，该LNA的输入匹配带宽可以达到2.6～11.9GHz，但这种设计方案不能实现1GHz的输入匹配且会恶化高频噪声系数。Hsien-KuChen,Yo-shengLin,Shey-ShiLu在IEEETMTT2010，第2092-2104页的“AnalysisandDesignofa1.6-28GHzCompactWidebandLNAin90-nmCMOSUsingaπ-MatchInputNetwork”中提出一种用于LNA设计的π-型输入匹配网络，该LNA的输入匹配带宽可以达到1.6～28GHz，但这种设计方案需要借助于一个与输入端并联的电容来实现，该电容的引入会恶化LNA的噪声系数。Yo-shengLin,Chien-ChinWang,Guan-LinLee等人在IEEEMWCL2014，第200-202页的“High-PerformanceWidebandLow-NoiseAmpliferUsingEnhancedπ-MatchInputNetwork”中提出一种用于LNA设计的改进π-型输入匹配网络，该LNA的输入匹配带宽可以达到0～12GHz，克服了低频不匹配的问题，输入级电感的寄生电阻仍会恶化LNA的噪声系数。杨格亮、许仕龙、杜克明等人在发明专利“一种自偏置的超宽带低功耗低噪声放大器”ZL201510220400.8中提出了基于有源器件做负载和电阻负反馈的输入匹配电路，输入级电感用键合线代替既能够实现超宽带匹配又避免了噪声系数的恶化，但键合线电感的感值不易控制，不同电路的输入匹配性能可能会产生较大差异。发明内容有鉴于此，本发明提出一种用于低噪声放大器的高倍频程超宽带输入匹配电路，其能够解决LNA单片的高倍频程超宽带匹配问题，同时又不对噪声系数有较大影响。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于低噪声放大器的高倍频程超宽带输入匹配电路，包括电流复用放大单元、第一电感器、第二电感器、电阻器、电源端、接地端、输入端和输出端；所述电流复用放大单元包括一个NMOS晶体管和一个PMOS晶体管，其中，NMOS晶体管的栅极与PMOS晶体管的栅极相连，NMOS晶体管的漏极与PMOS晶体管的漏极相连并共同连接到所述输出端，PMOS晶体管的源极与所述电源端连接；NMOS晶体管和或PMOS晶体管的栅极连接到第一电感器的一端，第一电感器的另一端与所述输入端连接，NMOS晶体管的源极连接到第二电感器的一端，第二电感器的另一端与所述接地端连接，所述电阻器跨接在所述输入端和所述输出端之间。本发明与现有技术相比较，具有如下有益效果：1本发明用于LNA设计时能够实现DC至毫米波频段的高倍频程超宽带输入匹配。2本发明所提出的结构将匹配网络中的反馈点前置，弱化了栅极串联电感中寄生电阻对LNA噪声系数的影响。附图说明图1是本发明实施例中一种用于低噪声放大器的高倍频程超宽带输入匹配电路的原理图。图2a和图2b分别是图1的小信号等效电路及其分解电路。图3是本发明实施例中一种用于低噪声放大器的高倍频程超宽带输入匹配电路的输入匹配参数S11的仿真曲线。图4是本发明实施例中一种用于低噪声放大器的高倍频程超宽带输入匹配电路用于LNA设计时的NF仿真曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。一种用于低噪声放大器的高倍频程超宽带输入匹配电路，包括电流复用放大单元、第一电感器、第二电感器和反馈电阻。其中，电流复用放大单元由堆叠连接的NMOS晶体管和PMOS晶体管组成，具体连接关系为：NMOS晶体管的栅极与PMOS晶体管的栅极相连，NMOS晶体管的漏极与PMOS晶体管的漏极相连后连接到输入匹配电路的输出端，栅极第一电感器的一端作为输入匹配电路的输入端，第一电感器的另一端连接到上述NMOSPMOS晶体管的栅极。NMOS晶体管的源极与第二电感器的一端相连，第二电感器的另一端接地，PMOS晶体管的源极连接到电源。反馈电阻的一端与匹配电路的输入端相连，另一端与匹配电路的输出端相连。具体来说，如图1所示，一种用于低噪声放大器的高倍频程超宽带输入匹配电路，包括：一个NMOS晶体管M1、一个PMOS晶体管M2、一个电阻Rf和两个电感L1、L2，M1和M2的管脚含义如图中的管脚示意图所示。其中，NMOS晶体管M1和PMOS晶体管M2的栅极连接在一起，NMOS晶体管M1和PMOS晶体管M2的漏极也连接在一起并作为输入匹配电路的输出端。匹配电路的输入端与电感L1的一端相连，电感L1的另一端连接到NMOS晶体管M1和PMOS晶体管M2的栅极。NMOS晶体管M1的源极连接到电感L2的一端，电感L2的另一端接地。PMOS晶体管M2的源极连接到电源VDC。电阻Rf跨接在输入与输出端之间。在进行匹配电路设计时需要考虑到电感L1的非理想特性，其包含了寄生电阻R1。此外，后级电路的输入寄生CL也会对LNA的输入匹配产生一定影响，也需要在匹配电路设计时进行考虑。图2a是图1的小信号等效电路，其中包含了上述的R1和CL，图2b是对图2a的进一步分解，电阻Rf分解为电阻Rf1和电阻Rf2。将ω定义为信号角频率，则图2a和b中的ωT1≈gm1Cgs1是晶体管M1的特征角频率，gm1是晶体管M1的跨导，Cgs1是晶体管M1的栅源寄生电容，此外，Cgd1是晶体管M1的栅漏寄生电容，Cgs2、Cgd2等同理。图2ab中的RT为晶体管M1的特征电阻。当输入匹配电路的工作频率比较低时，输入阻抗Zin满足如下公式式1中Gv为B点对A点的电压增益。当输入匹配电路工作在某高频频率时，源简并电感L2与电容Cgs1谐振，则输入阻抗Zin的表达式为Zin＝Rf1Z′in2式2中“”是并联符号，其中式3中j为虚数单位，C为Cgs2、Cgd与CL在一起的等效电容，如式4所示，由于CL的高频阻抗与Rf2相比很小，所以Rf2在式3中被忽略。由式3可以看出当即时式5中“”是并联符号，电感L1的寄生电阻R1与Rf1呈现出并联的关系，表明本发明提出的匹配电路不但可以实现输入的超宽带匹配还能弱化高频处电感寄生电阻对噪声系数的影响，优化低噪声放大器的噪声性能。图3是应用了本发明所提出的高倍频程超宽带匹配电路的LNA的输入匹配参数S11仿真曲线。从仿真结果可以看出该LNA的S11在DC～30GHz之内小于-13dB，最小值达到-19.6dB，呈现出良好的匹配性能。图4是应用了本发明所提出的高倍频程超宽带匹配电路的LNA的NF仿真曲线。从仿真结果可以看出该LNA的NF在DC～30GHz之内小于4.8dB，最小值小于2.5dB，呈现出良好的噪声性能。上述的仿真结果证实了本发明所提供的一种用于低噪声放大器的高倍频程超宽带输入匹配电路是有效的。虽然本发明已经参考其某些优选实施例进行了示出和描述，但是，本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。

权利要求：1.一种用于低噪声放大器的高倍频程超宽带输入匹配电路，其特征在于，包括电流复用放大单元、第一电感器、第二电感器、电阻器、电源端、接地端、输入端和输出端；所述电流复用放大单元包括一个NMOS晶体管和一个PMOS晶体管，其中，NMOS晶体管的栅极与PMOS晶体管的栅极相连，NMOS晶体管的漏极与PMOS晶体管的漏极相连并共同连接到所述输出端，PMOS晶体管的源极与所述电源端连接；NMOS晶体管和或PMOS晶体管的栅极连接到第一电感器的一端，第一电感器的另一端与所述输入端连接，NMOS晶体管的源极连接到第二电感器的一端，第二电感器的另一端与所述接地端连接，所述电阻器跨接在所述输入端和所述输出端之间。

百度查询： 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种用于低噪声放大器的高倍频程超宽带输入匹配电路

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD