一种电流复用结构的自偏置宽带低噪声放大器

本发明涉及射频微电子，具体涉及一种电流复用结构的自偏置宽带低噪声放大器。

背景技术：

1、如今，现代无线系统和标准正以前所未有的速度发展，全球无线通信技术呈爆发性增长趋势。为满足快速增长的通信需求，整合更多的系统和功能，以节约成本并提高可靠性，更高速率更大带宽的收发机已成为一种必然的解决方案。

2、在这一背景下，低噪声放大器作为射频接收链路的核心模块，其设计理念正在从传统的窄带单频段向宽频带结构演进，这意味着对低噪声放大器的带宽提出了较高的要求；同时，宽带放大器存在带宽-增益-功耗之间的制约关系，其消耗的电流通常较大，设计往往需要在保证带宽与增益的同时尽量降低功耗。

3、因此，亟需构建一种宽带低噪声放大器，实现平坦的增益曲线，消耗相对较低的功耗。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种电流复用结构的自偏置宽带低噪声放大器。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种电流复用结构的自偏置宽带低噪声放大器，包括第一级信号放大单元、第二级信号放大单元；

4、所述第一级信号放大单元的输入端构成自偏置宽带低噪声放大器的输入端，所述第二级信号放大单元的输入端与第一级信号放大单元的输出端连接；所述第二级信号放大单元的输出端构成自偏置宽带低噪声放大器的输出端；

5、所述第一级放大单元用于接收射频信号，并对射频信号依次施加宽带阻抗匹配和一级放大，形成一级放大信号；所述第二级放大单元用于对一级放大信号依次施加二级放大和阻抗匹配，进而输出射频放大信号。

6、进一步地，所述第一级信号放大单元包括输入匹配单元和第一信号放大单元；

7、所述输入匹配单元的输入端作为第一级信号放大单元的输入端，所述第一信号放大单元的输入端与输入匹配单元的输出端连接；所述第一信号放大单元的输出端作为第一级信号放大单元的输出端；由输入匹配单元接收射频信号，并对射频信号进行宽带阻抗匹配，形成输入匹配信号；由第一信号放大单元对输入匹配信号进行一级放大，形成一级放大信号。

8、进一步地，所述输入匹配单元包括耦合电容cin、第一电容c1、第一电感l1、第二电感l2、隔直电容cblock；

9、所述耦合电容cin的一端作为输入匹配单元的输入端；所述耦合电容cin的另一端分别与第一电容c1的一端、第一电感l1的一端、第二电感l2的一端连接；所述第一电容c1的另一端接地；所述第一电感l1的另一端与隔直电容cblock的一端连接；所述隔直电容cblock的另一端接地；所述第二电感l2的另一端作为输入匹配单元的输出端。

10、进一步地，所述第一信号放大单元包括第一nmos晶体管mn1、第一pmos晶体管mp1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电感l3、第一源极退化电感ls1；

11、所述第一nmos晶体管mn1的栅极、第一pmos晶体管mp1的栅极、第一电阻r1的一端共同构成第一级信号放大单元的输入端；所述第一电阻r1的另一端与第三电感l3的一端连接；所述第三电感l3的另一端与第二电阻r2的一端连接；所述第一pmos晶体管mp1的源极与电源连接；所述第一nmos晶体管mn1的源极与第一源极退化电感ls1的一端连接；所述第一源极退化电感ls1的另一端接地；所述第二电阻r2的另一端、第一nmos晶体管mn1的漏极、第一pmos晶体管mp1的漏极共同构成第一级信号放大单元的输出端。

12、进一步地，所述第二级信号放大单元包括第二信号放大单元和输出匹配单元；

13、所述第二信号放大单元的输入端作为第二级信号放大单元的输入端，所述输出匹配单元的输入端与第二信号放大单元的输出端连接；所述输出匹配单元的输出端作为第一级信号放大单元的输出端；由第二信号放大单元对所接收的一级放大信号进行放大，形成二级放大信号；由输出匹配单元对二级放大信号进行阻抗匹配，并输出射频放大信号。

14、进一步地，所述第二放大单元包括第二nmos晶体管mn2、第二pmos晶体管mp2、第三电阻r3、第四电阻r4、第四电感l4、第五电感l5、第二源极退化电感ls2；

15、所述第四电感l4的一端作为第二信号放大单元的输入端；所述第四电感l4的另一端分别与第二nmos晶体管mn2的栅极、第二个pmos晶体管mp2的栅极、第三电阻r3的一端连接；所述第三电阻r3的另一端与第五电感l5的一端连接；所述第五电感l5的另一端与第四电阻r4的一端连接；所述第二pmos晶体管mp2的源极与电源相连；所述第二nmos晶体管mn2的源极与第二源极退化电感ls2的一端连接；所述第二源极退化电感ls2的另一端接地；所述第二nmos晶体管mn2的漏极、第二个pmos晶体管mp2的漏极、第四电阻r4的另一端共同构成第二放大单元的输出端。

16、进一步地，所述输出匹配单元包括第六电感l6、第二电容c2、输出耦合电容cout；

17、所述第六电感l6的一端作为输出匹配单元的输入端；所述第六电感l6的另一端分别与第二电容c2的一端、输出耦合电容cout的一端连接；所述第二电容c2的另一端接地；所述输出耦合电容cout的另一端作为输出匹配单元的输出端。

18、采用上述技术方案带来的有益效果：

19、（1）本发明通过电流复用结构，将nmos管和pmos管串联堆叠，使二者共用同一路直流电流同时参与信号放大，从而在获得相同增益的条件下总功耗大幅降低；

20、（2）本发明采用自偏置结构，将晶体管的栅极与漏极通过电阻和电感直接连接，使栅极和漏极直流电位相同，自动建立放大所需的工作点，无需额外设计偏置电路，从而节省了芯片面积、降低了设计复杂度和成本；

21、（3）本发明通过输入匹配网络、电阻并联负反馈、级间匹配电感以及输出l型匹配网络的综合设计，有效分离了晶体管寄生电容，扩展了放大器的工作频率范围，使放大器在较宽的频带内保持平坦的增益曲线和良好的阻抗匹配。

1.一种电流复用结构的自偏置宽带低噪声放大器，其特征在于，包括第一级信号放大单元、第二级信号放大单元；

2.根据权利要求1所述电流复用结构的自偏置宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第一级信号放大单元包括输入匹配单元和第一信号放大单元；

3.根据权利要求2所述电流复用结构的自偏置宽带低噪声放大器，其特征在于，所述输入匹配单元包括耦合电容cin、第一电容c1、第一电感l1、第二电感l2、隔直电容cblock；

4.根据权利要求2所述电流复用结构的自偏置宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第一信号放大单元包括第一nmos晶体管mn1、第一pmos晶体管mp1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电感l3、第一源极退化电感ls1；

5.根据权利要求1所述电流复用结构的自偏置宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第二级信号放大单元包括第二信号放大单元和输出匹配单元；

6.根据权利要求5所述电流复用结构的自偏置宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第二放大单元包括第二nmos晶体管mn2、第二pmos晶体管mp2、第三电阻r3、第四电阻r4、第四电感l4、第五电感l5、第二源极退化电感ls2；

7.根据权利要求5所述电流复用结构的自偏置宽带低噪声放大器，其特征在于，所述输出匹配单元包括第六电感l6、第二电容c2、输出耦合电容cout；