一种电流复用型宽带低噪声放大器的制作方法

1.本发明涉及宽带低噪声放大器。


背景技术：

2.当今，随着移动通信和无线广播，无线局域网在内的各类无线通信系统和技术飞速发展，射频集成电路已在世界范围内成为大学、研究院所和通信相关产业研究开发的热点。低噪声放大器是射频集成电路的关键模块之一，它是接收机射频前端的第一个有源模块，它的主要功能是放大射频信号，提供适当的增益来克服后续电路的噪声。它不仅应具有很低的噪声、一定的增益，而且还提供足够高的线性度。
3.传统的噪声抵消型低噪声宽带放大器，如图2所示，采用pmos管53和nmos管54作为偏置电流复用的跨导，与电阻59一起为低噪声放大器提供相应的输入匹配。镜像电流源（pmos管57，pmos管58）为pmos管53和nmos管54提供直流偏置。nmos管55，56共同构成噪声抵消级，其作用是将通过隔直电容61并经过源级跟随器56处理的热噪声与经过放大器55的部分信号热噪声反相抵消，而此时信号经过54，55，56正向放大并相加。从而，噪声抵消型放大器在一定程度上减小了噪声系数，提高了信噪比。
4.随着集成电路工艺进入了更小特征尺寸的深亚微米时代，射频集成电路面临着低电压工作的困境。如图2所示的早期长沟道工艺的低噪声放大器往往在电压通路上叠加两到三个管子和电阻作为负载，这样会造成电压余度的减小，不能使用于低电源电压的工作环境。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种电流复用型宽带低噪声放大器，能够提供很好的电压余度，并随着工艺、温度和电压变化较小。
6.实现上述目的的技术方案是：一种电流复用型宽带低噪声放大器，外接电源和地，包括：第一pmos（p型场效应管）管、电流偏置电路、前级放大器、后级噪声抵消电路和低增益控制通路，所述第一pmos管的源极连接电源，栅极连接漏极；所述电流偏置电路的一端连接所述第一pmos管的漏极，另一端连接地；所述后级噪声抵消电路连接电源、地、总输入端和总输出端，用于抵消后级噪声；所述前级放大器一方面连接电源和地，另一方面连接总输入端、所述第一pmos管的栅极和所述后级噪声抵消电路，用于实现电路输入级的宽带匹配以及形成前级增益；所述低增益控制通路连接总输入端和总输出端，用于切换高、低增益以及进行低增益分配。
7.优选的，所述低增益控制通路包括：依次串接并构成三级电容分压增益衰减网络的三个电容分压电路，所述电容分压电路包括第一电容、第二电容、第一开关和第二开关；
所述第一电容的一端连接总输入端或前一个所述电容分压电路的输出端，另一端连接所属的电容分压电路的输出端；所述第二电容的一端连接所属的电容分压电路的输出端，另一端通过第二开关接地；所述第一开关的一端连接所属的电容分压电路的输出端，另一端连接总输出端。
8.优选的，所述前级放大器包括：第二pmos管、第三pmos管、第二电容、第三开关、反馈电阻和第一nmos管（n型场效应管），其中，所述第二pmos管的源极连接电源，栅极连接所述第一pmos管的栅极，漏极作为所述前级放大器与所述后级噪声抵消电路的相接端；所述第三pmos管的源极连接电源，栅极连接所述第一pmos管的栅极，漏极连接所述前级放大器与所述后级噪声抵消电路的相接端；所述第二电容的一端连接所述第一pmos管的栅极，另一端连接总输入端；所述第三开关一端连接总输入端，另一端通过所述反馈电阻连接所述前级放大器与所述后级噪声抵消电路的相接端；所述第一nmos管的栅极连接总输入端，源极接地，漏极连接所述前级放大器与所述后级噪声抵消电路的相接端。
9.优选的，所述后级噪声抵消电路包括：第二nmos管、第三nmos管、第三电容和第四开关，所述第二nmos管的漏极接电源，栅极通过串接的第四开关和第三电容连接所述前级放大器与所述后级噪声抵消电路的相接端，源极连接总输出端；所述第三nmos管的源极接地，栅极连接总输入端，漏极连接总输出端。
10.优选的，所述电流偏置电路包括：启动电路、第四pmos管、第五pmos管、第六pmos管、第四nmos管、第五nmos管、第六nmos管、第七nmos管和电阻，所述第四pmos管、第五pmos管和第六pmos管各自的源极的相接端作为所述电流偏置电路的输入端并连接第一mos管的漏极；所述第四pmos管、第五pmos管和第六pmos管各自的栅极相接；所述第五pmos管的栅极连接漏极；所述第四nmos管源极接地，栅极和漏极均连接所述第五nmos管的栅极；所述第五nmos管的源极通过所述电阻接地，漏极连接所述第五pmos管的漏极；所述第六nmos管的源极接地，栅极连接漏极，漏极连接所述pmos管的漏极；所述第七nmos管的源极接地，栅极连接所述第六nmos管的栅极；所述启动电路的第一端连接所述电流偏置电路的输入端，第二端连接所述第四nmos管的漏极，第三端接地。
11.优选的，所述启动电路包括：第七pmos管、第八nmos管和第九nmos管，所述第七pmos管的源极作为第一端，栅极连接漏极，漏极连接所述第九nmos管的栅极；所述第九nmos管的漏极连接所述第七pmos管的源极，源极作为第二端；所述第八nmos管的源极作为第三端，栅极连接漏极，漏极连缆车所述第九nmos管的漏极。
12.本发明的有益效果是：本发明在传统噪声抵消型放大器的基础上建立了一种前级电流复用结构，在用低电压供电的环境下，能够提供很好的电压余度，另外由于没有采用无源的电感，电容和电阻作为放大级的负载，本发明的低噪声放大器随着工艺，温度和电压变化较小，便于大规模量产。
附图说明
13.图1是本发明的电流复用型宽带低噪声放大器的电路图；图2是现有技术中噪声抵消型宽带低噪声放大器的电路图；图3是本发明中低增益控制通路的电路图；图4是本发明中电流偏置电路的电路图；图5是本发明中差分结构的电流复用噪声抵消型宽带低噪声放大器的电路图。
具体实施方式
14.下面将结合附图对本发明作进一步说明。
15.请参阅图1-5，本发明的电流复用型宽带低噪声放大器，外接电源和地，包括：第一pmos管11、电流偏置电路12、前级放大器13、后级噪声抵消电路14和低增益控制通路15。
16.第一pmos管11的源极连接电源vdd，栅极连接漏极。电流偏置电路12的一端连接第一pmos管11的漏极，另一端连接地vss。电源vdd和地vss公用。后级噪声抵消电路14连接电源、地、总输入端in和总输出端out，用于抵消后级噪声。前级放大器13一方面连接电源和地，另一方面连接总输入端in、第一pmos管11的栅极和后级噪声抵消电路，用于实现电路输入级的宽带匹配以及形成前级增益。低增益控制通路15连接总输入端in和总输出端out，用于切换高、低增益以及进行低增益分配。
17.具体地，低增益控制通路15包括：依次串接并构成三级电容分压增益衰减网络的三个电容分压电路27、28、29。来实现三级增益分配。
18.电容分压电路包括第一电容16、18、20、第二电容17、19、21、第一开关22、24、63和第二开关23、25、26。
19.第一电容的一端连接总输入端in或前一个电容分压电路的输出端，另一端连接所属的电容分压电路的输出端。第二电容的一端连接所属的电容分压电路的输出端，另一端通过第二开关接地。第一开关的一端连接所属的电容分压电路的输出端，另一端连接总输出端out。
20.前级放大器13包括：第二pmos管5、第三pmos管6、第二电容52、第三开关3、反馈电阻2和第一nmos管4。
21.第二pmos管5的源极连接电源，栅极连接第一pmos管11的栅极，漏极作为前级放大器13与后级噪声抵消电路14的相接端。第三pmos管6的源极连接电源，栅极连接第一pmos管11的栅极，漏极连接前级放大器13与后级噪声抵消电路14的相接端。第二电容52的一端连接第一pmos管11的栅极，另一端连接总输入端in。第三开关3一端连接总输入端in，另一端通过反馈电阻2连接前级放大器13与后级噪声抵消电路14的相接端。第一nmos管4的栅极连接总输入端in，源极接地，漏极连接前级放大器13与后级噪声抵消电路14的相接端。
22.后级噪声抵消电路14包括：第二nmos管8、第三nmos管7、第三电容9和第四开关10。
第二nmos管8的漏极接电源，栅极通过串接的第四开关10和第三电容9连接前级放大器13与后级噪声抵消电路14的相接端，源极连接总输出端out。第三nmos管7的源极接地，栅极连接总输入端in，漏极连接总输出端out。
23.电流偏置电路12包括：启动电路41、第四pmos管35、第五pmos管36、第六pmos管37、第四nmos管33、第五nmos管34、第六nmos管38、第七nmos管39和电阻40。
24.第四pmos管35、第五pmos管36和第六pmos管37各自的源极的相接端作为电流偏置电路12的输入端并连接第一mos管11的漏极；第四pmos管35、第五pmos管36和第六pmos管37各自的栅极相接；第五pmos管36的栅极连接漏极；第四nmos管33源极接地，栅极和漏极均连接第五nmos管34的栅极；第五nmos管34的源极通过电阻40接地，漏极连接第五pmos管36的漏极；第六nmos管38的源极接地，栅极连接漏极，漏极连接pmos管37的漏极；第七nmos管39的源极接地，栅极连接第六nmos管38的栅极；启动电路41的第一端连接电流偏置电路12的输入端，第二端连接第四nmos管33的漏极，第三端接地。
25.启动电路41包括：第七pmos管30、第八nmos管31和第九nmos管32，第七pmos管30的源极作为第一端，栅极连接漏极，漏极连接第九nmos管32的栅极；第九nmos管32的漏极连接第七pmos管30的源极，源极作为第二端；第八nmos管31的源极作为第三端，栅极连接漏极，漏极连缆车第九nmos管32的漏极。
26.其中，第四pmos管35、第五pmos管36、第四nmos管33、第五nmos管34和电阻40构成恒跨导电流源（跨导随温度变化很小），第七pmos管30、第八nmos管31和第九nmos管32构成启动电路，第六pmos管37、第六nmos管38、第七nmos管39的电流镜复制恒跨导电流源产生的电流在p点产生给低噪声放大器的偏置电流。
27.综上，在前级放大器13的负载上使用偏置电路与信号放大通路复用，将输入信号in通过第二电容52与第一pmos管11和第二pmos管5在b点连接，提高了前级放大电路的增益，节省了部分偏置电流的功耗。节点a和c之间连接由第三开关3控制的反馈电阻2，与第一nmos管4和第一pmos管11、第二pmos管5、第三pmos管6的跨导并联共同实现电路输入级的宽带匹配。第一nmos管4和第二pmos管5、第三pmos管6的跨导在c点复用，提高电路的电流利用率。后级放大电路采用了第二nmos管8、第三nmos管7组成噪声抵消电路来提高电路的信噪比，减小噪声系数。由于本发明从电源到地的通路上都只需要两个放大管级联，所以可以适用于很低的电源电压。第二pmos管5和第三pmos管6可以采用不同的尺寸分别调节，来控制输入的跨导和偏置电流。
28.后级噪声抵消电路14的输出端e与总输出端out相连接。输入节点a和输出节点e之间并联一个低增益控制通路15。通过与a和f相连接的第三开关3和与d和电源vdd相连接的第四开关10，本发明可以在高增益与低增益两种模式间切换。在低增益通路中，电容16，17，18，19，20，21通过开关22，23，24，25，26，63的控制来实现不同的增益分配。
29.本发明所涉及的cmos低噪声放大器不仅设计简单，同时具有单片集成的特点。
30.如图5所示，是由本发明中两个图1所述的电流复用型宽带低噪声放大器组成差分结构。图中，前级放大器13和前级放大器51结构一致，内部各器件一一对应。后级噪声抵消电路14’本发明中两个后级噪声抵消电路14对称构成，内部各器件一一对应。
31.以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的
技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。