專利名稱：可變增益低噪聲放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低噪聲放大器，尤其涉及一種可變增益低噪聲放大器。
背景技術(shù)：
近十年來，隨著無線局域網(wǎng)、藍牙和Wi-Fi的發(fā)展，2. 4GHzISM頻段的模塊和系統(tǒng) 也越來越多，給生活和工作帶來了很多方便。低噪聲放大器(Low-Noise Amplifier, LNA) 作為射頻前端的關(guān)鍵模塊，其性能對整個系統(tǒng)起著決定性的作用。低噪聲放大器要求具有較低噪聲的同時又能提供一定的增益，從而來抑制混頻器 等后續(xù)模塊的噪聲。描述低噪聲放大器性能的參數(shù)主要有電壓增益、輸入損耗、輸出損耗、 反向隔離度、線性度和噪聲，由于這些參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)、相互制約的，因此采用何種折衷方 案來提高低噪聲放大器的整體性能成了設(shè)計的主要難點。最近幾年來，帶源級電感負反饋的共源共柵結(jié)構(gòu)成為了大多數(shù)低噪聲放大器的 選擇，這種結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器綜合性能較好，其典型的指標為電壓增益15dB、噪聲系數(shù) 3dB、輸入輸出匹配都小于-10dB。參見圖1，現(xiàn)有技術(shù)的低噪聲放大器包括兩個場效應(yīng)晶體管Ml和M4、三個電容Cin、 Cout和Cd、三個電感Lg、Ls和Ld、以及偏置電阻Rb ；所述場效應(yīng)晶體管M4的漏極連接所述電 感Ld，所述電感Ld的另一端接電源VDD，所述場效應(yīng)晶體管M4的柵極接電源電壓VDD，所述 場效應(yīng)晶體管M4的源極與所述場效應(yīng)晶體管Ml的漏極連接；信號輸入端Vin依次連接所述 電感Lg和電容Cin后接入所述場效應(yīng)晶體管Ml的柵極；所述電容C。ut接在所述場效應(yīng)晶體 管M4的漏極與信號輸出端V。ut之間；所述電容Cd接在所述場效應(yīng)晶體管M4的漏極與地之 間；所述電感Ls接在所述場效應(yīng)晶體管Ml的源極與地之間；所述偏置電阻Rb接在所述場 效應(yīng)晶體管Ml的柵極與偏置電壓端Vb之間?，F(xiàn)有技術(shù)的低噪聲放大器的缺點是，低噪聲放大器的增益是固定的，但是，在一些 應(yīng)用系統(tǒng)中，要求射頻前端部分實現(xiàn)增益可調(diào)，現(xiàn)有技術(shù)的低噪聲放大器就無法應(yīng)用于這 樣的系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可變增益低噪聲放大器，該低噪聲放大器的增益可調(diào)。為了達到上述的目的，本發(fā)明提供一種可變增益低噪聲放大器，包括輸出管、輸入 匹配電感、源極負反饋電感和多個輸入管，所述輸出管的柵極連接電源電壓，所述輸出管的 漏極連接該放大器的輸出端，所述輸入匹配電感的輸入端為該放大器的輸入端，所述源極 負反饋電感的輸出端接地，每個輸入管的漏極與所述輸出管的源極連接；每個輸入管的柵 極連接一電容后與所述輸入匹配電感的輸出端連接；每個輸入管的柵極與一電阻的輸入端 連接，每個所述電阻的輸出端形成一個偏置電壓端；每個輸入管的源極與所述源極負反饋 電感的輸入端連接。
上述可變增益低噪聲放大器，其中，通過在不同的所述偏置電壓端施加不同的偏 置電壓，改變各個輸入管的工作狀態(tài)，實現(xiàn)增益可調(diào)。上述可變增益低噪聲放大器，其中，與所述輸入管的柵極連接的各個電阻的阻值相等。上述可變增益低噪聲放大器，其中，與所述輸入管的柵極連接的各個電容的電容 值相等。上述可變增益低噪聲放大器，其中，所述多個輸入管的標準工作電壓相等。上述可變增益低噪聲放大器，其中，其特征在于，包括3個輸入管。上述可變增益低噪聲放大器，其中，所述可變增益低噪聲放大器的增益調(diào)節(jié)范圍 為 11 18dB。本發(fā)明的可變增益低噪聲放大器設(shè)有多個輸入管，每個輸入管通過偏置電阻有獨 立的偏置電壓端，每個輸入管設(shè)有獨立的輸入隔直電容，輸入匹配電Lg和源極負反饋電感 同時參與工作，通過組合各個輸入管的工作狀態(tài)可實現(xiàn)低噪聲放大器的增益可調(diào)，而且本 發(fā)明的可變增益低噪聲放大器的噪聲低、增益高、功耗小。


本發(fā)明的可變增益低噪聲放大器由以下的實施例及附圖給出。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的低噪聲放大器的電路圖。圖2是本發(fā)明的可變增益低噪聲放大器一較佳實施例的電路圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合圖2對本發(fā)明的可變增益低噪聲放大器作進一步的詳細描述。本發(fā)明可變增益低噪聲放大器包括輸出管、輸入匹配電感、源極負反饋電感和多 個輸入管，每個輸入管的漏極與所述輸出管的源極連接；每個輸入管的柵極連接一電容后 與所述輸入匹配電感的輸出端連接；每個輸入管的柵極與一電阻的輸入端連接，每個所述 電阻的輸出端形成一個偏置電壓端；每個輸入管的源極與所述源極負反饋電感的輸入端連 接。本發(fā)明可變增益低噪聲放大器增設(shè)輸入管，實現(xiàn)了低噪聲放大器的增益可調(diào)，而 且該可變增益低噪聲放大器具有低噪聲、增益高和功耗小的優(yōu)點。本發(fā)明可變增益低噪聲放大器可應(yīng)用于接收路徑的前端，用來放大射頻信號，也 可應(yīng)用于發(fā)射路徑的前端，用來驅(qū)動功率放大器?，F(xiàn)以一具體實施例說明本發(fā)明的可變增益低噪聲放大器參見圖2，本實施例的可變增益低噪聲放大器包括三個輸入管M1、M2和M3，一個輸 出管M4，五個電容Cinl、Cin2、Cin3> Cout和Cd，輸入匹配電感Lg，源極負反饋電感Ls，電感Ld，以 及三個電阻Rbl、Rb2和Rb3 ；所述輸入管Ml、M2和M3，以及所述輸出管M4均為場效應(yīng)晶體管；所述電容Cinl、Cin2和Cin3均可稱為輸入隔直電容；所述電阻Rbl、Rb2和Rb3均可稱為偏置電阻；所述輸出管M4的漏極與所述電感Ld連接，該電感Ld的另一端連接電源電壓VDD ；
所述輸出管M4的柵極連接電源電壓VDD ；所述輸入管Ml的漏極、輸入管M2的漏極和輸入管M3的漏極均與所述輸出管M4 的源極連接；所述輸入管Ml的源極、輸入管M2的源極和輸入管M3的源極均與所述源極負反饋 電感Ls的一端連接，所述源極負反饋電感Ls的另一端接地；所述輸入管Ml的柵極與所述電容Cinl連接，所述輸入管M2的柵極與所述電容Cin2 連接，所述輸入管M3的柵極與所述電容Cin2連接，所述電容Cinl的另一端、電容Cin2的另一 端和電容Cin2的另一端均與所述輸入匹配電感Lg連接，該輸入匹配電感Lg的另一端為本實 施例可變增益低噪聲放大器的信號輸入端Vin ；所述電阻Rbl的一端與所述輸入管Ml的柵極連接，該電阻Rbl的另一端為本發(fā)明可 變增益低噪聲放大器的一所述輸入管Ml的偏置電壓端Vbl，在該偏置電壓端Vbl施加偏置電 壓可改變所述輸入管Ml的工作狀態(tài)；所述電阻Rb2的一端與所述輸入管M2的柵極連接，該電阻Rb2的另一端為所述輸入 管M2的偏置電壓端Vb2，在該偏置電壓端Vb2施加偏置電壓可改變所述輸入管M2的工作狀 態(tài)；所述電阻Rb3的一端與所述輸入管M3的柵極連接，該電阻Rb3的另一端為所述輸入 管M3的偏置電壓端Vb3，在該偏置電壓端Vb3施加偏置電壓可改變所述輸入管M3的工作狀 態(tài)；所述電容Cd的一端與所述輸出管M4的漏極連接，該電容Cd的另一端接地；所述電容C。ut的一端與所述輸出管M4的漏極連接，該電容電容C。ut的另一端為本 實施例可變增益低噪聲放大器的信號輸出端V。ut ；本實施例可變增益低噪聲放大器在現(xiàn)有技術(shù)的低噪聲放大器的基礎(chǔ)上增加兩個 輸入管M2和M3，每個新增加的輸入管通過偏置電阻有獨立的偏置電壓端，每個新增加的輸 入管設(shè)有獨立的輸入隔直電容，輸入匹配電感Lg和源極負反饋電感Ls同時參與工作。本實施例中，所述輸入管Ml的寬長比(場效應(yīng)晶體管導電溝道的寬與長之比) 為75um/0. 18um，所述輸入管M2的寬長比為100um/0. 18um，所述輸入管M3的寬長比為 50um/0. 18um，所述場效應(yīng)晶體管M4的寬長比為80um/0. 18um ；所述電感Lg的電感值為7. 48nH,所述電感Ls的電感值為0. 666nH,所述電感Ld的 電感值為6. 14nH ；所述電容Cinl的電容值為1.02pF，所述電容Cin2的電容值為1. 02pF，所述電容Cin3 的電容值為1. 02pF，所述電容Cd的電容值為0. 128pF，所述電容C。ut的電容值為0. 384pF ；所述電阻Rbl的電阻為2. 38k Ω，所述電阻Rb2的電阻為2. 38k Ω，所述電阻Rb3的電 阻為 2. 38k Ω ；電源電壓VDD為1. 8V ；所述偏置電壓端Vbl、偏置電壓端Vb2、及偏置電壓端Vb3的標準工作電壓均為0. 6V， 即需要所述輸入管Ml工作時，在所述偏置電壓端Vbl施加0. 6V的偏置電壓，需要所述輸入 管Μ2工作時，在所述偏置電壓端Vb2施加0. 6V的偏置電壓，需要所述輸入管Μ3工作時，在 所述偏置電壓端Vb3施加0. 6V的偏置電壓；當所述偏置電壓端Vbl的電壓為OV時，所述輸 入管Ml不參與工作，當所述偏置電壓端Vb2的電壓為OV時，所述輸入管Μ2不參與工作，當所述偏置電壓端Vb3的電壓為OV時，所述輸入管M3不參與工作；組合所述輸入管Ml、輸入管M2以及輸入管M3的工作狀態(tài)，可調(diào)節(jié)本實施例可變增 益低噪聲放大器的增益，如表1所示，表1顯示了本實施例可變增益低噪聲放大器的增益與 各場效應(yīng)晶體管工作狀態(tài)的關(guān)系 表1從表1可知，本實施例可變增益低噪聲放大器的增益實現(xiàn)8檔可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍是 11 18dB。以所述輸入管Ml工作為例，即Vbl = 0. 6V，Vb2 = Vb3 = 0V,說明本實施例可變增益 低噪聲放大器的工作原理在所述偏置電壓端Vbl施加0. 6V的偏置電壓，而所述偏置電壓端 Vb2及偏置電壓端Vb3均接地，此時，只有所述輸入管Ml參與工作，所述輸入管M2和輸入管 M3均不參加工作，所述電感Lg和電感Ls提供了工作在2. 4GHz的輸入匹配，輸入阻抗為 其中，Zm表示本實施例的可變增益低噪聲放大器的輸入阻抗，Ls表示所述電感Lg 的電感值，s表示取所述電感Lg的電感值實部，Cgsl表示所述輸入管Ml的柵極電容，gffll表 示所述輸入管Ml的跨導；輸出阻抗為 其中，\表示本實施例的可變增益低噪聲放大器的輸出阻抗，Ld表示所述電感Ld 的電感值，s表示取所述電感Ld的電感值實部，Cl表示所述輸出管M4的漏極的總寄生電容 值；所述輸入管Ml和輸出管M4工作在飽和狀態(tài)，輸入信號(電壓信號)從信號輸入端Vin 輸入，經(jīng)過所述輸入管Ml轉(zhuǎn)換成電流信號，該電流信號經(jīng)過負載(圖中未示)，在所述輸出管M4的漏極形成一個小的電壓擺幅，從信號輸出端V。ut輸出輸出信號(電壓信號)。
實驗表明，本實施例的可變增益低噪聲放大器在有效的7種工作狀態(tài)下，噪聲系 數(shù)在2. 5-3. 5dB之間，輸入和輸出匹配在2. 4GHz處都小于_15dB，放大器的最大功耗為 9mW，最小功耗為2. 25mff,電源電壓VDD為1. 8V，可見，本實施例的可變增益低噪聲放大器在 增益、噪聲和功耗等方面有較好的折衷。
權(quán)利要求
一種可變增益低噪聲放大器，包括輸出管、輸入匹配電感和源極負反饋電感，所述輸出管的柵極連接電源電壓，所述輸出管的漏極連接該放大器的輸出端，所述輸入匹配電感的輸入端為該放大器的輸入端，所述源極負反饋電感的輸出端接地，其特征在于，還包括多個輸入管，每個輸入管的漏極與所述輸出管的源極連接；每個輸入管的柵極連接一電容后與所述輸入匹配電感的輸出端連接；每個輸入管的柵極與一電阻的輸入端連接，每個所述電阻的輸出端形成一個偏置電壓端；每個輸入管的源極與所述源極負反饋電感的輸入端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的可變增益低噪聲放大器，其特征在于，通過在不同的所述偏置 電壓端施加不同的偏置電壓，改變各個輸入管的工作狀態(tài)，實現(xiàn)增益可調(diào)。
3.如權(quán)利要求2所述的可變增益低噪聲放大器，其特征在于，與所述輸入管的柵極連 接的各個電阻的阻值相等。
4.如權(quán)利要求2所述的可變增益低噪聲放大器，其特征在于，與所述輸入管的柵極連 接的各個電容的電容值相等。
5.如權(quán)利要求2所述的可變增益低噪聲放大器，其特征在于，所述多個輸入管的標準 工作電壓相等。
6.如權(quán)利要求1 5中任一權(quán)利要求所述的可變增益低噪聲放大器，其特征在于，包括 3個輸入管。
7.如權(quán)利要求6所述的可變增益低噪聲放大器，其特征在于，所述可變增益低噪聲放 大器的增益調(diào)節(jié)范圍為11 18dB。
全文摘要
本發(fā)明的可變增益低噪聲放大器包括輸出管、輸入匹配電感、源極負反饋電感和多個輸入管，所述輸出管的柵極連接電源電壓，所述輸出管的漏極連接該放大器的輸出端，所述輸入匹配電感的輸入端為該放大器的輸入端，所述源極負反饋電感的輸出端接地，每個輸入管的漏極與所述輸出管的源極連接；每個輸入管的柵極連接一電容后與所述輸入匹配電感的輸出端連接；每個輸入管的柵極與一電阻的輸入端連接，每個所述電阻的輸出端形成一個偏置電壓端；每個輸入管的源極與所述源極負反饋電感的輸入端連接。本發(fā)明的可變增益低噪聲放大器可調(diào)節(jié)增益，而且具有噪聲低、增益高、功耗小的優(yōu)點。
文檔編號H03F1/26GK101888210SQ20101022937
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者任錚, 馮程程, 葉紅波, 唐逸 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司