一種同時匹配的低噪聲放大器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種同時匹配的低噪聲放大器（Low Noise Amplifier-LNA)，特別涉 及一種應用在集成電路（Integrated Circuit)設計中的同時匹配的低噪聲放大器。
【背景技術】
[0002] 低噪聲放大器是接收機系統(tǒng)中的第一個放大器，它的主要功能就是放大接收到的 信號并傳輸?shù)较乱患?，并且自身增加的噪聲應盡量小。因此要求低噪聲放大器具有足夠的 增益，并且噪聲系數(shù)要非常低。然而在進行低噪聲放大器設計時，實現(xiàn)最小噪聲系數(shù)和實現(xiàn) 最大功率傳輸之間存在矛盾。請參考圖1，低噪聲放大器包括有源器件，以及分別用于控制 輸入阻抗和輸出阻抗的輸入匹配網(wǎng)絡和輸出匹配網(wǎng)絡，另外包括直流偏置網(wǎng)絡。在進行輸 入匹配設計時，將信號源與晶體管的輸入阻抗之間進行共軛匹配，便可以獲得最大功率傳 輸，即獲得最大增益；相應地，為了獲得最小的噪聲系數(shù)JWLh，必須將信號源匹配到晶體 管的噪聲最優(yōu)源阻抗便可以使放大器得到最佳的噪聲性能。然而這兩者通常是不相等 的，設計者只能在兩者之間進行權衡取舍，很難同時實現(xiàn)噪聲匹配和功率增益匹配。
[0003] 隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，單一芯片中集成的功能越來越多，晶體管數(shù)量也 不斷增加，隨之而來的是芯片的功耗在不斷增加。盡管我們不斷降低芯片的工作電壓，不斷 改進工藝，不斷使用各種方法降低芯片的功耗，但功耗仍然是當今集成電路設計中最令工 程師頭痛的問題之一。在低噪聲放大器中同樣存在低功耗問題，如何實現(xiàn)低功耗設計是目 前的研宄熱點，特別是在功耗約束條件下實現(xiàn)最小噪聲系數(shù)和最大功率傳輸?shù)耐瑫r匹配。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是要提供一種應用在集成電路設計中的低噪聲放大器，并且可以在 輸入級實現(xiàn)最小噪聲系數(shù)和最大增益?zhèn)鬏數(shù)耐瑫r匹配；而且本發(fā)明能夠在功耗約束條件下 實現(xiàn)輸入級的同時匹配。
[0005] 本發(fā)明提出的一種同時匹配的低噪聲放大器，其電路結構包括：M0S晶體管Ml作 為放大器件按照共源結構連接；源簡并電感4 (Source Degeneration Inductance)連接 在M0S管的源極和地電位之間，其提供的串聯(lián)負反饋效應使M0S管柵極的輸入阻抗等于或 近似等于噪聲最優(yōu)源阻抗的共軛；電容q和電感桑組成一個L型輸入匹配網(wǎng)絡，其中一端 與M0S管柵極相連，另一端通過隔直電容q與信號源連接；電容q和電感1?組成一個L型輸 出匹配網(wǎng)絡，其中一端與M0S管漏極相連，另一端與負載連接；限流電阻&一端于電源^相 連，另一端與4相連；一個電流鏡電路由晶體管M2、電阻器或和馬組成，M2的柵極和漏極相 連，源極接地電位，A的一端與電源匕相連，另一端與M2的漏極相連，為的一端與M2的柵極 相連，另一端連接在q和A的公共連接點上。
[0006] 本發(fā)明提出的一種同時匹配的低噪聲放大器，其中通過利用功耗約束噪聲優(yōu)化技 術（Power-Constrained Noise Optimization Technique)選擇 M0S 管 Ml 的適當尺寸，從 而在功耗約束條件下實現(xiàn)低噪聲放大器輸入級的同時匹配。
[0007] 本發(fā)明提出的一種同時匹配的低噪聲放大器，其優(yōu)點在于： ⑴本發(fā)明提出的低噪聲放大器在輸入級同時實現(xiàn)了噪聲匹配和功率增益匹配，不僅能 夠達到低噪聲放大器的最小噪聲系數(shù)，而且實現(xiàn)了功率的最大傳輸。
[0008] ⑵本發(fā)明通過合理地選擇晶體管的形狀和尺寸，可以在功耗約束條件下實現(xiàn)低噪 聲放大器輸入級的同時匹配。
[0009] ⑶本發(fā)明提出的設計方法簡單，能夠被設計者很容易的掌握并應用在集成電路設 計中。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明提出的一種同時匹配的低噪聲放大器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0011] 如圖1所示，圖1為本發(fā)明提出的一種同時匹配的低噪聲放大器的結構示意圖。
[0012] 圖2圖解說明本發(fā)明提出的一個實施例。它包括一個MOS晶體管Ml，并按照其共 源組態(tài)相連接。由功耗約束噪聲優(yōu)化技術可知，當在功耗約束條件下進行設計時，晶體管的 尺寸由下面公式所決定：
【主權項】
1. 一種同時匹配的低噪聲放大器，其特征在于，用集成電路（Integrated Circuit)工 藝實現(xiàn)，即將有源和無源元器件制作在同一塊半導體基片上來實現(xiàn)低噪聲放大器的設計， 并且在輸入級能夠同時實現(xiàn)噪聲匹配和功率匹配設計。
2. 如權利要求1所述的一種同時匹配的低噪聲放大器，其特征在 于，包括:MOS晶體管Ml作為放大器件按照共源結構連接；源簡并電感 (Source Degeneration Inductance)連接在MOS管的源極和地電位之間，其提供的串聯(lián) 負反饋效應使MOS管柵極的輸入阻抗等于或近似等于噪聲最優(yōu)源阻抗的共軛；電容q和電 感it組成一個L型輸入匹配網(wǎng)絡，其中一端與MOS管柵極相連，另一端通過隔直電容€^與信 號源連接；電容G和電感A組成一個L型輸出匹配網(wǎng)絡，其中一端與MOS管漏極相連，另一 端與負載連接；限流電阻鳥一端于電源·^相連，另一端與A相連；一個電流鏡電路由晶體 管M2、電阻器馬和馬組成，M2的柵極和漏極相連，源極接地電位，馬的一端與電源Vdd相連， 另一端與M2的漏極相連，為的一端與M2的柵極相連，另一端連接在^和矣的公共連接點上。
3. 如權利要求2所述的一種同時匹配的低噪聲放大器，其中，通過利用功耗約束噪聲 優(yōu)化技術（Power-Constrained Noise Optimization Technique)選擇 MOS 管 Ml 的適當尺 寸，從而在功耗約束條件下實現(xiàn)低噪聲放大器輸入端的同時匹配。
【專利摘要】一種同時匹配的低噪聲放大器(Low Noise Amplifier-LNA)，特別涉及一種應用在集成電路(Integrated Circuit)設計中的同時匹配的低噪聲放大器。本發(fā)明首先通過一個源簡并電感(Source Degeneration Inductance)串聯(lián)在MOS晶體管的源極以提供串聯(lián)負反饋效應，使得MOS管柵極的輸入阻抗Zin和噪聲最優(yōu)源阻抗Zopt滿足然后利用一個L型輸入匹配網(wǎng)絡，將MOS管的柵極匹配到信號源，從而使得本低噪聲放大器的輸入級同時實現(xiàn)了噪聲匹配和功率增益匹配，不僅能夠達到低噪聲放大器的最小噪聲系數(shù)NFmin，而且實現(xiàn)了功率的最大傳輸；最后利用一個L型輸出匹配網(wǎng)絡，實現(xiàn)MOS管的漏極與負載之間的匹配。
【IPC分類】H03F3-20, H03F1-26
【公開號】CN104660180
【申請?zhí)枴緾N201510010755
【發(fā)明人】陳坤, 查文, 王威, 林乃奇, 孫雨誠, 胡鵬飛, 翟香玉, 羅詩旭, 蔡亞林
【申請人】蕪湖航飛科技股份有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月9日