高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器
專利匯可以提供高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 涉及無(wú)線通信接收技術(shù)領(lǐng)域，特別是高線性高增益的寬帶射頻低噪聲 放大器 。包括：差分輸入的共射共基主放大器 電路 ，還包括與主放大器電路輸出相連的主放大 緩沖器 ，以及與緩沖器輸出相連的采用 電流 注入法的輔助級(jí)放大器。本發(fā)明的晶體管寬帶射頻 低噪聲放大器 的設(shè)計(jì)方案與傳統(tǒng)的寬帶射頻低噪聲放大器相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。，下面是高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器專利的具體信息內(nèi)容。
1.一種高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器，其特征在于，包括：差 分輸入的共射共基主放大器電路，還包括與主放大器電路輸出相連的主 放大緩沖器，以及與緩沖器輸出相連的采用電流注入法的輔助級(jí)放大器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器，其 特征在于，射頻信號(hào)進(jìn)入主放大器，采用共射共基以及并聯(lián)反饋電阻來(lái) 進(jìn)行匹配，在保證最高線性度要求下，在第一級(jí)電壓余度的范圍內(nèi)，進(jìn) 行部分放大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器，其 特征在于，在第二級(jí)采用MOS管的共源放大器結(jié)構(gòu)，其連接關(guān)系為：由 主放大器Q6的輸出通過電容C2連接輔助放大器MOS管M1的柵極，M1 的源極通過RE3接到地上，M1的漏極通過電阻RL3接到電源VCC上， 同理，由主放大器Q5的輸出通過電容C1連接輔助放大器MOS管M2 的柵極，M2的源極通過RE4接到地上，M2的漏極通過電阻RL4接到電 源VCC上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器，其 特征在于，在第二級(jí)采用電流注入法，電流注入電路主要有MOS管M3， M4組成，其連接關(guān)系為：M3的源極與M1的漏極相連，M3的漏極與電 源VCC相連，M4的源極與M2的漏極相連，M4的漏極與電源VCC相 連，M1，M2的漏極作為放大器的輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器，其 特征在于，主放大器由三極管Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，和Q6，電阻 RL1，RL2，RE1，RE2，RF1，和RF2組成，其連接關(guān)系為：差分射頻信號(hào)RFINN 輸入Q1的基極，Q1的發(fā)射極通過電阻RE1接地，Q1的集電極連接到 Q2的發(fā)射極，Q2的集電極通過RL1接到電源VCC上，同時(shí)，差分電路 的另一端，差分射頻信號(hào)RFINP輸入Q3的基極，Q3的發(fā)射極通過電阻 RE2接地，Q3的集電極連接到Q4的發(fā)射極，Q4的集電極通過RL2接 到電源VCC上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器，其 特征在于，輔助放大電路由MOS管M1，M2，M3，和M4，以及電阻RL3， RL4組成，主放大器Q6的輸出通過電容C2連接輔助放大器MOS管M1 的柵極，M1的源極通過RE3接到地上，M1的漏極通過電阻RL3接到電 源VCC上，同理，由主放大器Q5的輸出通過電容C1連接輔助放大器 MOS管M2的柵極，M2的源極通過RE4接到地上，M2的漏極通過電阻 RL4接到電源VCC上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器，其 特征在于，Q5，Q6組成主放大管的輸出緩沖電路，Q5的基極與Q2的 集電極相連，Q5的集電極與電源電壓VCC相連，Q6的基極與Q4的集 電極相連，Q6的集電極與電源電壓VCC相連。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無(wú)線通信接收機(jī)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于無(wú)線通訊接 收機(jī)系統(tǒng)前端的射頻低噪聲放大器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)
在整個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)中，射頻低噪聲放大器往往是第一個(gè)電路模塊， 它的噪聲系數(shù)直接決定著整個(gè)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)的下限。因此，射頻低噪 聲放大器的設(shè)計(jì)一直是RFIC設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
隨著RFIC的應(yīng)用越來(lái)越廣，對(duì)電路的性能指標(biāo)要求越來(lái)越高，對(duì)低 噪聲放大器提出的要求也越來(lái)越高。很多實(shí)際應(yīng)用都會(huì)要求射頻低噪聲 放大器在達(dá)到很高增益的同時(shí)，能夠有很高的線性度。這就對(duì)射頻低噪 聲提出了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的射頻低噪聲放大器，已經(jīng)無(wú)法滿足這些指標(biāo) 要求。
傳統(tǒng)的寬帶晶體管射頻低噪聲放大器一般都采用單端結(jié)構(gòu)。如圖1所 示，射頻信號(hào)RFIN與晶體管Q1的基極相連，Q1的發(fā)射極通過RE與地 相連，Q1的集電極與Q2的發(fā)射極相連，Q2的集電極通過RL與電源VCC 相連，同時(shí)連接到Q3的基極，Q3的集電極與電源VCC相連，Q3的發(fā) 射極通過電流源ISS接地。放大后的信號(hào)通過Q3的發(fā)射極輸出。Q3的 發(fā)射極通過電阻RF反饋到輸入端Q1的基極。在這種結(jié)構(gòu)中，晶體管Q1， Q2是用于放大的有源器件，電阻RE作為線性度的調(diào)節(jié)，RL作為輸出回 路和負(fù)載增益的調(diào)節(jié)，晶體管Q3作為輸出緩沖，用來(lái)和后面的電路匹 配，同時(shí)通過電阻RF和電容CF反饋到輸入端Q1的基極，達(dá)到與輸入 阻抗匹配的目的。這就是傳統(tǒng)寬帶射頻放大器(共射共基結(jié)構(gòu))的工作原 理。
這種傳統(tǒng)的寬帶低噪聲放大器采用了單端輸入結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)在于，只 需要很少的有源器件，功耗較小。但是當(dāng)對(duì)一些用途，比如數(shù)字電視接 收機(jī)，功耗不是一個(gè)最主要的指標(biāo)，但需要很高線性度的時(shí)候。這種傳 統(tǒng)放大器就暴露出一些其自身無(wú)法克服的弊端：首先，這種傳統(tǒng)單端輸 入的結(jié)構(gòu)，對(duì)共模噪聲的抑制比比較差。第二，這種傳統(tǒng)單端輸入結(jié)構(gòu) 本身在線性度方面，與差分結(jié)構(gòu)比起來(lái)，要差很多。第三，也是最重要 的，由于三極管的過驅(qū)動(dòng)電壓和電阻上的電壓消耗，這種結(jié)構(gòu)能夠提供 的電壓余度很小，使高線性度與高增益彼此矛盾，不能同時(shí)滿足這兩個(gè) 指標(biāo)要求。一些實(shí)際用途，比如數(shù)字電視接收機(jī)的射頻低噪聲放大器， 要求線性度(IIP3)達(dá)到10dbm以上的同時(shí)，增益達(dá)到16db以上。這時(shí)， 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足要求。
發(fā)明內(nèi)容
一種高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器(LNA)，包括：差分輸入 的共射共基主放大器電路，還包括與主放大器電路輸出相連的主放大緩 沖器，以及與緩沖器輸出相連的采用電流注入法的輔助級(jí)放大器。
所述的高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器(LNA)，射頻信號(hào)進(jìn) 入主放大器，采用共射共基以及并聯(lián)反饋電阻來(lái)進(jìn)行匹配，其功能為， 在保證最高線性度要求下，在第一級(jí)電壓余度的范圍內(nèi)，進(jìn)行部分放大。
所述的高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器(LNA)，在第二級(jí)采 用MOS管的共源放大器結(jié)構(gòu)，其連接關(guān)系為：由主放大器Q6的輸出通 過電容C2連接輔助放大器MOS管M1的柵極，M1的源極通過RE3接 到地上，M1的漏極通過電阻RL3接到電源VCC上，同理，由主放大器 Q5的輸出通過電容C1連接輔助放大器MOS管M2的柵極，M2的源極 通過RE4接到地上，M2的漏極通過電阻RL4接到電源VCC上。其功能 為，提供足夠的電壓余度來(lái)進(jìn)行放大。
所述的高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器(LNA)，在第二級(jí)采 用電流注入法，電流注入電路主要有MOS管M3，M4組成，其連接關(guān) 系為：M3的源極與M1的漏極相連，M3的漏極與電源VCC相連，M4 的源極與M2的漏極相連，M4的漏極與電源VCC相連。M1，M2的漏 極作為放大器的輸出。其功能為，減小負(fù)載支路上的電流，提高低噪聲 放大器的線性度。
本發(fā)明提出的高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器(LNA)，包括： 差分輸入的共射共基主放大器電路，包含了輸出緩沖電路和并聯(lián)反饋電 路，還包括了采用電流注入法的輔助級(jí)放大器；所說(shuō)的主放大器由三極 管Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，和Q6，電阻RL1，RL2，RE1，RE2，RF1，和RF2組成；所 說(shuō)的輔助放大電路由MOS管M1，M2，M3，和M4，以及電阻RL3，RL4 組成。其連接關(guān)系為：差分射頻信號(hào)RFINN輸入Q1的基極，Q1的發(fā)射 極通過電阻RE1接地，Q1的集電極連接到Q2的發(fā)射極，Q2的集電極 通過RL1接到電源VCC上。同時(shí)，差分電路的另一端，差分射頻信號(hào) RFINP輸入Q3的基極，Q3的發(fā)射極通過電阻RE2接地，Q3的集電極 連接到Q4的發(fā)射極，Q4的集電極通過RL2接到電源VCC上。Q5，Q6 組成主放大管的輸出緩沖電路，Q5的基極與Q2的集電極相連，Q5的集 電極與電源電壓VCC相連，Q5的發(fā)射極與晶體管Q7的集電極相連，Q7 的發(fā)射極與地相連，且Q5的發(fā)射極通過電阻RF1和電容CF1反饋到 RFINN端與Q1的基極相連。同理，Q6的基極與Q4的集電極相連，Q6 的集電極與電源電壓VCC相連，Q6的發(fā)射極與晶體管Q7的集電極相連， Q7的發(fā)射極與地相連，且Q6的發(fā)射極通過電阻RF2和電容CF2反饋到 RFINP端與Q3的基極相連，由主放大器Q6的輸出通過電容C2連接輔 助放大器MOS管M1的柵極，M1的源極通過RE3接到地上，M1的漏 極通過電阻RL3接到電源VCC上，同理，由主放大器Q5的輸出通過電 容C1連接輔助放大器MOS管M2的柵極，M2的源極通過RE4接到地 上，M2的漏極通過電阻RL4接到電源VCC上。其電流注入電路主要有 MOS管M3，M4組成，其連接關(guān)系為：M3的源極與M1的漏極相連， M3的漏極與電源VCC相連，M4的源極與M2的漏極相連，M4的漏極 與電源VCC相連。M1，M2的漏極作為放大器的輸出。
本發(fā)明的這種改進(jìn)的晶體管寬帶射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)方案與傳統(tǒng) 的寬帶射頻低噪聲放大器相比具有以下幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：
1)主放大電路采用了差分結(jié)構(gòu)，很好的抑制了共模噪聲，更重要 的是能夠提供更高的線性度。
2)采用了輔助放大的方法，增加了電壓余度，能夠同時(shí)滿足高線 性度和高增益的要求。
3)將電流注入法引入低噪聲放大器，很好的解決了高線性與高增 益與電流偏置之間的矛盾，在基本不影響噪聲的前提下，提高了 低噪聲放大器線性度，這對(duì)線性度要求大于10dBm的低噪聲放大 器而言，是一個(gè)重要的改進(jìn)。
附圖說(shuō)明
圖1為傳統(tǒng)的寬帶晶體管射頻放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的寬帶晶體管射頻放大器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方法
本發(fā)明提出的高線性高增益的寬帶射頻低噪聲放大器結(jié)合附圖的詳細(xì) 說(shuō)明如下：
本發(fā)明提出的射頻放大器，包括兩部分：主放大器電路，如圖2中的 虛線框1所示，輔助放大器電路，如圖2中的虛線框2所示，各部分的 具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系前面已經(jīng)說(shuō)明，這里不再重復(fù)。
主放大器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理與傳統(tǒng)的寬帶低噪聲放大器十分相 近，只是采用了差分結(jié)構(gòu)，其中，晶體管Q1，Q2，Q3，Q4作為放大的 有源器件，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大；電阻RE1，RE2用于進(jìn)行輸入回路和 線性度的調(diào)節(jié)；負(fù)載電阻RL1，RL2用于在線性度允許的范圍內(nèi)，對(duì)主 放大器的增益進(jìn)行調(diào)解；晶體管Q5，Q6作為輸出緩沖來(lái)驅(qū)動(dòng)輔助放大 器Q7，Q8加上電壓偏置后，成為電流源，為輸出緩沖器提供了直流偏 置；同時(shí)，反饋電阻RF1，RF2將輸出反饋到輸入，來(lái)調(diào)節(jié)放大器的輸 入阻抗，使輸入阻抗與天線(或電纜)的輸入阻抗進(jìn)行匹配。與傳統(tǒng)的 寬帶低噪聲放大器不同的是，射頻信號(hào)在主放大器，不必考慮增益，只 是在高線性度指標(biāo)下，即滿足輸出擺幅在電壓余度的范圍內(nèi)進(jìn)行了部分 的放大。
輔助放大器的工作原理如下：由于射頻信號(hào)RFINN，RFINP經(jīng)過主 放大器已經(jīng)放大了一定的倍數(shù)，那么輔助放大器不需要放大很高的倍數(shù) 即可達(dá)到很高的增益，本發(fā)明采用了過驅(qū)動(dòng)電壓比較小的MOS管作為放 大管，從而獲得了更大的電壓余度，來(lái)獲得高線性度。
本發(fā)明將電流注入法引入了寬帶低噪聲放大器之中，即在第二級(jí)負(fù)載 支路采用電流注入法，來(lái)提高低噪聲放大器的線性度。在高頻低噪聲放 大器中，輸入三階交調(diào)點(diǎn)IIP3與放大器的集電極電流有關(guān)。當(dāng)信號(hào)經(jīng)過 第一級(jí)放大后，已經(jīng)變得很大，這就需要增大集電極地電流來(lái)保證線性 度。當(dāng)集電極電流過大時(shí)，就給負(fù)載電阻的設(shè)計(jì)帶來(lái)了難度，這就使得 我們必須在增益與線性度之間折中選擇。而在本發(fā)明中，用PMOS管M1， M2組成上拉電流源為放大管M1，M2提供電流，減少了負(fù)載支路中的 電流，從而解決了高線性與高增益的矛盾。
通過正確設(shè)置各個(gè)器件的尺寸大小，以及添加偏置電路，本發(fā)明的低 噪聲放大器，可以實(shí)現(xiàn)噪聲系數(shù)低于4db，同時(shí)達(dá)到線性度(IIP3)高于 10dbm，增益20db的指標(biāo)要求。
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