一种低噪声放大器以及一种超宽带接收机制造技术

本发明专利技术提供了一种低噪声放大器以及一种超宽带接收机。低噪声放大器包括第一共源放大管、第二共源放大管和本征反馈单元，第一共源放大管和第二共源放大管的栅极为输入端，漏极为输出端，第一共源放大管的输出端与第二共源放大管的输入端连接，本征反馈单元跨接于第一共源放大管的输出端和第二共源放大管的输出端之间。以解决传统的两级共源放大电路的超宽带和高增益无法兼顾的问题。带和高增益无法兼顾的问题。带和高增益无法兼顾的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种低噪声放大器以及一种超宽带接收机


[0001]本专利技术涉及射频电路设计领域，尤其涉及一种低噪声放大器以及一种超宽带接收机。

技术介绍

[0002]超宽带技术（UWB）是一种新型的高速短距离无线通信技术。UWB使用的带宽超过1GHz，甚至几GHz到十几GHz范围，并且可以与当前的窄带通信系统同时工作，且不会相互干扰。在频率资源不断增加的压力下，它开辟了一种通信频谱应用的新途径。UWB技术因其极宽的带宽、高频谱利用率、高传输速率、强大的抗干扰性能、低功耗和广泛的应用而在业界引起了前所未有的关注。同时，凭借其低成本和高性能的无线数据通信能力，它已成为实现无线个人局域网的竞争技术之一。因此，结合微波的通信电路的设计具有广阔的发展前景。
[0003]低噪声放大器（LNA）通常用于接收系统的前端，是信号进入接收机的第一个有源器件，其主要功能是在产生比较低的内部噪声的情况下，放大天线接收的微弱信号。由于低噪声放大器在接收系统中的重要地位，其性能对接收系统的性能水平有着决定性的影响。它的噪声系数不仅决定了接收系统的总体噪声性能，而且直接影响接收机的灵敏度。特别对于频带超过多个倍频程的超宽带接收机而言，使用的低噪声放大器必须同时满足超宽带、高增益和低噪声的多个指标要求。
[0004]以单级共源放大器为例，在一定功耗和负载的前提下，其增益带宽积为一常数。如果将其增益设计的较大，则其带宽就会降低；相反，如果提高其带宽设计，则单级放大器的增益将不可避免的降低，增益和带宽不能同时提高。
[0005]类似地，对于由两级运算放大器组成的二阶系统，增益带宽积也为一常数，因此需要在增益和带宽之间进行权衡，无法兼顾。
[0006]例如，图1示出了常用的两级共源级联放大器结构，其中，C1，C2分别为共源放大器M1的漏极的对地电容，为M2晶体管的栅漏电容, 和分别为M1和M2的输出负载；该两级共源放大器的直流增益为（g
m1
和g
m2
分别为M1和M2的跨导），为两级放大管的增益的乘积。该两级共源放大器的增益有两个极点，其中第二个极点为，主要由负载决定；但由于是两级级联，第一个极点会受到密勒效应的影响，第二级输入端的等效到共源放大器M1的漏极的容值被放大到，的密勒效应会在共源放大器M1的漏极处增加一个为的大极点，这严重降低了级联放大器的总体带宽，导致共源放大器的频率特性较差，难以放大高频信号；同时，图1所示的两级共源放大器结构需要通过RD1为M1的漏极单独供电，而在射频电路设计中，为降低直流电源的电压裕度损耗，提高电压摆幅，通常采用馈电电感来实现RD1和RD2，其等效的直流电阻很
小，交流电抗很大，对目标射频信号接近开路；而由于电感的频率特性限制，RD1在多倍频程的目标带宽上具有很大实现难度。
[0007]为解决图1所示的两级共源放大器的带宽受限问题，经常使用图2所示的共源共栅结构来减小输入端的对地电容，降低密勒效应的影响，从而提高工作带宽。晶体管M3和M4分别是输入管和共源共栅管。M4相当于一个电流缓冲器，它将M3管的漏极电流直接加载到负载电阻R
D
上，因此不会影响整个放大器的直流工作。应当注意，由于M4的引入，节点X的阻抗大大降低，从而降低了从节点X到输入端的增益。可以证明X点阻抗，那么X点增益从减小为。如果M3和M4的跨导相同，则X点对地的寄生电容由减小到。可以看出，共源共栅技术可以将C
gd
对输入电容的贡献减少倍，从而达到提高放大器工作带宽的目的。但需要注意的是，此时放大器的整体增益还是，没有改变；可见，通过加入共栅管M4可降低M3的负载阻抗，提高工作带宽，但无法提高增益。
[0008]为解决现有的两级共源放大器结构存在的第一级共源放大管的偏置电阻难以实现、总体带宽较窄、频率特性较差且难以实现高频信号的放大问题，本专利技术提出一种低噪声放大器，能够同时实现超宽带和高增益。

技术实现思路

[0009]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0010]根据本专利技术的一方面，提供了一种低噪声放大器，包括第一共源放大管、第二共源放大管和本征反馈单元，该第一共源放大管和该第二共源放大管的栅极为输入端，漏极为输出端，该第一共源放大管的输出端与该第二共源放大管的输入端连接，该本征反馈单元跨接于该第一共源放大管的输出端和该第二共源放大管的输出端之间，该本征反馈单元由直流器件构成。
[0011]在一实施例中，该本征反馈单元包括串联的第一电阻和第一电感。在另一实施例中，第一电阻可以是有源电阻。该有源电阻的漏极和栅极分别通过一电阻连接第一电感。
[0012]在一实施例中，低噪声放大器还包括补偿电感和隔直电容，该补偿电感的第一端与该第一共源放大管的漏极连接，该补偿电感的第二端作为该第一共源放大管的输出端，该隔直电容的第一端与该第二共源放大管的栅极连接，该隔直电容的第二端作为该第二共源放大管的输入端。
[0013]可选地，该补偿电感与该第一电感耦合。
[0014]在一实施例中，该低噪声放大器还包括漏极偏置网络，设置于该第二共源放大管的漏极与供电端之间，以对该第二共源放大管的漏极供电，并通过该本征反馈单元对该第一共源放大管的漏极供电。
[0015]在一实施例中，该漏极偏置网络包括第三电感、第四电感和第二电阻，该第三电感和该第二电阻并联后与该第四电感串联。
[0016]可选地，该第三电感与该第四电感耦合。
[0017]在一实施例中，该低噪声放大器还包括第二反馈单元，该第二反馈单元跨接于该第一共源放大管的输出端与输入端之间。
[0018]在一实施例中，该第二反馈单元包括串联的第二电感、第一电容和第五电阻。可选地，第二电感与补偿电感耦合。
[0019]在一实施例中，该低噪声放大器还包括第三反馈单元，该第三反馈单元设置与该第二共源放大管的源极与地之间，该第三反馈单元由并联的第六电阻和第二电容构成。
[0020]在一实施例中，该低噪声放大器还包括退化电感，该第一共源放大管的源极通过该退化电感接地。
[0021]在一实施例中，该退化电感为微带线。
[0022]在一实施例中，该低噪声放大器还包括栅极偏置网络，供电电源通过该栅极偏置网络为该第二共源放大管的栅极以及该第一共源放大管的栅极供电。
[0023]在一实施例中，该栅极偏置网络包括第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻，该第一分压电阻的第一端与供电端连接，该第一分压电阻的第二端与该第二分压电阻的第一端连接，该第二分压电阻的第二端与该第三分压电阻的第一端连接，该第三分压电阻的第二端接地，该第一分压电阻的第二端与该第二共源放大管的栅极连接，该第二分压电阻的第二端与该第一共源放大管的栅极连接。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低噪声放大器，其特征在于，包括第一共源放大管、第二共源放大管和本征反馈单元，所述第一共源放大管和所述第二共源放大管的栅极为输入端，漏极为输出端，所述第一共源放大管的输出端与所述第二共源放大管的输入端连接，所述本征反馈单元跨接于所述第一共源放大管的输出端和所述第二共源放大管的输出端之间，所述本征反馈单元由直流器件构成。2.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述本征反馈单元包括串联的第一电阻和第一电感。3.如权利要求2所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第一电阻为有源电阻。4.如权利要求3所述的低噪声放大器，其特征在于，所述有源电阻的漏极和栅极分别通过第三电阻和第四电阻连接所述第一电感。5.如权利要求2所述的低噪声放大器，其特征在于，还包括补偿电感和隔直电容，所述补偿电感的第一端与所述第一共源放大管的漏极连接，所述补偿电感的第二端作为所述第一共源放大管的输出端，所述隔直电容的第一端与所述第二共源放大管的栅极连接，所述隔直电容的第二端作为所述第二共源放大管的输入端。6.如权利要求5所述的低噪声放大器，其特征在于，还包括第二反馈单元，所述第二反馈单元跨接于所述第一共源放大管的输出端与输入端之间。7.如权利要求6所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第二反馈单元包括串联的第二电感、第一电容和第五电阻。8.如权利要求7所述的低噪声放大器，其特征在于，所述补偿电感与所述第一电感或所述第二电感耦合。9.如权利要求2所述的低噪声放大器，其特征在于，还包括输入隔直电容、输入匹配电感、输出匹配电感和输出隔直电容，所述输入隔直电容的第一端作为所述低噪声放大器的射频输入端，所述输入隔直电容的第二端与所述输入匹配电感的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张景乐，姜鑫，
申请(专利权)人：南京米乐为微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：