一種單片集成的射頻高增益低噪聲放大器制造技術

本發明專利技術公開了一種單片集成的射頻高增益低噪聲放大器，包括輸入匹配電路、第一級放大電路、第二級放大電路和輸出匹配電路；所述第一級放大電路采用典型的帶有源極電感負反饋的共源共柵結構，第二級放大電路為帶電阻反饋的共源極結構，采用chrt0.18umRFCMOS工藝實現了所有的有源和無源器件完全在片集成的電路設計。本發明專利技術同時完成了最優噪聲匹配和輸入阻抗匹配，不僅可以使電路具有最佳的噪聲性能，而且可以使電路實現較好功率傳輸。另外本發明專利技術在獲得高增益的同時具有更好的穩定性，也使得電路結構具有更高的實用價值。經驗證該電路的輸入輸出匹配良好，具有27dB以上的增益以及2dB的噪聲。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種射頻低噪聲放大器，特別是涉及一種工作于2.4GHz單片集成的高增益噪聲放大器，它可以直接應用于電子通訊、藍牙接收等領域。
技術介紹
近年來，隨著集成電路技術的快速發展，我們的日常生活中越來越離不開無線通信產品，例如工作于880-915MHZ的GSM無線通信網絡、工作于2.4Ghz的藍牙通信產品等。射頻低噪聲放大器是這些產品中無線接收機模塊前端的關鍵部分。它的作用是將通過天線接收到的微弱信號進行放大，以便接收機后面的模塊進行處理。低噪聲放大器是現代射頻通信系統的關鍵部件，長期以來一直是人們研究的熱點。低噪聲放大器處于整個射頻接收系統的最前端如附圖說明圖1所示，其性能的好壞直接決定了整個接收機的性能，對整個接受系統性能的提高也起著決定性的作用。天線接收的信號在亞微伏量級，甚至會完全淹沒在噪聲里，將如此微弱的信號進行放大而不惡化信噪比是低噪聲放大器設計的技術難題。對于低噪聲放大器的基本要求為噪聲系數低、足夠的功率增益、工作穩定性好、較低的功耗和大的動態范圍。由于這些指標相互關聯、相互制約，因此找到合適的折衷方案來提高低噪聲的整體性能成為設計的主要難點。根據國內外對低噪聲放大器的研究發現，經典的共源共柵結構依然是被廣為采用的低噪聲放大器的電路結構如圖2所示。但是這種結構的增益較低，而且要實現最優的阻抗及噪聲匹配需要很大的柵極電感和源極電感因而往往需要掛片外器件，這給電路的單片集成帶來了很大的挑戰，因為大的電感在現有額工藝條件下很難實現并且大的電感會占據大的面積，而且集成電感的Q值比較低這會導致電路的噪聲性能進一步惡化，并且會使電路的增益更低。然而為了抑制射頻接收系統后級電路的噪聲往往要求第一級電路具有較高的增益。另外共源共柵結構的輸出電壓擺幅也比較低
技術實現思路
針對上述現有技術，本專利技術提供一種單片集成的射頻高增益低噪聲放大器，目的是為了解決以上集成電路需要外掛器件集成度不夠的問題以及電路低增益低擺幅的問題。本專利技術采用兩級放大結構在提供較低的噪聲系數的同時，實現了較高的增益及較大的輸出電壓擺幅。本專利技術基于chrt0.18um CMOS RF工藝，將所有電子元器件均集成在同一半導體襯底上，通過優化，不但實現了完全在片的輸入輸出匹配，而且同時控制實現噪聲匹配和功率匹配。本專利技術放大器的電路結構具有較低的噪聲較高的增益，因此可以在射頻接收系統中得到良好的應用，可直接應用于電子通訊、藍牙接收等領域。為了解決上述技術問題，本專利技術一種單片集成的射頻高增益低噪聲放大器予以實現的技術方案是:包括輸入匹配電路、第一級放大電路、第二級放大電路和輸出匹配電路；所述輸入匹配電路由輸入端電感L2、M0S管M2、與MOS管M2的柵極并聯的電容Cl以及與MOS管M2相連的源極電感L3組成；輸入端的射頻信號通過電感L2輸入到MOS管M2的柵極，MOS管M2的源極通過電感L3接地，同時，電容Cl并聯在MOS管M2的柵極兩端；所述第一級放大電路，包括由MOS管M2和MOS管M3組成的共源共柵放大電路、電感L1、以及由電阻Rl、電阻R2和MOS管Ml組成的第一直流偏置電路；其中，所述MOS管Ml和MOS管M2組成電流鏡結構用于實現電流的復制；M0S管M3的源極連接到MOS管M2的柵極，MOS管M3的柵極接到電源VDD上，MOS管M3的漏極通過電感LI連接到電源VDD上；電阻Rl —端連接到電源VDD上，電阻Rl的另一端與柵漏相接的MOS管Ml的漏極相連，MOS管Ml的源極接地；所述電阻R2的兩端分別與MOS管Ml的柵極和MOS管M2的柵極相接，從而為MOS管M2提供直流偏置；所述第二級放大電路包括由MOS管M5、電阻R5、電容C3以及電感L4組成的共源極放大電路，以及由電阻R3、電阻R4和MOS管M4組成的第二直流偏置電路；經過第一級電路放大后的信號通過電容C2耦合到MOS管M5的柵極，MOS管M5的源極接地，MOS管M5的漏極通過一電感L3接到電源VDD上；所述電阻R5和電容C3連接在MOS管M5的柵漏極之間，構成反饋電路；電阻R3的一端連接到電源VDD上，電阻R3的另一端與柵漏相接的MOS管M4的漏極相連，MOS管M5的源極接地；所述輸出匹配電路包括電感L4、電容C4和電容C5組成；所述電容C4和電容C5的一端共同接在MOS管M5的漏極，所述電容C4的另一端接地，所述電容C5的另一端接在電路的輸出端；用chrt0.18um CMOS集成電路工藝實現將所有的有源和無源器件均集成在同一半導體襯底上。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是:本專利技術單片集成的射頻高增益低噪聲放大器與傳統設計方案相比具有以下幾個明顯的優點:(I)本專利技術實現了包括輸入輸出匹配網絡在內的所有有源器件和無源器件在內的單片集成，不需要任何匹配外部的匹配和優化且具有優秀的性能。(2)本專利技術在輸入端的MOS管的柵源極兩端并聯了電容Cl來調節柵源電容C' gs的大小。合理選取兩個電感L2和L3的L2和L3的值，可以使電路諧振于工作頻率Oci，同時獲得50Ω的輸入阻抗Zin(s)，為了使輸入端口阻抗匹配，需要滿足:本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種單片集成的射頻高增益低噪聲放大器，其特征在于，包括輸入匹配電路、第一級放大電路、第二級放大電路和輸出匹配電路；所述輸入匹配電路由輸入端電感L2、MOS管M2、與MOS管M2的柵極并聯的電容C1以及與MOS管M2相連的源極電感L3組成；輸入端的射頻信號通過電感L2輸入到MOS管M2的柵極，MOS管M2的源極通過電感L3接地，同時，電容C1并聯在MOS管M2的柵極兩端；所述第一級放大電路，包括由MOS管M2和MOS管M3組成的共源共柵放大電路、電感L1、以及由電阻R1、電阻R2和MOS管M1組成的第一直流偏置電路；其中，所述MOS管M1和MOS管M2組成電流鏡結構用于實現電流的復制；MOS管M3的源極連接到MOS管M2的柵極，MOS管M3的柵極接到電源VDD上，MOS管M3的漏極通過電感L1連接到電源VDD上；電阻R1一端連接到電源VDD上，電阻R1的另一端與柵漏相接的MOS管M1的漏極相連，MOS管M1的源極接地；所述電阻R2的兩端分別與MOS管M1的柵極和MOS管M2的柵極相接，從而為MOS管M2提供直流偏置；所述第二級放大電路包括由MOS管M5、電阻R5、電容C3以及電感L4組成的共源極放大電路，以及由電阻R3、電阻R4和MOS管M4組成的第二直流偏置電路；經過第一級電路放大后的信號通過電容C2耦合到MOS管M5的柵極，MOS管M5的源極接地，MOS管M5的漏極通過一電感L3接到電源VDD上；所述電阻R5和電容C3連接在MOS管M5的柵漏極之間，構成反饋電路；電阻R3的一端連接到電源VDD上，電阻R3的另一端與柵漏相接的MOS管M4的漏極相連，MOS管M5的源極接地；所述輸出匹配電路包括電感L4、電容C4和電容C5組成；所述電容C4和電容C5的一端共同接在MOS管M5的漏極，所述電容C4的另一端接地，所述電容C5的另一端接在電路的輸出端；用chrt0.18um?CMOS集成電路工藝實現將所有的有源和無源器件均集成在同一半導體襯底上。...

【技術特征摘要】
1.一種單片集成的射頻高增益低噪聲放大器，其特征在于，包括輸入匹配電路、第一級放大電路、第二級放大電路和輸出匹配電路； 所述輸入匹配電路由輸入端電感L2、MOS管M2、與MOS管M2的柵極并聯的電容Cl以及與MOS管M2相連的源極電感L3組成；輸入端的射頻信號通過電感L2輸入到MOS管M2的柵極，MOS管M2的源極通過電感L3接地，同時，電容Cl并聯在MOS管M2的柵極兩端；所述第一級放大電路，包括由MOS管M2和MOS管M3組成的共源共柵放大電路、電感L1、以及由電阻R1、電阻R2和MOS管Ml組成的第一直流偏置電路；其中，所述MOS管Ml和MOS管M2組成電流鏡結構用于實現電流的復制；M0S管M3的源極連接到MOS管M2的柵極，MOS管M3的柵極接到電源VDD上，MOS管M3的漏極通過電感LI連接到電源VDD上；電阻Rl 一端連接到電源VDD上，電阻Rl的另一端與柵漏相接的MOS管Ml的漏極相連，MOS管Ml的源極接地；所述電阻R2的兩端分別與MOS管Ml的柵極和MOS管M2的柵極相接，從而為M...

【專利技術屬性】
技術研發人員：秦國軒，楊來春，閆月星，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：天津;12