CN103546104B - 小面积、线性度可调谐的高线性低噪声放大器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小面积、线性度可调谐的高线性Cascode低噪声放大器，涉及射频集成电路领域，以解决现有低噪声放大器线性度不具有可调谐性，芯片面积过大的问题。该发明包括由共射级晶体管的集电极连接共基极晶体管的发射极构成的Cascode结构和创新的失真抵消通路，其中，所述失真抵消通路与所述Cascode结构的共射极晶体管集电极和共基极晶体管的发射极相连接，所述失真抵消通路包括并联了电容的共基极晶体管和集电极-基极短路连接的晶体管，所述低噪声放大器的阻抗匹配通过电阻串联电容的并联负反馈实现。本发明采用失真抵消通路，实现了宽带的高线性和线性度的可调谐；芯片面积有了极大的减小。

Description

小面积、线性度可调谐的高线性低噪声放大器

技术领域

本发明涉及一种射频集成电路技术领域，特别是涉及一种小面积、线性度可调谐的高线性低噪声放大器。

背景技术

随着无线通信业务的快速发展，无线接收机技术向着多标准、多模式和宽频带的方向发展。在多载波多信道的系统中，由于晶体管、二极管等器件都具有非线性特性，当两个或两个以上信号进入器件组成的通信电路时，将会产生交叉调制，产生的失真信号将很容易落在宽带系统的带内或相邻信道内。因此，为了保证系统的性能，提高信道利用率减小信号之间的相互干扰，线性度已经成为宽带无线接收机系统设计中，继增益和噪声之后需要考虑的另一个重要因素。

宽带低噪声放大器作为无线通信射频接收机系统前端的关键模块，其线性度、增益、噪声等都将直接影响着整个接收机的性能。因此，在宽频带范围内，宽带低噪声放大器应具有良好的线性度，以抑制相邻信号的干扰和防止灵敏度减弱；同时应具有高增益和良好的噪声性能以提高接收信号的信噪比，并且具有良好的阻抗匹配以降低信号的损耗。

为了提高线性度，传统的单端输入双极低噪声放大电路通常采用负反馈技术和双有源偏置方法，但是，负反馈技术要求晶体管必须工作在恰好合适的工作点上，限制了晶体管的跨导，导致了噪声和增益性能的恶化；双有源偏置方法的有效线性化频带较窄；同时，无论负反馈技术还是双有源偏置方法，其线性度都不具有可调谐性。

因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新的提出一种有效的措施，以满足多标准、多模式和宽频带无线接收机应用的需求。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种小面积、线性度可调谐的高线性低噪声放大器，使其极大的优化了电路性能，并且实现了宽带的高线性和线性度的可调谐；同时极大的减少了芯片面积。

为了解决上述问题，本发明提供一种小面积、线性度可调谐的高线性低噪声放大器，包括由共射级晶体管的集电极和共基极晶体管的发射极连接构成的Cascode结构，其中，还包括失真抵消通路，所述失真抵消通路与所述Cascode结构的共射极晶体管的集电极和共基极晶体管的发射极相连接，所述失真抵消通路包括并联了一电容的共基极晶体管和一集电极-基极短路连接的晶体管，并联一电容的共基极晶体管与集电极-基极短路连接的晶体管串联；所述低噪声放大器的阻抗匹配通过一电阻串联一电容的并联负反馈实现；

所述失真抵消通路中，晶体管的偏置采用一晶体管和三个电阻构成的电流源实现；所述失真抵消通路中，通过调整偏置电压源，改变晶体管偏置，实现线性度的可调谐。

优选的，所述共射极晶体管的偏置采用偏置电流源实现，所述共基极晶体管的偏置采用电阻自偏置结构实现。

优选的，所述偏置电流源由三个晶体管和三个电阻组成。

优选的，所述失真抵消通路位于所述Cascode结构的所述共射极晶体管和所述共基极晶体管之间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明电路结构简单，基本单元为传统的Cascode结构，采用创新性的失真抵消通路，电路原理清晰，电路性能得到优化，并且实现了宽带的高线性和线性度的可调谐；同时由于未使用无源螺旋电感，使芯片面积有了极大的减小。

以下将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，该实施例仅用于解释本发明。并不对本发明的保护范围构成限制。

附图说明

图1是本发明的电路结构图；

图2是本发明与未采用失真抵消通路的的低噪声放大器的噪声和增益的比较图；

图3是本发明在8GHz时的三阶交调点与未采用失真抵消通路的的低噪声放大器的比较图；

图4是本发明的三阶交调点与频率的关系图；

图5是本发明的电路结构框图。

主要元件符号说明：

1-输入端2-阻抗匹配3-Cascode结构

4-输出端5-偏置电流源6-失真抵消通路

101-共射级晶体管102-共基极晶体管103-电阻

104-电阻105-电容106-电容

107-电阻201-晶体管202-晶体管

203-晶体管204-电阻205-电阻

206-电阻207-电阻301-晶体管

302-共基极晶体管303-晶体管304-电阻

305-电阻306-交流耦合电容307-电阻

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，以硅锗异质结双极晶体管实例对本发明作进一步详细说明。但所举实例不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的实施例包括由共射级晶体管101和共基极晶体管102构成的Cascode结构3，其中，还包括失真抵消通路6，所述失真抵消通路6由并联了一电容的共基极晶体管302和一集电极-基极短路连接的晶体管301组成，所述低噪声放大器的阻抗匹配2通过一电阻104串联一电容105的并联负反馈实现。

如图1所示为本发明的电路结构图，本发明采用创新的失真抵消通路结构，失真抵消通路6由电容306、共基极晶体管302和集电极-基极短路连接的晶体管301组成；其中306和302并联后，再与集电极-基极短路连接的晶体管301串联。

失真抵消通路在Cascode结构的共射极晶体管101和共基极晶体管102之间。通过交流耦合电容306将共射极晶体管101产生的失真电流在抵消通路中抵消掉，其中耦合电容306为3pF。

在失真抵消通路中，共基极晶体管302和晶体管301的偏置电流由电压源V_tune、晶体管303和电阻304、305、307构成的偏置电流源提供，通过调节电压源V_tune，控制晶体管301的偏置电流，从而实现低噪声放大器线性度的可调谐性。

偏置电流源5为Cascode结构中的共射极晶体管提供稳定的偏置电流，其中集电极-基极短路连接的晶体管201抬高了晶体管202的基极电压。Cascode结构中的共基极晶体管采用电阻103自偏置的结构，用来减少由于电流镜失配带来的电路不匹配问题。

设计中采用了电阻104串联电容105的并联负反馈结构，实现阻抗匹配，未使用面积大的无源螺旋电感，从而极大的减小了芯片的面积。

晶体管发射极面积均为：A_E＝2×(0.3×16)μm²

如图2和图3所示，在8GHz时，由于失真抵消通路的引入，增益的损失很小，其对于放大器的整体性能而言是可以忽略的，故而线性度得到了极大的提高。

如图4所示，在8GHz时，通过调节偏置电压Vtune实现了线性度的可调谐性；在3～11GHz频段范围内，IIP₃为3-11.5dBm；芯片面积仅为0.26×0.27mm²。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种小面积、线性度可调谐的高线性低噪声放大器，包括由共射级晶体管的集电极和共基极晶体管的发射极连接构成的Cascode结构，其特征在于，还包括失真抵消通路，所述失真抵消通路与所述Cascode结构的共射极晶体管的集电极和共基极晶体管的发射极相连接，所述失真抵消通路包括并联了一电容的共基极晶体管和一集电极-基极晶体管短路连接的晶体管，并联一电容的共基极晶体管与集电极-基极短路连接的晶体管串联；所述低噪声放大器的阻抗匹配通过一电阻串联一电容的并联负反馈实现；

所述失真抵消通路中，晶体管的偏置采用一晶体管和三个电阻构成的电流源实现；所述失真抵消通路中，通过调整偏置电压源，改变晶体管偏置，实现线性度的可调谐。

2.如权利要求1所述的小面积、线性度可调谐的高线性低噪声放大器，其特征在于，所述共射极晶体管的偏置采用偏置电流源实现，所述共基极晶体管的偏置采用电阻自偏置结构实现。

3.如权利要求2所述的小面积、线性度可调谐的高线性低噪声放大器，其特征在于，所述偏置电流源由三个晶体管和三个电阻组成。

4.如权利要求3所述的小面积、线性度可调谐的高线性低噪声放大器，其特征在于，所述失真抵消通路位于所述Cascode结构的所述共射极晶体管和所述共基极晶体管之间。