CN116317980B - 一种低噪声放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微电子、半导体及通信技术领域，其公开了一种低噪声放大器；本发明的射频信号从射频输入端口进入，经过放大电路放大后，一部分信号从射频输出端口输出，另一部分信号经过偏置电路返回至射频输入端口；放大电路包括共源共栅放大器；而本发明的偏置电路结构与一般有源偏置不同，本发明采用偏置外接扼流圈反馈到输入端口，此结构方式不仅能优化噪声且应用灵活，放大电路结构采用共源放大器结构的方式来弥补增益，提高低噪声放大器的性能，进而使得整个系统的性能提升。
Description
技术领域
本发明涉及微电子、半导体及通信技术领域，特别涉及一种低噪声放大器。
背景技术
在无线通信系统的接收模块中，其中从天线接受信号的第一个有源器件就是低噪声放大器(LNA：Low Noise Amplifier)，低噪声放大器，一方面可以放大天线从外部环境接收到的微弱信号，以解调出所需的数据信息供系统使用；另一方面可以降低系统的噪声干扰，提高整机的灵敏度。
当今，人们对各种无线通信工具的要求越来越高，如功率辐射要小、作用距离要远、覆盖范围要广等，这就对系统的接收灵敏度提出了更高的要求；在一些射频通信电路的应用中，例如，远距离无线通信系统中接收机的第一级射频放大电路，由于射频信号经过远距离传输已经非常微弱，必须尽可能降低放大电路的噪声以提高信噪比，这时设计放大电路的主要目标是降低噪声，获得最小的噪声系数，在射频放大电路的设计中，获取最大功率增益和最小噪声系数是矛盾的，因此需要以牺牲功率增益为代价来获得最小噪声系数，在射频通信电路中，随着通信距离的增加和无线通信系统的广泛应用，很多接收系统都需要处理很微弱的射频信号，因此噪声系数是低噪放最重要的指标。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种低噪声放大器，其采用偏置外接扼流圈反馈到输入端口，此结构方式不仅能优化噪声且应用灵活，放大电路结构采用共源放大器结构的方式来弥补增益，提高低噪声放大器的性能，进而使得整个系统的性能提升。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种低噪声放大器，其中，射频信号从射频输入端口进入，经过放大电路放大后，一部分信号从射频输出端口输出，另一部分信号经过偏置电路返回至所述射频输入端口；所述放大电路包括共源共栅放大器。
作为本发明的一种改进，所述偏置电路为有源偏置电路。
作为本发明的进一步改进，所述有源偏置电路内设置有反向二极管。
作为本发明的更进一步改进，所述有源偏置电路采用绑线到扼流圈的方式进行栅极偏置。
作为本发明的更进一步改进，所述偏置电路包括晶体管M2、反向二极管D1和电阻R2，电阻R2的一端分别与晶体管M2的漏极、晶体管M2的栅极连接，电阻R2的另一端通过绑线与外接扼流圈连接反馈到所述放大电路的栅极，晶体管M2的栅极与晶体管M2的漏极连接，晶体管M2的源极接地。
作为本发明的更进一步改进，所述放大电路与反馈电路连接，所述反馈电路包括串联的电容C3和电阻R1，所述放大电路包括晶体管M1，所述电阻R1与晶体管M1的漏极连接，电容C3与晶体管M1的栅极连接。
作为本发明的更进一步改进，所述放大电路与RC并联电路连接，所述RC并联电路包括电阻R3和电容C4，电阻R3的一端与晶体管M1的漏极连接，电容C4的一端与电阻R3的另一端连接，电容C4的另一端接地。
作为本发明的更进一步改进，电容C1作为隔直电容与射频输入端口连接，电容C2作为隔直电容与射频输出端口连接。
作为本发明的更进一步改进，电容C2与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与电阻R4的一端连接，电感L2的一端与电阻R4的另一端、电阻R2连接，电感L2的另一端与电容C2连接，电感L1为射频输出端口的扼流圈，电感L2为偏置电路反馈栅极的扼流圈。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的偏置电路结构与一般有源偏置不同，本发明采用偏置外接扼流圈反馈到输入端口，此结构方式不仅能优化噪声且应用灵活，且其放大电路结构采用共源放大器结构的方式来弥补增益，提高低噪声放大器的性能，进而使得整个系统的性能提升。
附图说明
图1为本发明的低噪声放大器的电路结构图；
图2为目前现有传统的有源偏置电路的电路图；
图3为本发明的有源偏置电路的电路图；
图4为本发明随着频率变化的增益曲线；
图5为本发明随着频率变化的噪声系数曲线。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照附图1至附图5，本发明的一种低噪声放大器，其射频信号从射频输入端口进入，经过放大电路放大后，一部分信号从射频输出端口输出，另一部分信号经过偏置电路返回至所述射频输入端口；放大电路包括共源共栅放大器。
在本发明内，通过偏置电路结构来稳定静态工作点，从而优化噪声和改善高频稳定性，而且采用共源放大器结构的方式来弥补增益，提高低噪声放大器的性能，进而使得整个系统的性能提升。
在本发明内，偏置电路为有源偏置电路，有源偏置电路内设置有反向二极管，其通过有源偏置电路结构稳定静态工作点，优化噪声，有源偏置电路中加入的反向二极管用来改善高频稳定性；进一步，有源偏置电路采用绑线到扼流圈的方式进行栅极偏置，能够使其噪声更低。
若采用一般有源偏置电路，在优化噪声方面，如果将附图1中的电感L2换成很大的电阻，其很难达到与本发明一样的效果，而且这样会使芯片成本大幅度增加，因此想要将芯片成本降低且实现超低的噪声系数，则须采用本发明偏置外接扼流圈反馈到输入端口，此结构方式不仅能优化噪声且应用灵活，放大电路结构采用共源放大器结构的方式来弥补增益，提高低噪声放大器的性能，进而使得整个系统的性能提升。
本发明包括放大电路、有源偏置电路、RC并联支路；偏置电路包括晶体管M2、反向二极管D1和电阻R2，电阻R2的一端分别与晶体管M2的漏极、晶体管M2的栅极连接，电阻R2的另一端通过绑线与外接扼流圈连接反馈到所述放大电路的栅极，晶体管M2的栅极与晶体管M2的漏极连接，晶体管M2的源极接地；具体地讲，有源偏置电路包括晶体管M2、二极管D1、电阻R2，其中，电阻R2连接晶体管M2的漏极，晶体管M2的栅极同时连接电阻R2和晶体管M2的漏极，电阻R2通过绑线与外接扼流圈连接反馈到放大电路的栅极，晶体管M2源极地孔接地，二极管D1的正极与晶体管M2的源极连接，其负极与晶体管M2的漏极连接。
在本发明内，放大电路包括晶体管M1，其具有放大作用，而且放大电路与反馈电路连接，反馈电路包括串联的电容C3和电阻R1，电阻R1与晶体管M1的漏极连接，电容C3与晶体管M1的栅极连接。
在本发明内，放大电路与RC并联电路连接，RC并联电路包括电阻R3和电容C4，电阻R3的一端与晶体管M1的漏极连接，电容C4的一端与电阻R3的另一端连接，电容C4的另一端接地；具体地讲，RC并联支路包括电阻R3和电容C4，其中，电阻R3与晶体管M1的漏极连接，电容C4与电阻R3连接，其另一端接地。
在本发明内，电容C1作为隔直电容与射频输入端口连接，电容C2作为隔直电容与射频输出端口连接，电容C2与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与电阻R4的一端连接，电感L2的一端与电阻R4的另一端、电阻R2连接，电感L2的另一端与电容C2连接，电感L1为射频输出端口的扼流圈，电感L2为偏置电路反馈栅极的扼流圈。
本发明具有低噪声的特点，其工作原理如下：
晶体管M2与二极管D1以及电阻R2组成的有源偏置电路并没有直接通过R2反馈到晶体管M1的栅极，而是通过绑线外接扼流电感特殊反馈方式进行噪声的优化，其中，电阻R3与电容C4用来提高稳定性，电阻R1与电容C3作为负反馈电路用来拓展带宽，提高稳定性，优化低频噪声。
如附图4所示，此图为本设计的小信号增益随着频率变化的曲线，纵坐标用来表示增益大小，横坐标用来表示频率的范围，通过调节电阻R1与电容C3的大小能够保证在频带0.5GHz～1GHz增益大于18dB。
如附图5所示，此图为本设计关键指标噪声系数随着频率变化的曲线，纵坐标用来表示噪声大小，横坐标用来表示频率的范围，图中将本设计与传统有源偏置电路相比，噪声具有明显优势，通过扼流线圈的偏置方式使得偏置电路与主放大电路之间能够有效实现射频隔离，这样能够减小偏置电路带来的额外噪声，使得在频带0.5GHz～1GHz噪声系数小于0.2dB。而传统有源偏置需要将图2中的R3阻值调整到万欧姆级别也很难达到本设计的噪声指标，并且当R3达到万欧姆时会产生分压作用，影响射频放大管状态。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种低噪声放大器，其特征在于，射频信号从射频输入端口进入，经过放大电路放大后，一部分信号从射频输出端口输出，另一部分信号经过偏置电路返回至所述射频输入端口；所述放大电路包括共源共栅放大器；
所述偏置电路包括晶体管M2、反向二极管D1和电阻R2，电阻R2的一端分别与晶体管M2的漏极、晶体管M2的栅极连接，电阻R2的另一端通过绑线与外接扼流圈连接反馈到所述放大电路的栅极，晶体管M2的栅极与晶体管M2的漏极连接，晶体管M2的源极接地；
所述放大电路与反馈电路连接，所述反馈电路包括串联的电容C3和电阻R1，所述放大电路包括晶体管M1，所述电阻R1与晶体管M1的漏极连接，电容C3与晶体管M1的栅极连接；
所述放大电路与RC并联电路连接，所述RC并联电路包括电阻R3和电容C4，电阻R3的一端与晶体管M1的漏极连接，电容C4的一端与电阻R3的另一端连接，电容C4的另一端接地；
电容C2与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与电阻R4的一端连接，电感L2的一端与电阻R4的另一端、电阻R2连接，电感L2的另一端与电容C2连接，电感L1为射频输出端口的扼流圈，电感L2为偏置电路反馈栅极的扼流圈。
2.根据权利要求1所述的一种低噪声放大器，其特征在于，所述偏置电路为有源偏置电路。
3.根据权利要求2所述的一种低噪声放大器，其特征在于，所述有源偏置电路内设置有反向二极管。
4.根据权利要求3所述的一种低噪声放大器，其特征在于，所述有源偏置电路采用绑线到扼流圈的方式进行栅极偏置。
5.根据权利要求1所述的一种低噪声放大器，其特征在于，电容C1作为隔直电容与射频输入端口连接，电容C2作为隔直电容与射频输出端口连接。
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