基于差分結構有源電感的低噪聲放大器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于差分結構有源電感的低噪聲放大器，包括輸入端，輸出端，有源電感，第一負載和第二負載。有源電感包括由第一晶體管和第二晶體管構成的差分輸入對，具有至少一第一共源晶體管的尾電流源，具有至少一第二共源晶體管的放大級以及可變電阻。其中第一晶體管的柵極連接輸入端，第二晶體管的柵極接第一偏置電壓；第一共源晶體管的漏極與差分輸入對的源極相連；第二共源晶體管的漏極與第一晶體管的柵極相連，源極接地；可變電阻連接于差分輸入對的漏極和第二共源晶體管的柵極之間。輸出端與差分輸入對的漏極相連。本發明的低噪聲放大器采用基于差分結構的有源電感，可工作于寬帶頻率范圍。
【專利說明】基于差分結構有源電感的低噪聲放大器
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路【技術領域】，特別涉及一種基于差分結構有源電感的低噪聲放大器。
【背景技術】
[0002]低噪聲放大器是射頻收發機中的重要模塊之一，主要用于通訊系統中將接收自天線的信號放大，以便于后級的接收機電路處理。由于來自天線的信號一般都非常微弱，低噪聲放大器一般情況下均位于非常靠近天線的部位以減小信號損耗。正是由于噪聲放大器位于整個接收機緊鄰天線的最先一級，它的特性直接影響著整個接收機接收信號的質量。為了確保天線接收的信號能夠在接收機的最后一級被正確的恢復，一個好的低噪聲放大器需要在放大信號的同時產生盡可能低的噪音以及失真。
[0003]隨著現代移動通訊的發展，低噪聲放大器要求能夠適用于各種頻率和協議的應用，因此對LNA的電感提出了更高的要求，尤其是要求LNA的電感可變，滿足各種頻率和協議應用的需要，從而使整個接收機成為一個寬帶的接收機。輸入端的阻抗匹配和噪聲匹配是實現高增益和低噪聲的關鍵，對輸入端的阻抗匹配和噪聲匹配影響最關鍵的是LNA的電感。
[0004]通常來說，用于輸入匹配的低噪聲放大器電感是由無源器件所構成，這不僅要求集成電路制造工藝中支持電感工藝，即頂層和次頂層金屬厚度非常大，而且由于電感占據了版圖很多資源使得整個低噪聲放大器的成本較高。
[0005]因此，如果能夠擺脫無源器件對工藝的專門要求、利用一種面積較小的有源電路來實現電感功能，將會對整個低噪聲放大器的設計帶來很大益處。
【發明內容】
[0006]本發明的主要目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種擺脫傳統無源器件所要求的集成電路制造工藝中的電感工藝且具有較小面積的低噪聲放大器。
[0007]本發明米用如下技術方案:一種基于差分結構有源電感的低噪聲放大器，包括輸入端，輸出端，有源電感，第一負載(Ml)和第二負載(M5)。輸入端用于接收輸入信號；有源電感包括由第一晶體管(M2)和第二晶體管(M3)構成的差分輸入對，所述第一晶體管(M2)的柵極連接所述輸入端，所述第二晶體管(M3)的柵極連接第一偏置電壓；具有至少一第一共源晶體管(M4)的尾電流源，用于向所述差分輸入對提供尾電流，該第一共源晶體管(M4)的漏極與所述差分輸入對的源極相連；具有至少一第二共源晶體管(M7)的放大級，該第二共源晶體管(M7)的漏極與所述第一晶體管(M2)的柵極相連，源極接地；以及可變電阻(R1)，連接于所述差分輸入對的漏極和所述第二共源晶體管(M7)的柵極之間。輸出端與所述差分輸入對的漏極相連；第一負載(Ml)連接于所述輸出端與電源(VDD)之間；第二負載(M5)連接于所述輸入端和電源(VDD)之間。
[0008]優選地，所述低噪聲放大器還包括第一電流源(II)，其輸入端與電源(VDD)相連，所述尾電流源為所述第一電流源(Il)的鏡像電流源；第三晶體管(M9)，其漏極與所述第一電流源(Il)的輸出端相連，所述第一共源晶體管(M4)與所述第三晶體管(M9)構成第一電流鏡以將所述第一電流源(11)的電流鏡像至所述差分輸入對的源極。
[0009]優選地，所述第二負載(M5)為負載晶體管，其源極接電源(VDD)，漏極與所述第二共源晶體管(M7)的漏極相連，所述第一電流源(Il)向所述負載晶體管(M5)提供電流。
[0010]優選地，所述低噪聲放大器還包括第四晶體管(M8)，其與所述第三晶體管(M9)構成第二電流鏡；第五晶體管(M6)，其漏極與所述第四晶體管(M8)的漏極相連，源極與電源(VDD)相連，柵極與所述負載晶體管(M5)的柵極共同連接第二偏置電壓。
[0011]優選地，所述第一負載(Ml)為有源負載或無源負載。
[0012]優選地，所述第一負載(Ml)為負載晶體管，其源極接電源(VDD)，漏極與所述差分輸入對的漏極相連，柵極與所述第五晶體管(M6)的柵極相連。
[0013]優選地，所述尾電流源還包括與所述第一共源晶體管構成共源共柵結構的第一共柵晶體管。
[0014]優選地，所述放大級還包括與所述第二共源晶體管構成共源共柵結構的第二共柵
晶體管。
[0015]優選地，所述第三晶體管(M9)的漏極通過電阻(R2)與所述第一電流源(Il)的輸出端相連。
[0016]與現有技術相比，本發明提出的低噪聲放大器擺脫了傳統無源器件所要求的集成電路制造工藝中的電感工藝，而且由于使用了有源電感也使得整個低噪聲放大器具備非常小的面積。此外，基于傳統無源電感的低噪聲放大器的頻率特性隨著無源電感L值的固定而相對固定，因此其工作頻率的帶寬較窄，即工作于窄帶頻率。而本發明的低噪聲放大器采用基于差分結構的有源電感，可以有效自由地改變有源電感的等效電感值，使得低噪聲放大器的工作頻率為寬帶頻率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明一實施例的低噪聲放大器的電路示意圖。
[0018]圖2是本發明一實施例的低噪聲放大器的輸入匹配與工作頻率的關系曲線圖。
【具體實施方式】
[0019]為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發明的內容作進一步說明。當然本發明并不局限于該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護范圍內。
[0020]在本說明書中及在權利要求書中，應理解當一元件被稱為“連接”到另一元件或與另一元件“相連”時，其可直接連接到另一元件，或可存在介入元件。
[0021]本發明的低噪聲放大器包括輸入端，輸出端，有源電感，第一負載和第二負載。有源電感為接地有源電感，其輸入端即為低噪聲放大器的輸入端。第一負載連接于輸出端與電源VDD之間，第二負載連接于輸入端與電源VDD之間。請參照圖1，其所示為本發明一實施例的低噪聲放大器的電路示意圖。本實施例的低噪聲放大器中，接地有源電感包括NMOS管M2和M3，NMOS管M4，可變電阻Rl和NMOS管M7。其中，NMOS管M2和M3構成一對差分輸入對，NMOS管M2的柵極作為有源電感的輸入端Vin接收輸入信號，NMOS管M3的柵極則連接偏置電壓VbiaSl。由于該有源電感的輸入端為NMOS管M2的柵極，從該有源電感輸入端看到的阻抗即為該有源電感的對地輸入阻抗。NMOS管M2和M3的漏極共同連接至低噪聲放大器的輸出端Vout，源極共同連接NMOS管M4的漏極。NMOS管M4為共源晶體管，在本實施例中作為尾電流源向差分輸入對提供尾電流。可變電阻Rl —端連接差分輸入對的漏極，另一端連接NMOS管M7的柵極。NMOS管M7的作用是作為放大級進行信號放大，其源極接地，漏極與有源電感的輸入端Vin相連。
[0022]當信號從輸入端Vin輸入時,差分輸入對將輸入信號進行放大,在NMOS管M2與NMOS管M3的源極形成等效虛地點，經過差分輸入對放大后的信號從NMOS管M2與NMOS管M3的漏極輸出，通過可變電阻Rl輸送給NMOS管M7的柵極，NMOS管M7等效為一個共源放大器，將其柵極的信號放大后從漏極輸出，而由于NMOS管M7的漏極也即是信號輸入端Vin,因此完成一個回路的放大，形成電感的特性。由于該電路為有源電路，因此該電感也是一種新型的有源電感。
[0023]通過小信號等效分析，該有源電感的等效電感值為:
[0024]
【權利要求】
1.一種基于差分結構有源電感的低噪聲放大器，其特征在于，包括: 輸入端，用于接收輸入信號； 有源電感，其包括: 由第一晶體管(M2)和第二晶體管(M3)構成的差分輸入對，所述第一晶體管(M2)的柵極連接所述輸入端，所述第二晶體管(M3)的柵極連接第一偏置電壓； 具有至少一第一共源晶體管(M4)的尾電流源，用于向所述差分輸入對提供尾電流，該第一共源晶體管(M4)的漏極與所述差分輸入對的源極相連； 具有至少一第二共源晶體管(M7)的放大級，該第二共源晶體管(M7)的漏極與所述第一晶體管(M2)的柵極相連，源極接地；以及 可變電阻(R1)，連接于所述差分輸入對的漏極和所述第二共源晶體管(M7)的柵極之間； 輸出端，與所述差分輸入對的漏極相連； 第一負載(Ml )，連接于所述輸出端與電源(VDD)之間；以及 第二負載(M5)，連接于所述輸入端和電源(VDD)之間。
2.根據權利要求1所述的低噪聲放大器，其特征在于，還包括: 第一電流源(II)，其輸入端與電源(VDD)相連，所述尾電流源為所述第一電流源(Il)的鏡像電流源； 第三晶體管(M9)，其漏極與所述第一電流源(Il)的輸出端相連，所述第一共源晶體管(M4)與所述第三晶體管(M9)構成第一電流鏡以將所述第一電流源(Il)的電流鏡像至所述差分輸入對的源極。
3.根據權利要求2所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述第二負載(M5)為負載晶體管，其源極接電源(VDD)，漏極與所述第二共源晶體管(M7)的漏極相連，所述第一電流源(Il)向所述負載晶體管(M5)提供電流。
4.根據權利要求3所述的低噪聲放大器，其特征在于，還包括: 第四晶體管(M8)，其與所述第三晶體管(M9)構成第二電流鏡； 第五晶體管(M6)，其漏極與所述第四晶體管(M8)的漏極相連，源極與電源(VDD)相連，柵極與所述負載晶體管(M5)的柵極共同連接第二偏置電壓。
5.根據權利要求4所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述第一負載(Ml)為有源負載或無源負載。
6.根據權利要求5所述的有源電感，其特征在于，所述第一負載(Ml)為負載晶體管，其源極接電源(VDD)，漏極與所述差分輸入對的漏極相連，柵極與所述第五晶體管(M6)的柵極相連。
7.根據權利要求1所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述尾電流源還包括與所述第一共源晶體管構成共源共柵結構的第一共柵晶體管。
8.根據權利要求1所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述放大級還包括與所述第二共源晶體管構成共源共柵結構的第二共柵晶體管。
9.根據權利要求2所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述第三晶體管(M9)的漏極通過電阻(R2)與所述第一電流源(Il)的輸出端相連。
【文檔編號】H03F1/26GK103973233SQ201410215815
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2014年5月20日
【發明者】李琛 申請人:上海集成電路研發中心有限公司