基于差分结构有源电感的低噪声放大器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于差分结构有源电感的低噪声放大器，包括输入端，输出端，有源电感，第一负载和第二负载。有源电感包括由第一晶体管和第二晶体管构成的差分输入对，具有至少一第一共源晶体管的尾电流源，具有至少一第二共源晶体管的放大级以及可变电阻。其中第一晶体管的栅极连接输入端，第二晶体管的栅极接第一偏置电压；第一共源晶体管的漏极与差分输入对的源极相连；第二共源晶体管的漏极与第一晶体管的栅极相连，源极接地；可变电阻连接于差分输入对的漏极和第二共源晶体管的栅极之间。输出端与差分输入对的漏极相连。本发明的低噪声放大器采用基于差分结构的有源电感，可工作于宽带频率范围。
【专利说明】基于差分结构有源电感的低噪声放大器
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路【技术领域】，特别涉及一种基于差分结构有源电感的低噪声放大器。
【背景技术】
[0002]低噪声放大器是射频收发机中的重要模块之一，主要用于通讯系统中将接收自天线的信号放大，以便于后级的接收机电路处理。由于来自天线的信号一般都非常微弱，低噪声放大器一般情况下均位于非常靠近天线的部位以减小信号损耗。正是由于噪声放大器位于整个接收机紧邻天线的最先一级，它的特性直接影响着整个接收机接收信号的质量。为了确保天线接收的信号能够在接收机的最后一级被正确的恢复，一个好的低噪声放大器需要在放大信号的同时产生尽可能低的噪音以及失真。
[0003]随着现代移动通讯的发展，低噪声放大器要求能够适用于各种频率和协议的应用，因此对LNA的电感提出了更高的要求，尤其是要求LNA的电感可变，满足各种频率和协议应用的需要，从而使整个接收机成为一个宽带的接收机。输入端的阻抗匹配和噪声匹配是实现高增益和低噪声的关键，对输入端的阻抗匹配和噪声匹配影响最关键的是LNA的电感。
[0004]通常来说，用于输入匹配的低噪声放大器电感是由无源器件所构成，这不仅要求集成电路制造工艺中支持电感工艺，即顶层和次顶层金属厚度非常大，而且由于电感占据了版图很多资源使得整个低噪声放大器的成本较高。
[0005]因此，如果能够摆脱无源器件对工艺的专门要求、利用一种面积较小的有源电路来实现电感功能，将会对整个低噪声放大器的设计带来很大益处。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种摆脱传统无源器件所要求的集成电路制造工艺中的电感工艺且具有较小面积的低噪声放大器。
[0007]本发明米用如下技术方案:一种基于差分结构有源电感的低噪声放大器，包括输入端，输出端，有源电感，第一负载(Ml)和第二负载(M5)。输入端用于接收输入信号；有源电感包括由第一晶体管(M2)和第二晶体管(M3)构成的差分输入对，所述第一晶体管(M2)的栅极连接所述输入端，所述第二晶体管(M3)的栅极连接第一偏置电压；具有至少一第一共源晶体管(M4)的尾电流源，用于向所述差分输入对提供尾电流，该第一共源晶体管(M4)的漏极与所述差分输入对的源极相连；具有至少一第二共源晶体管(M7)的放大级，该第二共源晶体管(M7)的漏极与所述第一晶体管(M2)的栅极相连，源极接地；以及可变电阻(R1)，连接于所述差分输入对的漏极和所述第二共源晶体管(M7)的栅极之间。输出端与所述差分输入对的漏极相连；第一负载(Ml)连接于所述输出端与电源(VDD)之间；第二负载(M5)连接于所述输入端和电源(VDD)之间。
[0008]优选地，所述低噪声放大器还包括第一电流源(II)，其输入端与电源(VDD)相连，所述尾电流源为所述第一电流源(Il)的镜像电流源；第三晶体管(M9)，其漏极与所述第一电流源(Il)的输出端相连，所述第一共源晶体管(M4)与所述第三晶体管(M9)构成第一电流镜以将所述第一电流源(11)的电流镜像至所述差分输入对的源极。
[0009]优选地，所述第二负载(M5)为负载晶体管，其源极接电源(VDD)，漏极与所述第二共源晶体管(M7)的漏极相连，所述第一电流源(Il)向所述负载晶体管(M5)提供电流。
[0010]优选地，所述低噪声放大器还包括第四晶体管(M8)，其与所述第三晶体管(M9)构成第二电流镜；第五晶体管(M6)，其漏极与所述第四晶体管(M8)的漏极相连，源极与电源(VDD)相连，栅极与所述负载晶体管(M5)的栅极共同连接第二偏置电压。
[0011]优选地，所述第一负载(Ml)为有源负载或无源负载。
[0012]优选地，所述第一负载(Ml)为负载晶体管，其源极接电源(VDD)，漏极与所述差分输入对的漏极相连，栅极与所述第五晶体管(M6)的栅极相连。
[0013]优选地，所述尾电流源还包括与所述第一共源晶体管构成共源共栅结构的第一共栅晶体管。
[0014]优选地，所述放大级还包括与所述第二共源晶体管构成共源共栅结构的第二共栅
晶体管。
[0015]优选地，所述第三晶体管(M9)的漏极通过电阻(R2)与所述第一电流源(Il)的输出端相连。
[0016]与现有技术相比，本发明提出的低噪声放大器摆脱了传统无源器件所要求的集成电路制造工艺中的电感工艺，而且由于使用了有源电感也使得整个低噪声放大器具备非常小的面积。此外，基于传统无源电感的低噪声放大器的频率特性随着无源电感L值的固定而相对固定，因此其工作频率的带宽较窄，即工作于窄带频率。而本发明的低噪声放大器采用基于差分结构的有源电感，可以有效自由地改变有源电感的等效电感值，使得低噪声放大器的工作频率为宽带频率。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明一实施例的低噪声放大器的电路示意图。
[0018]图2是本发明一实施例的低噪声放大器的输入匹配与工作频率的关系曲线图。
【具体实施方式】
[0019]为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
[0020]在本说明书中及在权利要求书中，应理解当一元件被称为“连接”到另一元件或与另一元件“相连”时，其可直接连接到另一元件，或可存在介入元件。
[0021]本发明的低噪声放大器包括输入端，输出端，有源电感，第一负载和第二负载。有源电感为接地有源电感，其输入端即为低噪声放大器的输入端。第一负载连接于输出端与电源VDD之间，第二负载连接于输入端与电源VDD之间。请参照图1，其所示为本发明一实施例的低噪声放大器的电路示意图。本实施例的低噪声放大器中，接地有源电感包括NMOS管M2和M3，NMOS管M4，可变电阻Rl和NMOS管M7。其中，NMOS管M2和M3构成一对差分输入对，NMOS管M2的栅极作为有源电感的输入端Vin接收输入信号，NMOS管M3的栅极则连接偏置电压VbiaSl。由于该有源电感的输入端为NMOS管M2的栅极，从该有源电感输入端看到的阻抗即为该有源电感的对地输入阻抗。NMOS管M2和M3的漏极共同连接至低噪声放大器的输出端Vout，源极共同连接NMOS管M4的漏极。NMOS管M4为共源晶体管，在本实施例中作为尾电流源向差分输入对提供尾电流。可变电阻Rl —端连接差分输入对的漏极，另一端连接NMOS管M7的栅极。NMOS管M7的作用是作为放大级进行信号放大，其源极接地，漏极与有源电感的输入端Vin相连。
[0022]当信号从输入端Vin输入时,差分输入对将输入信号进行放大,在NMOS管M2与NMOS管M3的源极形成等效虚地点，经过差分输入对放大后的信号从NMOS管M2与NMOS管M3的漏极输出，通过可变电阻Rl输送给NMOS管M7的栅极，NMOS管M7等效为一个共源放大器，将其栅极的信号放大后从漏极输出，而由于NMOS管M7的漏极也即是信号输入端Vin,因此完成一个回路的放大，形成电感的特性。由于该电路为有源电路，因此该电感也是一种新型的有源电感。
[0023]通过小信号等效分析，该有源电感的等效电感值为:
[0024]
【权利要求】
1.一种基于差分结构有源电感的低噪声放大器，其特征在于，包括: 输入端，用于接收输入信号； 有源电感，其包括: 由第一晶体管(M2)和第二晶体管(M3)构成的差分输入对，所述第一晶体管(M2)的栅极连接所述输入端，所述第二晶体管(M3)的栅极连接第一偏置电压； 具有至少一第一共源晶体管(M4)的尾电流源，用于向所述差分输入对提供尾电流，该第一共源晶体管(M4)的漏极与所述差分输入对的源极相连； 具有至少一第二共源晶体管(M7)的放大级，该第二共源晶体管(M7)的漏极与所述第一晶体管(M2)的栅极相连，源极接地；以及 可变电阻(R1)，连接于所述差分输入对的漏极和所述第二共源晶体管(M7)的栅极之间； 输出端，与所述差分输入对的漏极相连； 第一负载(Ml )，连接于所述输出端与电源(VDD)之间；以及 第二负载(M5)，连接于所述输入端和电源(VDD)之间。
2.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，还包括: 第一电流源(II)，其输入端与电源(VDD)相连，所述尾电流源为所述第一电流源(Il)的镜像电流源； 第三晶体管(M9)，其漏极与所述第一电流源(Il)的输出端相连，所述第一共源晶体管(M4)与所述第三晶体管(M9)构成第一电流镜以将所述第一电流源(Il)的电流镜像至所述差分输入对的源极。
3.根据权利要求2所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第二负载(M5)为负载晶体管，其源极接电源(VDD)，漏极与所述第二共源晶体管(M7)的漏极相连，所述第一电流源(Il)向所述负载晶体管(M5)提供电流。
4.根据权利要求3所述的低噪声放大器，其特征在于，还包括: 第四晶体管(M8)，其与所述第三晶体管(M9)构成第二电流镜； 第五晶体管(M6)，其漏极与所述第四晶体管(M8)的漏极相连，源极与电源(VDD)相连，栅极与所述负载晶体管(M5)的栅极共同连接第二偏置电压。
5.根据权利要求4所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第一负载(Ml)为有源负载或无源负载。
6.根据权利要求5所述的有源电感，其特征在于，所述第一负载(Ml)为负载晶体管，其源极接电源(VDD)，漏极与所述差分输入对的漏极相连，栅极与所述第五晶体管(M6)的栅极相连。
7.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述尾电流源还包括与所述第一共源晶体管构成共源共栅结构的第一共栅晶体管。
8.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述放大级还包括与所述第二共源晶体管构成共源共栅结构的第二共栅晶体管。
9.根据权利要求2所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第三晶体管(M9)的漏极通过电阻(R2)与所述第一电流源(Il)的输出端相连。
【文档编号】H03F1/26GK103973233SQ201410215815
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】李琛 申请人:上海集成电路研发中心有限公司