一种差分结构的宽带低噪声放大器

技术领域

本发明涉及射频前端电路技术领域，具体而言，涉及一种差分结构的宽带低噪声放大器。

背景技术

目前，在传统的低噪声放大器设计当中偏向于设计窄带的低噪声放大器，但随着无线通讯技术和软件定义无线电技术的发展，窄带的低噪声放大器已经不能满足现有的通信发展需求，对于可以兼容3G/4G/5G通信频段的宽带的低噪声放大器的需求逐渐增多。而现有的宽带低噪声放大器主要存在频段覆盖范围不够全面、带内平坦度较差、噪声性能较差等的问题。所以需要提供一种方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种差分结构的宽带低噪声放大器，用以实现提高宽带低噪声放大器的频段覆盖范围、提高带内平坦度、降低噪声影响的技术效果。

本发明提供了一种差分结构的宽带低噪声放大器，包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第一反馈电阻、第二反馈电阻、电源输入端、偏置电压输入端、信号输入端和信号输出端；所述第一MOS管的栅极和所述第二MOS管的栅极均与所述偏置电压输入端连接；所述第一MOS管的源极和所述第二MOS管的源极均与所述电源输入端的第一端连接；所述第三MOS管的栅极和所述第五MOS管的栅极均与所述信号输入端的正极连接；所述第四MOS管的栅极和所述第六MOS管的栅极均与所述信号输入端的负极连接；所述第三MOS管的源极、所述第四MOS管的源极、所述第五MOS管的源极和所述第六MOS管的源极均与所述电源输入端的第二端连接；所述第一MOS管的漏极、所述第三MOS管的漏极和所述第五MOS管的漏极均与所述信号输出端的正极连接；所述第二MOS管的漏极、所述第四MOS管的漏极和所述第六MOS管的漏极均与所述信号输出端的负极连接；所述第一反馈电阻设置在所述第三MOS管的栅极和漏极之间；所述第二反馈电阻设置在所述第四MOS管的栅极和漏极之间。

进一步地，所述宽带低噪声放大器还包括第一接地电容和第二接地电容；所述第一接地电容与所述第一MOS管的漏极连接；所述第二接地电容与所述第二MOS管的漏极连接。

进一步地，所述第一接地电容和所述第二接地电容的取值范围为2pF～4pF。

进一步地，所述电源输入端的第一端为正极；所述电源输入端的第二端为负极；所述第一MOS管和所述第二MOS管为PMOS管；所述第三MOS管、所述第四MOS管、所述第五MOS管和所述第六MOS管均为NMOS管。

进一步地，所述电源输入端的第一端为负极；所述电源输入端的第二端为正极；所述第一MOS管和所述第二MOS管为NMOS管；所述第三MOS管、所述第四MOS管、所述第五MOS管和所述第六MOS管均为PMOS管。

进一步地，所述宽带低噪声放大器还包括电感；所述第三MOS管的源极、所述第四MOS管的源极、所述第五MOS管的源极和所述第六MOS管的源极均通过所述电感与所述电源输入端的第二端连接。

进一步地，所述电感的感值范围为2nH～5nH。

进一步地，所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻均为可调电阻，且可调范围为100Ω-3000Ω。

本发明能够实现的有益效果是：本发明采用差分结构，可以有效地改善电路的噪声性能；同时通过设置的多个MOS管、第一反馈电阻和第二反馈电阻提高了电路的增益，降低了电路功耗，改善了电路噪声性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的第一种宽带低噪声放大器原理图；

图2为本发明实施例提供的第二种宽带低噪声放大器原理图；

图3为本发明实施例提供的第一种宽带低噪声放大器的增益仿真结果示意图；

图4为本发明实施例提供的第一种宽带低噪声放大器的噪声系数仿真结果示意图。

图标：10-宽带低噪声放大器；100-第一MOS管；200-第二MOS管；300-第三MOS管；400-第四MOS管；500-第五MOS管；600-第六MOS管；700-第一反馈电阻；800-第二反馈电阻。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参看图1和图2，图1为本发明实施例提供的第一种宽带低噪声放大器原理图；图2为本发明实施例提供的第二种宽带低噪声放大器原理图。

在一种实施方式中，本发明实施例提供的差分结构的宽带低噪声放大器10包括第一MOS管100、第二MOS管200、第三MOS管300、第四MOS管400、第五MOS管500、第六MOS管600、第一反馈电阻700、第二反馈电阻800、电源输入端、偏置电压输入端、信号输入端和信号输出端；第一MOS管100的栅极和第二MOS管200的栅极均与偏置电压输入端(VB)连接；第一MOS管100的源极和第二MOS管200的源极均与电源输入端的第一端连接；第三MOS管300的栅极和第五MOS管500的栅极均与信号输入端的正极(RFin+)连接；第四MOS管400的栅极和第六MOS管600的栅极均与信号输入端的负极(RFin-)连接；第三MOS管300的源极、第四MOS管400的源极、第五MOS管500的源极和第六MOS管600的源极均与电源输入端的第二端连接；第一MOS管100的漏极、第三MOS管300的漏极和第五MOS管500的漏极均与信号输出端的正极(RFout+)连接；第二MOS管200的漏极、第四MOS管400的漏极和第六MOS管600的漏极均与信号输出端的负极(RFout-)连接；第一反馈电阻700设置在第三MOS管300的栅极和漏极之间；第二反馈电阻800设置在第四MOS管400的栅极和漏极之间。

在一种实施方式中，为了进一步提高频段覆盖范围，第一反馈电阻700和第二反馈电阻800可以设为可调电阻，且可调范围为100Ω-3000Ω。通过调节第一反馈电阻700和第二反馈电阻800，就可以得到不同频段的输出信号。

在一种实施方式中，宽带低噪声放大器10还包括第一接地电容(C1)和第二接地电容(C2)；第一接地电容(C1)与第一MOS管100的漏极连接；第二接地电容(C2)与第二MOS管200的漏极连接。通过第一接地电容(C1)和第二接地电容(C2)可以将交流信号耦合到地，对信号进行滤波处理。其中，第一接地电容(C1)和第二接地电容(C2)的取值范围为2pF～4pF，其中一个较佳的取值为3pF。

在一种实施方式中，电源输入端的第一端可以为正极；电源输入端的第二端可以为负极；第一MOS管100和第二MOS管200为PMOS管；第三MOS管300、第四MOS管400、第五MOS管500和第六MOS管600均为NMOS管。其中，第一MOS管100和第二MOS管200的宽长比为62.5/1，fingers值范围为20～50；第三MOS管300和第四MOS管400的宽长比为33.3/1，fingers值范围为80～100；第五MOS管500和第六MOS管600的宽长比为33.3/1，fingers值范围为50～80。第一MOS管100和第二MOS管200的阈值电压范围为-350mV～-700mV；第三MOS管300、第四MOS管400、第五MOS管500和第六MOS管600阈值电压范围为300mV～600mV。电源输入端的正极输入电压(VDD)可以为1.3V或者1.8V。偏置电压(VB)范围为0.6V～1.1V。

在一种实施方式中，电源输入端的第一端也可以为负极；电源输入端的第二端也可以为正极；第一MOS管100和第二MOS管200为NMOS管；第三MOS管300、第四MOS管400、第五MOS管500和第六MOS管600均为PMOS管。

在一种实施方式中，宽带低噪声放大器10还包括电感L；第三MOS管300的源极、第四MOS管400的源极、第五MOS管500的源极和第六MOS管600的源极均通过电感L与电源输入端的第二端连接。通过设置的电感L可以有效隔绝来自地的串扰并提升电路稳定性。其中，为了保证性能更加可靠，电感L的感值范围可以设为2nH～5nH。

请参看图3和图4；图3为本发明实施例提供的第一种宽带低噪声放大器的增益仿真结果示意图；图4为本发明实施例提供的第一种宽带低噪声放大器的噪声系数仿真结果示意图。

在一种实施方式中，为了验证宽带低噪声放大器10的可靠性，本发明实施例经过多次仿真的优化迭代，得到的增益S21的仿真结果如图3所示，当差分结构的宽带低噪声放大器10的工作频段在30.0MHz～6.0GHz范围内时，带内增益S21为16.5～19.5dB，特别地，在2.4GH工作频率时的增益S21为18.3dB。噪声系数NF的仿真结果如图4所示，当差分结构的宽带低噪声放大器10的工作频段在30.0MHz～6.0GHz范围内时，带内噪声系数NF为0.3～1.1dB，特别地，在2.4GHz工作频率时的噪声系数NF约为0.3dB。

综上所述，本发明实施例提供一种差分结构的宽带低噪声放大器，包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第一反馈电阻、第二反馈电阻、电源输入端、偏置电压输入端、信号输入端和信号输出端；第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极均与偏置电压输入端连接；第一MOS管的源极和第二MOS管的源极均与电源输入端的第一端连接；第三MOS管的栅极和第五MOS管的栅极均与信号输入端的正极连接；第四MOS管的栅极和第六MOS管的栅极均与信号输入端的负极连接；第三MOS管的源极、第四MOS管的源极、第五MOS管的源极和第六MOS管的源极均与电源输入端的第二端连接；第一MOS管的漏极、第三MOS管的漏极和第五MOS管的漏极均与信号输出端的正极连接；第二MOS管的漏极、第四MOS管的漏极和第六MOS管的漏极均与信号输出端的负极连接；第一反馈电阻设置在第三MOS管的栅极和漏极之间；第二反馈电阻设置在第四MOS管的栅极和漏极之间；在提高宽带低噪声放大器的频段覆盖范围和带内平坦度的同时降低了噪声影响。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。