专利名称：一种基于可控有源电感的全3g cmos差分低噪声放大器的制作方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，涉及一个低噪声放大器，具体涉及一个基于可控有源电感的全3G CMOS差分低噪声放大器。
背景技术：
随着第三代移动通信技术(3rd_generation, 3G)的出现和发展,3G通信已经走进我们的日常生活。目前在中国的无线通信领域主要有三种3G通信标准中国联通使用的WCDMA通信标准，中国电信使用的CDMA2000通信标准，以及中国移动使用的TD-SCDMA通信标准。这三种标准在中国的下行频率分别是WCDMA为2130-2145MHz，⑶MA2000为2110-2125MHz, TD-SCDMA为2010-2025MHZ。随着全球同步漫游和一体化手机需求的增加，在一个手机终端上集成多个通信标准正成为一种必然趋势。当前的手机市场上已有很多集 成了双标准的手机,如 WCDMA+GSM，TD-SWCDMA+GSM, CDMA+CDMA2000 或 CDMA2000+GSM 等；也有多模的手机出现，如WCDMA+GSM+CDMA2000+CDMA，但只是为了兼容第二代移动通信标准，并没有实现集成所有的3G通信标准。另外，蓝牙(Bluetooth)传输协议作为一种常见的无线通信技术，主要用于移动电话、无线耳机、笔记本电脑和相关外设之间进行无线信息交换，其工作频率为2. 4GHz，作为一种非常有用的无线数据传输工具，将其集成在手机终端上是非常常见的，也是很必要的。关于有源电感的研究已经有很多，与片上螺旋电感相比，其具有面积小、品质因子高、可控性好等特点。附图I给出了可控有源电感的电路图。通过改变有源电感的偏置电流可以改变其等效电感值，用于不同标准下的阻抗匹配。为了解决现有技术中的不足，本发明主要基于3G通信标准和Bluetooth标准，提供一个能兼容WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA和Bluetooth四种通信标准的基于可控有源电感CMOS差分低噪声放大器。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明的目的旨在提供一种可控、全3G、低功耗、小面积的CMOS差分低噪声放大器，该放大器基于CMOS工艺实现，具有噪声小、增益高、线性度好等优点。本发明通过如下技术方案实现—种基于可控有源电感的全3G CMOS差分低噪声放大器,其包括输入阻抗匹配电路、放大电路和输出阻抗匹配电路；其特征在于所述输入阻抗匹配电路用于接收来自天线的信号并实现WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA和Bluetooth四个标准下的输入阻抗匹配；所述放大电路连接于所述输入阻抗匹配电路与所述输出阻抗匹配电路之间，用于放大所述输A阻抗电路接收的信号；所述输出阻抗匹配电路连接于所述放大电路和输出端之间以匹配所述四个标准的输出阻抗，并输出最终的输出信号；所述放大电路为带源极电感负反馈和电容正反馈的共源共栅结构，且在共栅管处并联了一个正反馈电容；所述放大电路包含第一 NMOS管Ml、第二 NMOS管M2、第三NMOS管M3、第四NMOS管M4、第一电容Cf I、第二电容Cf2和第一电感Ls，其中第一电感Ls作为源极负反馈，第一电容Cfl和第二电容Cf2作为正反馈电容，第一 NMOS管Ml、第二 NMOS管M2为差分输入管，第三NMOS管M3、第四NMOS管M4为电流源负载；所述输入阻抗匹配电路包括第二电感Lgl和第三电感Lg2，第二电感Lgl的一端用于差分信号的正端输入，另一端与Ml的栅极相连；第三电感Lg2的一端用于差分信号的负端输入，另一端与第三NMOS管M3的栅极相连；所述输出阻抗匹配电路包括第一电阻Rdl、第二电阻Rd2、第四电感Ldl、第五电感Ld2、第三电容Coutl和第四电容Cout2 ；其中，第二 NMOS管M2的栅极与第一偏置电压Vdcl相连，第二 NMOS管M2的漏端与第一电容Cfl的另一端连接，并分出三个支路分别与第一电阻Rdl、第四电感Ldl和第三 电容Coutl的一端相连,第一电阻Rdl、第四电感Ldl的另一端共同连接在电源Vdd上,第三电容Coutl的另一端与信号输出端的正端相连；第三NMOS管M3的漏极分别第四NMOS管M4的源极和第二电容Cf2的一端相连，第四NMOS管M4的栅极与第二偏置电压Vdc2相连，第四NMOS管M4的漏端与Cf2的另一端连接，并分出三个支路分别于第二电阻Rd2、第五电感Ld2和第四电容Cout2的一端相连，第二电阻Rd2和第五电感Ld2的另一端共同连接在电源Vdd上，第四电容Cout2的另一端与信号输出端的负端相连；所述输入阻抗匹配电路匹配所述四个标准的输入阻抗，当输入不同频率的信号时，通过改变有源电感的偏置电流来改变有源电感的等效电感值，以实现所述四个标准的输入阻抗匹配。本发明还提供了 所述电容为MOS电容。所述MOS电容为MOS管的MOS电容的栅极与连接在一起的源极、漏极、衬底形成，其电容值由MOS管的宽和长决定。所述电感为有源电感。所述有源电感采用MOS工艺实现。
图I :现有技术中可控有源电感的电路图。图2 :本发明提供的基于可控有源电感的全3G CMOS差分低噪声放大器。图3 :现有技术中可控有源电感品质因子Q的仿真结果。图4 :本发明提供的基于可控有源电感的全3G CMOS差分低噪声放大器的Sll参数仿真结果。图5 :本发明提供的基于可控有源电感的全3G CMOS差分低噪声放大器的S12参数仿真结果。图6 :本发明提供的基于可控有源电感的全3G CMOS差分低噪声放大器的S21参数仿真结果。图7 :本发明提供的基于可控有源电感的全3G CMOS差分低噪声放大器的S22参数仿真结果。图8 :本发明提供的基于可控有源电感的全3G CMOS差分低噪声放大器的噪声系数NF仿真结果。
具体实施例方式下面结合具体附图和实施案例对本发明作进一步说明。本发明设计的基于可控有源电感的全3G CMOS差分低噪声放大器，是一个兼容WCDMA, CDMA2000、TD-SCDMA和Bluetooth四个无线通信标准的差分窄带低噪声放大器，根据各个标准工作频率的不同，通过控制有源电感的偏置电流，进而控制有源电感的等效电感值，再结合共源管的寄生电容，实现低噪声放大器在不同标准下的输入阻抗匹配，使其可工作在相应的无线通信标准下。此外，本发明设计的低噪声放大器采用可控的有源电感，使电路复用达到最大化，因此不仅具有低功耗、小面积、低成本等优点，而且具有低噪声、高增益、低输入反射系数和高线性度等优点。本发明设计的基于可控有源电感的全3G CMOS差分低噪声放大器的电路原理如附图2所示，包含输入阻抗匹配电路、放大电路和输出阻抗匹配电路。
所述输入阻抗匹配电路包括第一有源电感Ls、第二有源电感Lgl、第三有源电感Lg2。输入阻抗匹配电路通过改变可控有源电感的偏置电流来改变有源电感的等效电感值，从而实现不同标准下的输入阻抗匹配。所述放大电路为带源极电感负反馈共源共栅结构且在共栅管处并联了一个正反馈电容,包含第一 NMOS管Ml、第二 NMOS管M2、第三NMOS管M3、第四NMOS管M4、第一电感Ls、第一电容Cfl和第二电容Cf2，其中Ls作为源极负反馈，Cfl和Cfl为正反馈电容，Ml、M3为差分输入管，M2、M4为电流源负载，其中Ls实现源极负反馈，用以提高电路的线性度，降低电路噪声，Cfl和Cf2实现电路的正反馈，用以提升电路的增益。所述输出阻抗匹配电路包括第一电阻Rdl、第二电阻Rd2、第四电感Ldl、第五电感Ld2、第三电容Cout I、第四电容Cout2，用以实现不同频率下的输出阻抗匹配。电路的具体连接方式为电感Lgl的一端用于差分信号的正端输入，另一端与Ml的栅极相连，Ml的漏极分别与M2的源极和Cfl的一端相连，M2的栅极与偏置电压Vdcl相连，M2的漏端与Cfl的另一端连接，又分出三个支路分别与RdULdl和Coutl的一端相连，Rdl和Ldl的另一端共同连接在Vdd上，Coutl的另一端与信号输出端的正端相连；电感Lg2的一端用于差分信号的负端输入，另一端与M3的栅极相连，M3的漏极分别M4的源极和Cf2的一端相连，M4的栅极与偏置电压Vdc2相连，M4的漏端与Cf2的另一端连接，又分出三个支路分别于Rd2、Ld2和Cout2的一端相连，Rd2和Ld2的另一端共同连接在Vdd上，Cout2的另一端与信号输出端的负端相连。放大电路采用带源极电感负反馈的共源共栅结构且在共栅管处并联了一个正反馈电容，采用源极电感负反馈，可降低系统噪声，提高系统的线性度；采用电容正反馈，可提高放大器增益，且不增加系统的直流功耗。输出阻抗匹配电路使用LC谐振网络与电阻并联，以减小电阻在高频下的寄生效应，实现宽频带匹配。具体工作机制如下I、电感Lgl、电感Lg2及电感Ls是不同标准下的共用有源电感，在保证输入阻抗匹配的同时，通过共用电路元件达到减小电路面积的目的。其电感的等效电感值‘和等效电阻值&分别为
权利要求
1.一种基于可控有源电感的全3G CMOS差分低噪声放大器,其包括输入阻抗匹配电路、放大电路和输出阻抗匹配电路；其特征在于所述输入阻抗匹配电路用于接收来自天线的信号并实现WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA和Bluetooth四个标准下的输入阻抗匹配；所述放大电路连接于所述输入阻抗匹配电路与所述输出阻抗匹配电路之间，用于放大所述输入阻抗电路接收的信号；所述输出阻抗匹配电路连接于所述放大电路和输出端之间以匹配所述四个标准的输出阻抗，并输出最终的输出信号； 所述放大电路为带源极电感负反馈和电容正反馈的共源共栅结构；所述放大电路包含第一 NMOS管Ml、第二 NMOS管M2、第三NMOS管M3、第四NMOS管M4、第一电容Cf!、第二电容Cf2和第一电感Ls，其中第一电感Ls作为源极负反馈，第一电容Cfl和第二电容Cf2作为正反馈电容，第一 NMOS管Ml、第二 NMOS管M2为差分输入管，第三NMOS管M3、第四NMOS管M4为电流源负载； 所述输入阻抗匹配电路包括第二电感Lgl和第三电感Lg2，第二电感Lgl的一端用于差分信号的正端输入，另一端与第一 NMOS管Ml的栅极相连；第三电感Lg2的一端用于差分信号的负端输入，另一端与第三NMOS管M3的栅极相连； 所述输出阻抗匹配电路包括第一电阻Rdl、第二电阻Rd2、第四电感Ldl、第五电感Ld2、第三电容Coutl和第四电容Cout2 ； 所述第二 NMOS管M2的栅极与第一偏置电压Vdcl相连，第二 NMOS管M2的漏端与第一电容Cfl的另一端连接，并分出三个支路分别与第一电阻Rdl、第四电感Ldl和第三电容Coutl的一端相连,第一电阻Rdl、第四电感Ldl的另一端共同连接在电源Vdd上,第三电容Coutl的另一端与信号输出端的正端相连；第三NMOS管M3的漏极分别第四NMOS管M4的源极和第二电容Cf2的一端相连，第四NMOS管M4的栅极与第二偏置电压Vdc2相连，第四NMOS管M4的漏端与Cf 2的另一端连接，并分出三个支路分别于第二电阻Rd2、第五电感Ld2和第四电容Cout2的一端相连，第二电阻Rd2和第五电感Ld2的另一端共同连接在电源Vdd上，第四电容Cout2的另一端与信号输出端的负端相连； 所述输入阻抗匹配电路匹配所述四个标准的输入阻抗，当输入不同频率的信号时，通过改变有源电感的偏置电流来改变有源电感的等效电感值，以实现所述四个标准的输入阻抗匹配。
2.根据权利要求I所述的基于可控有源电感的全3GCMOS差分低噪声放大器，其特征在于所述第一电感Ls、第二电感Lgl、第三电感Lg2、第四电感Ldl和第五电感Ld2为可控的有源电感。
3.根据权利要求2所述的基于可控有源电感的全3GCMOS差分低噪声放大器，其特征在于所述有源电感为MOS工艺有源电感。
4.根据权利要求I所述的基于可控有源电感的全3GCMOS差分低噪声放大器，其特征在于所述第一电容Cf!、第二电容Cf2、第三电容Coutl和第四电容Cout2为MOS电容。
5.根据权利要求4所述的基于可控有源电感的全3GCMOS差分低噪声放大器，其特征在于所述MOS电容为MOS管的MOS电容的栅极与连接在一起的源极、漏极、衬底形成，其电容值由MOS管的宽和长决定。
全文摘要
一种基于可控有源电感的全3G CMOS差分低噪声放大器可应用于WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA和Bluetooth接收机的前端电路中。主要由输入阻抗匹配电路，带源极电感负反馈共源共栅放大电路和输出阻抗匹配电路组成。其中输入阻抗匹配电路由栅极电感、共源管的寄生电容和源极电感组成；放大电路使用源极电感负反馈和电容正反馈保证电路的高线性度、低噪声和高增益；输出阻抗匹配电路使用LC谐振网络并联电阻构成，实现输出阻抗匹配。电感使用有源电感，通过改变有源电感的偏置电流，可使低噪声放大器工作在不同频率下，实现WCDMA、CMDA2000、TD-SCDMA和Bluetooth的信号放大。
文档编号H03F3/45GK102868377SQ20121033132
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月5日 优先权日2012年9月5日
发明者顾晓峰, 王伟印 申请人:江南大学