内置SUTARDJA变压器的低噪声放大器的制作方法

本发明涉及低噪声放大器，尤其涉及具有变压器(transformer)结构的低噪声放大器。

背景技术：

1、高质量低噪声放大器(lna)对于无线电通信设备是极其关键的。良好lna的最重要特性之一是从远距离发送器(发射器)接收极其微弱的rf信号的能力。这是因为在所有无线无线电通信标准(诸如普遍存在的wifi标准)中，发送方需要以非常低的功率电平进行发送，使得传输将使与其他附近设备的干扰最小化。然而，由于rf信号强度随距离呈指数下降，因此低发射功率约束也急剧降低了接收信号强度水平。使问题进一步复杂化的是，当面对诸如家具、橱柜、墙壁、建筑物以及甚至密集的树叶之类的障碍物时，射频(rf)信号强度也会下降。这些障碍进一步衰减rf信号电平，尤其是在当今许多wifi标准中使用的较高ghzrf频率处。

2、设计合适的rf lna设备的挑战在工业中是众所周知的。rf设计者意识到，合适的lna电路应具有超低噪声、幅度和相位两者的高线性度、低功耗、高增益、高带宽以及在宽温度范围内的高稳定性的特性。同样重要的是，lna应该能够承受较大的相邻带外信道干扰，而不会失去其低噪声系数特性，同时以最小的失真放大极其微弱的远距离rf信号。

3、多年来已经撰写了许多关于如何设计现有技术lna的论文和教科书。lna设计一般分为电流模式/共栅极/共基极和电压模式/共源极/共发射极拓扑。所谓的电流模式共基极拓扑结构rf lna在20世纪70年代非常流行，因为双极晶体管在市场上变得越来越可用。共基极lna拓扑是流行的，因为它可以满足良好lna设计的所有要求，除了它本质上不是低功率的事实。当然，在20世纪70年代，当设备不太可能是电池或太阳能供电时，低功率要求不那么重要。

4、然而，由于集成电路向使用金属氧化物半导体(mos)器件转变，共基极lna拓扑结构不受欢迎。尽管如此，虽然mos晶体管对于构建数字电路是完美的，但是当在rf应用中使用时，与它们的双极晶体管对应物相比，mos晶体管是次等的。mos晶体管本质上是固有的低增益，并且当与双极晶体管对应物相比时，它们还具有低得多的跨导(gm)。不幸的是，这些正是构建基于高性能mos的电流模式(共栅极)lna所需的晶体管特性。

5、由于mos晶体管的限制，电压模式共源极lna(实施方式双极晶体管中的共发射极lna的等效物)迅速成为所有现代无线设备的主导拓扑结构。例如，用于wifi和蜂窝应用的低成本超低噪声和低功率lna设备通常都基于共源极lna拓扑。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺点并提供额外的益处，公开了一种低噪声放大器。在一个实施例中，低噪声放大器包括被配置为接收输入信号的输入节点，以及第一晶体管和第二晶体管，每个具有栅极端子、源极端子和漏极端子。此外，该实施例的一部分是配置有第一绕组对、第二绕组对和第三绕组对的变压器结构。第一绕组对的每个绕组具有第一端和第二端，使得第一绕组对的第一端连接到输入节点，并且第二端中的一个连接到第一晶体管源极端子，并且第二端中的另一个连接到第二晶体管源极端子。第二绕组对靠近第一绕组对。第二绕组对的每个绕组具有第一端和第二端。第二绕组对的第一端连接到接地节点，并且第二端中的一个连接到第一晶体管源极端子，并且第二端中的另一个连接到第二晶体管源极端子。第三绕组对靠近第一绕组对，并且第三绕组对的每个绕组具有第一端部和第二端部。第三绕组对的第一端连接到偏置信号源，并且第二端中的一个连接第一晶体管栅极端子，并且第二端中的另一个连接到第二晶体管栅极端子。输出节点连接到第一晶体管漏极端子和第二晶体管漏极端子。

2、在一个实施例中，第三绕组对被配置为增加每个晶体管的栅极端子到源极端子两端的电压，从而增加晶体管的gm。在一种配置中，形成第一绕组对的绕组相对于彼此旋转180度，并且形成第二绕组对的绕组相对于彼此旋转180度。变压器结构可以被配置成偏移重叠配置。预期第一绕组对、第二绕组对和第三绕组对中的每个绕组可以是1/2匝导体结构。低噪声放大器还可以包括匹配网络，使得匹配网络位于输入节点和变压器结构之间。在一个实施例中，匹配网络包括低通匹配网络。根据权利要求1所述的低噪声放大器，还包括与根据权利要求1所述的低噪声放大器级联的第二低噪声放大器。还可以设想，低噪声放大器还可以包括在输入节点和变压器结构之间的共源极放大器。

3、还公开了一种用于放大输入信号的方法。在一个实施例中，该方法包括接收输入信号，使得输入信号包括输入电流，以及接收偏置信号。偏置信号和输入信号被呈现给变压器结构。变压器结构增加输入信号的输入电流以产生大于输入电流的修改的输入电流。变压器结构还处理偏置信号以产生处理的偏置信号。该操作方法将修改的输入电流呈现给晶体管的源极端子，并将处理的偏置信号呈现给晶体管的栅极端子。然后，利用所述晶体管放大所述修改的输入电流以产生放大的输出信号。

4、在一个实施例中，该方法还包括在将输入信号呈现给变压器结构之前用匹配网络增加输入信号的电流。处理偏置信号增加了栅极端子电压和源极端子电压之间的电压差，这又增加了晶体管的gm。晶体管可以包括fet。在一个实施例中，变压器结构至少包括第一绕组对和第二绕组对，第一绕组对和第二绕组对位于附近以引起它们之间的耦合。每个绕组对中的每个绕组可以相对于绕组对中的另一个绕组旋转180度。

5、还公开了一种包括非隔离升压变压器结构和一个或多个晶体管的低噪声放大器实施例。变压器结构被配置为接收偏置电压并接收输入信号电流。然后，变压器结构增加输入信号电流以产生大于输入信号电流的变压器结构输出电流，并增加偏置电压以产生第二偏置电压。一个或多个晶体管被配置为接收变压器结构输出电流并接收第二偏置电压，该第二偏置电压偏置晶体管。一个或多个晶体管处理变压器结构输出电流以产生放大的输出信号。

6、在一个实施例中，变压器结构包括偏置绕组，偏置绕组包括导线导体。变压器结构至少包括第一绕组对和第二绕组对，第一绕组对和第二绕组对靠近以实现它们之间的耦合。例如，当输入信号电流通过第一绕组对时，第一绕组对在第二绕组对中感应出电流流动，这使得变压器结构输出电流大于输入信号电流。此外，变压器结构相对于一个或多个晶体管的源极端子处的电压增加偏置电压，这增加了一个或多个晶体管的gm值。放大器还可以包括匹配网络。放大器可以包括第二低噪声放大器，第二低噪声放大器包括第二变压器结构和一个或多个晶体管的第二集合。

7、在检查以下附图和详细描述后，本发明的其他系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员将是或将变得显而易见。所有这样的附加系统、方法、特征和优点旨在被包括在本说明书内，在本发明的范围内，并且由所附权利要求保护。

技术特征：

1.一种低噪声放大器，包括：

2.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其中，所述第三绕组对被配置为增加每个晶体管的栅极端子到源极端子两端的电压，从而增加所述晶体管的gm。

3.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其中，形成所述第一绕组对的绕组相对于彼此旋转180度，并且形成所述第二绕组对的绕组相对于彼此旋转180度。

4.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其中，所述变压器结构被配置为偏移重叠配置。

5.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其中，所述第一绕组对、所述第二绕组对和所述第三绕组对中的每个绕组是1/2匝导体结构。

6.根据权利要求1所述的低噪声放大器，还包括匹配网络，所述匹配网络位于所述输入节点和所述变压器结构之间。

7.根据权利要求6所述的低噪声放大器，其中，所述匹配网络包括低通匹配网络。

8.根据权利要求1所述的低噪声放大器，还包括与根据权利要求1所述的低噪声放大器级联的第二低噪声放大器。

9.根据权利要求1所述的低噪声放大器，还包括在所述输入节点和所述变压器结构之间的共源极放大器。

10.一种用于放大输入信号的方法，包括：

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：在将所述输入信号呈现给所述变压器结构之前，利用匹配网络增加所述输入信号的所述电流。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，处理所述偏置信号增加栅极端子电压和源极端子电压之间的电压差，这又增加所述晶体管的gm。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述晶体管包括fet。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述变压器结构至少包括第一绕组对和第二绕组对，所述第一绕组对和所述第二绕组对位于附近以引起它们之间的耦合。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，每个绕组对中的每个绕组相对于所述绕组对中的另一绕组旋转180度。

16.一种低噪声放大器，包括：

17.根据权利要求16所述的低噪声放大器，其中，所述变压器结构包括偏移绕组，所述偏移绕组包括导线导体。

18.根据权利要求16所述的低噪声放大器，其中，所述变压器结构至少包括第一绕组对和第二绕组对，所述第一绕组对和所述第二绕组对靠近以实现它们之间的耦合。

19.根据权利要求18所述的低噪声放大器，其中，当所述输入信号电流通过所述第一绕组对时，所述第一绕组对在所述第二绕组对中感应电流，这使得所述变压器结构的输出电流大于所述输入信号电流。

20.根据权利要求19所述的放大器，其中，所述变压器结构相对于所述一个或多个晶体管的源极端子处的电压增加所述偏置电压，这增加所述一个或多个晶体管的gm值。

21.根据权利要求16所述的放大器，还包括匹配网络。

22.根据权利要求16所述的放大器，还包括第二低噪声放大器，所述第二低噪声放大器包括第二变压器结构和所述一个或多个晶体管的第二集合。

技术总结
LNA包括输入端、变压器结构以及第一晶体管和第二晶体管，每个晶体管具有栅极、源极和漏极端子。变压器结构具有第一绕组对、第二绕组对和第三绕组对。第一绕组对的每个绕组连接到输入节点和晶体管的一个源极端子。第二绕组对靠近第一绕组对。第二绕组对连接到接地节点和晶体管源极端子。第三绕组对靠近第一绕组对，并且它连接到偏置信号源和晶体管的栅极端子。输出连接到晶体管漏极端子。第一和第二绕组对的绕组相对于该对中的另一绕组偏移和旋转180度。第三绕组执行Gm升压功能。

技术研发人员：塞哈特·苏塔尔加
受保护的技术使用者：塞哈特·苏塔尔加
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15