实用新型专利申请书(集成电路).doc

名称：一种同时匹配的低噪声放大器说明书摘要本实用新型公开了一种同时匹配的低噪声放大器(Low Noise Amplifier-LNA)，特别涉及一种应用在集成电路(Integrated Circuit)设计中的同时匹配的低噪声放大器本实用新型首先通过一个源简并电感(Source Degeneration Inductance)串联在 MOS晶体管的源极以提供串联负反馈效应，使得 MOS管栅极的输入阻抗 和噪声最优源阻抗 满足 ；然后利用一个 L型输入匹inZoptZ*inopt配网络，将 MOS管的栅极匹配到信号源，从而使得本低噪声放大器的输入级同时实现了噪声匹配和功率增益匹配，不仅能够达到低噪声放大器的最小噪声系数 ，而且实现了功率的最大传输；最后利用一个 L型输出匹配网络，实现minNFMOS管的漏极与负载之间的匹配本实用新型能够利用功耗约束噪声优化技术(Power-Constrained Noise Optimization Technique)选择 MOS管 M1的适当尺寸，在功耗约束条件下实现低噪声放大器输入端的同时匹配摘要附图权利要求书1、一种同时匹配的低噪声放大器，其特征在于，用集成电路(Integrated Circuit)工艺实现，即将有源和无源元器件制作在同一块半导体基片上来实现低噪声放大器的设计，并且在输入级能够同时实现噪声匹配和功率匹配设计。

2、如权利要求 1所述的一种同时匹配的低噪声放大器，其特征在于，包括：MOS晶体管 M1作为放大器件按照共源结构连接；源简并电感 (Source sLDegeneration Inductance)连接在 MOS管的源极和地电位之间，其提供的串联负反馈效应使 MOS管栅极的输入阻抗等于或近似等于噪声最优源阻抗的共轭；电容 和电感 组成一个 L型输入匹配网络，其中一端与 MOS1C1管栅极相连，另一端通过隔直电容 与信号源连接；电容 和电感 组cC2CdL成一个 L型输出匹配网络，其中一端与 MOS管漏极相连，另一端与负载连接；限流电阻 一端于电源 相连，另一端与 相连；一个电流镜电路dRdVd由晶体管 M2、电阻器 和 组成，M2 的栅极和漏极相连，源极接地电位，12的一端与电源 Vdd相连，另一端与 M2的漏极相连， 的一端与 M2的1 2R栅极相连，另一端连接在 和 的公共连接点上cC1L3、如权利要求 2所述的一种同时匹配的低噪声放大器，其中，通过利用功耗约束噪声优化技术(Power-Constrained Noise Optimization Technique)选择 MOS管 M1的适当尺寸，从而在功耗约束条件下实现低噪声放大器输入端的同时匹配。

说明书技术领域本实用新型涉及一种同时匹配的低噪声放大器(Low Noise Amplifier-LNA)，特别涉及一种应用在集成电路(Integrated Circuit)设计中的同时匹配的低噪声放大器背景技术 低噪声放大器是接收机系统中的第一个放大器，它的主要功能就是放大接收到的信号并传输到下一级，并且自身增加的噪声应尽量小因此要求低噪声放大器具有足够的增益，并且噪声系数要非常低然而在进行低噪声放大器设计时，实现最小噪声系数和实现最大功率传输之间存在矛盾请参考图 1，低噪声放大器包括有源器件，以及分别用于控制输入阻抗和输出阻抗的输入匹配网络和输出匹配网络，另外包括直流偏置网络在进行输入匹配设计时，将信号源与晶体管的输入阻抗之间进行共轭匹配，便可以获得最大功率传输，即获得最大增益；相应地，为了获得最小的噪声系数 ，必须将信号源匹配到晶minNF体管的噪声最优源阻抗 ，便可以使放大器得到最佳的噪声性能然而这两optZ者通常是不相等的，设计者只能在两者之间进行权衡取舍，很难同时实现噪声匹配和功率增益匹配随着集成电路产业的飞速发展，单一芯片中集成的功能越来越多，晶体管数量也不断增加，随之而来的是芯片的功耗在不断增加。

尽管我们不断降低芯片的工作电压，不断改进工艺，不断使用各种方法降低芯片的功耗，但功耗仍然是当今集成电路设计中最令工程师头痛的问题之一在低噪声放大器中同样存在低功耗问题，如何实现低功耗设计是目前的研究热点，特别是在功耗约束条件下实现最小噪声系数和最大功率传输的同时匹配发明内容 本实用新型的目的是要提供一种应用在集成电路设计中的低噪声放大器，并且可以在输入级实现最小噪声系数和最大增益传输的同时匹配；而且本实用新型能够在功耗约束条件下实现输入级的同时匹配本实用新型提出的一种同时匹配的低噪声放大器，其电路结构包括：MOS晶体管 M1作为放大器件按照共源结构连接；源简并电感 (Source sLDegeneration Inductance)连接在 MOS管的源极和地电位之间，其提供的串联负反馈效应使 MOS管栅极的输入阻抗等于或近似等于噪声最优源阻抗的共轭；电容 和电感 组成一个 L型输入匹配网络，其中一端与 MOS管栅极相连，另1C1一端通过隔直电容 与信号源连接；电容 和电感 组成一个 L型输出匹配c 2Cd网络，其中一端与 MOS管漏极相连，另一端与负载连接；限流电阻 一端于电dR源 相连，另一端与 相连；一个电流镜电路由晶体管 M2、电阻器 和 组dVd 12成，M2 的栅极和漏极相连，源极接地电位， 的一端与电源 相连，另一端1RdV与 M2的漏极相连， 的一端与 M2的栅极相连，另一端连接在 和 的公共连2RcC1L接点上。

本实用新型提出的一种同时匹配的低噪声放大器，其中通过利用功耗约束噪声优化技术(Power-Constrained Noise Optimization Technique)选择 MOS管 M1的适当尺寸，从而在功耗约束条件下实现低噪声放大器输入级的同时匹配本实用新型提出的一种同时匹配的低噪声放大器，其优点在于：⑴本实用新型提出的低噪声放大器在输入级同时实现了噪声匹配和功率增益匹配，不仅能够达到低噪声放大器的最小噪声系数 ，而且实现了功率的minNF最大传输⑵本实用新型通过合理地选择晶体管的形状和尺寸，可以在功耗约束条件下实现低噪声放大器输入级的同时匹配⑶本实用新型提出的设计方法简单，能够被设计者很容易的掌握并应用在集成电路设计中附图说明图 1为常规的放大器设计原理图图 2为本实用新型的一种同时匹配低噪声放大器的一个示例性实施例的电路图具体实施方式虽然在本例中将参照 MOS晶体管工艺描述本实用新型的低噪声放大器，但是可以很容易理解，所述原理可以用于各种Ⅲ～Ⅴ族双极性晶体管和场效应晶体管工艺中图 2图解说明本实用新型的一个实施例它包括一个 MOS晶体管 M1，并按照其共源组态相连接由功耗约束噪声优化技术可知，当在功耗约束条件下进行设计时，晶体管的尺寸由下面公式所决定：13optoxsWwCR（1）其中 是本实用新型的低噪声放大器的工作频率， 代表栅极单位电容，wox是信号源电阻值。

关于功耗约束噪声优化技术，请参阅“The Design of sRCMOS Radio-Frequency Integrated Circuits”，Thomas H.Lee，第二版，Cambridge Press, 2004源简并电感 连接在 MOS管的源极和地电位之间，其提供的串联负反馈效sL应使 MOS管栅极的输入阻抗等于或近似等于噪声最优源阻抗的共轭2)*inoptZ本实施例还包括一个由电感器 和电容器 构成的 L型输入匹配网络，用1L1C于将 MOS晶体管栅极的输入阻抗匹配到信号源阻抗，便可以实现本实用新型的低噪声放大器在输入级同时实现了噪声匹配和功率增益匹配另外还包括由电感器 和电容器 构成的 L型输出匹配网络，用于实现输出匹配本发明的实dL2C施例为了简单起见，以 L型输入输出匹配网络为例，但是不难理解，所述原理可以用 T型、 π 型或者多级匹配网络来实现，同时具体级数和拓扑结构也会随工作频率和设计要求的不同而不同本实施例另外包括一个电流镜电路，由晶体管 M2、电阻器 和 、隔直电1R2容器 组成晶体管 M2与 M1形成一个电流镜，且通过 M2的电流是由电源电cC压和 以及 M2的栅源电压 所决定。

应选择的足够大，使得它的等效电流1RgsV2R噪声小到足以被忽略为了完成偏置，还必须有一个隔直电容器 来防止影响cCM1的栅-源偏置为了保护有源器件，限流电阻 连接在电源 和 之间ddVL虽然以上描述的示例性 LNA只包括一级放大器，但是将会注意到本实用新型的设计方法能够应用到含有任意数目的放大器级的 LNA，本领域的技术人员同样也应该理解本实例的放大器件部分也可以为串迭（cascode）结构的放大电路模块以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围说明书附图信号源 负载输入匹配网络 输出匹配网络有源器件直流偏置图 1图 2。