一种应用于物联网前端的低噪声放大器

1.本技术涉及电子通信技术领域，特别是涉及一种应用于物联网前端的低噪声放大器。


背景技术：

2.低噪声放大器(low noise amplifier,lna)是rf接收机的前端模块，或者在接收机中有一个低噪声放大器的噪声选择部件。对于一个非常好的接收机，需要有最小的噪声和最大的增益。
3.在保证性能的前提下最大限度地降低电路的功耗成为目前射频集成电路研究的一个重点，而各种射频电路架构都离不开射频收发链路部分，射频收发链路中射频接收前端部分包括低噪声放大器与下变频混频器，将天线接收到的射频信号做初步放大并下变频为中频信号，传输到下一级电路做进一步的信号处理。由于需要处理天线接收到的射频信号，为保证系统的灵敏度，即系统能接收并处理的最小信号，需要保证射频接收前端保持极低的输入等效噪声，因而在整个接收链路中，射频接收前端的功耗占相当大一部分，低功耗的追求首先要求射频接收前端功耗的降低，射频前端中低噪声放大器的噪声和增益对后级电路的影响极为关键，低功耗射频前端在工程技术领域始终有着极为重要的地位也一直是人们研究的重点和热点之一。
4.低噪声放大器(low noise amplifier,lna)作为射频接收前端的第一级有源放大电路，对通信系统整体性能的影响至关重要。首先需要考虑的是低噪声放大器的噪声，在多级级联电路中，最前端的低噪声放大器噪声系数对整个接收机的噪声性能影响最大。其次，低噪声放大器的增益必须足够大，以期能够减少后级电路噪声对整个系统噪声性能的影响。除此之外，低噪声放大器作为射频接收前端最主要的功耗模块，设计低功耗低噪声放大器对降低整个射频接收前端的功耗起着至关重要的作用。在射频集成电路的设计中，低功耗的要求往往会限制射频电路的其他性能，比如高增益、低噪声、高线性度和大的动态范围等等。不同的几个性能指标往往存在着相互制约、相互矛盾的特点，因而进行超低功耗射频集成电路设计，就是一个在找寻最优综合性能折中点的过程。
5.随着无线通信市场的增长，对低功耗，低成本和高性能接收器的需求也日益增长。用于多标准应用的无线电正在兴起，最终致力于认知无线电解决方案。无论这些系统是作为灵活的无线电实现还是遵循数字rf方法，低噪声放大器都是不可避免的关键电路。在低噪声放大器的电路中，如共源lna具有低噪声系数和高电平增益。它可以实现完美的输入匹配，但要以功耗和芯片面积为代价。因此，目前的低噪声放大器的功耗较大。


技术实现要素：

6.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低低噪声放大器功耗的应用于物联网前端的低噪声放大器。
7.一种应用于物联网前端的低噪声放大器，所述低噪声放大器包括：第一pmos管、第
二pmos管、nmos管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第六电感、第七电感、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；
8.电源通过所述第一电容和地相连接，所述第一电感和所述第二电感的一端连接在电源上，所述第一电感的另一端连接在所述第一pmos管的源极，所述第二电感的另一端连接在所述第二pmos管的源极，所述第一pmos管的衬底连接所述第一pmos管的源极，所述第二pmos管的衬底连接所述第二pmos管的源极，所述第一pmos管的栅极通过所述第一电阻连接到地，并通过所述第二电容连接到所述第三电感的一端和所述nmos管的漏极，所述第三电感的另一端分别与所述第四电感的一端、所述第五电感的一端、所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端接地，所述第四电感的另一端分别与所述第一pmos管的漏极、所述第四电容的一端相连接，所述第四电容的另一端分别连接到所述第二pmos管的栅极、所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接地，所述第二pmos管的漏极连接到所述低噪声放大器的输出端，同时所述第二pmos管的漏极连接到所述第五电感的另一端，所述nmos管的栅极连接到所述第六电感的一端、第五电容的一端，所述第六电感的另一端连接到第三电阻的一端、第六电容的一端，所述第三电阻的另一端连接偏置电压，所述第六电容的另一端接地，所述第五电容的另一端连接到所述第七电感的一端、第七电容的一端、所述nmos管的源极，所述第七电容的另一端连接输入电压，所述nmos管的衬底通过第四电阻连接前向体偏置电压。
9.在其中一个实施例中，所述第一电感和所述第二电感为源极退化电感。
10.上述应用于物联网前端的低噪声放大器，通过第一电感和第二电感的一端连接在电源上，第一电感的另一端连接在第一pmos管的源极，第二电感的另一端连接在第二pmos管的源极，第一pmos管的衬底连接第一pmos管的源极，第二pmos管的衬底连接第二pmos管的源极，实现正向体偏置技术降低功耗，第一pmos管的栅极通过第一电阻连接到地，并通过第二电容连接到第三电感的一端和nmos管的漏极，第三电感的另一端分别与第四电感的一端、第五电感的一端、第三电容的一端连接，第三电容的另一端接地，第四电感的另一端分别与第一pmos管的漏极、第四电容的一端相连接，第四电容的另一端分别连接到第二pmos管的栅极、第二电阻的一端，第二电阻的另一端接地，建立了电流复用架构，第二pmos管的漏极连接到低噪声放大器的输出端，同时第二pmos管的漏极连接到第五电感的另一端，nmos管的栅极连接到第六电感的一端、第五电容的一端，第六电感的另一端连接到第三电阻的一端、第六电容的一端，第三电阻的另一端连接偏置电压，第六电容的另一端接地，第五电容的另一端连接到第七电感的一端、第七电容的一端、nmos管的源极，第七电容的另一端连接输入电压，nmos管的衬底通过第四电阻连接前向体偏置电压，形成互感反馈用来放大增益，由此，不仅实现了低噪声放大器超低的直流功耗，还具有优化的增益性能、噪声系数和紧凑的尺寸。
附图说明
11.图1为一个实施例中应用于物联网前端的低噪声放大器的结构示意图。
具体实施方式
12.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
13.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
14.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种应用于物联网前端的低噪声放大器，该低噪声放大器包括：第一pmos管m1、第二pmos管m2、nmos管m3、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第四电感l4、第五电感l5、第六电感l6、第七电感l7、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4；
15.电源vdd通过第一电容c1和地相连接，第一电感l1和第二电感l2的一端连接在电源vdd上，第一电感l1的另一端连接在第一pmos管m1的源极，第二电感l2的另一端连接在第二pmos管m2的源极，第一pmos管m1的衬底连接第一pmos管m1的源极，第二pmos管m2的衬底连接第二pmos管m2的源极，第一pmos管m1的栅极通过第一电阻r1连接到地，并通过第二电容c2连接到第三电感l3的一端和nmos管m3的漏极，第三电感l3的另一端分别与第四电感l4的一端、第五电感l5的一端、第三电容c3的一端连接，第三电容c3的另一端接地，第四电感l4的另一端分别与第一pmos管m1的漏极、第四电容c4的一端相连接，第四电容c4的另一端分别连接到第二pmos管m2的栅极、第二电阻r2的一端，第二电阻r2的另一端接地，第二pmos管m2的漏极连接到低噪声放大器的输出端rfout，同时第二pmos管m2的漏极连接到第五电感l5的另一端，nmos管m3的栅极连接到第六电感l6的一端、第五电容c5的一端，第六电感l6的另一端连接到第三电阻r3的一端、第六电容c6的一端，第三电阻r3的另一端连接偏置电压ve，第六电容c6的另一端接地，第五电容c5的另一端连接到第七电感l7的一端、第七电容c7的一端、nmos管m3的源极，第七电容c7的另一端连接输入电压rfin，nmos管m3的衬底通过第四电阻r4连接前向体偏置电压vb。
16.其中，第一pmos管m1、第二pmos管m2的衬底分别连接在各自的源极，可以实现正向体偏置技术，从而降低了功耗。
17.其中，通过将漏极电感(即第三电感l3、第四电感l4和第五电感l5)、和旁路电容(即第三电容c3和第四电容c4)提供的交流接地建立了电流复用架构，从而降低了直流功耗。
18.其中，nmos管m3、第六电感l6、第七电感l7和第五电容c5形成了具有变压器耦合的共栅极，提高小信号跨导，同时第六电感l6、第七电感l7形成互感反馈用来放大增益。
19.其中，nmos管m3的衬底通过第四电阻r4与前向体偏置电压vb相连接，通过正向体偏置技术降低噪声和增益。
20.其中，第一电容c1是隔直电容，可以降低噪声。
21.应理解，第三电阻r3、第六电感l6、第六电容c6和第五电容c5组成了nmos晶体管nm3的偏置电路，该偏置电路与nmos管m3、第七电感l7、第四电阻r4组成了一级放大模块，第一pmos管m1、第二电容c2、第一电阻r1、第四电感l4、第三电感l3组成了电路的第二级放大
电路模块，第二电容c2为隔直电容，同时第四电感l4、第四电容c4、第二电阻r2组成了第一pmos管m1和第二pmos管m2之间的级间匹配电路，第二pmos管m2、第五电感l5为第三级放大电路模块。
22.在一个实施例中，第一电感l1和第二电感l2为源极退化电感。
23.应理解，第一电感l1和第二电感l2为源极退化电感可以同时进行增益和噪声匹配。
24.上述应用于物联网前端的低噪声放大器，通过第一电感l1和第二电感l2的一端连接在电源vdd上，第一电感l1的另一端连接在第一pmos管m1的源极，第二电感l2的另一端连接在第二pmos管m2的源极，第一pmos管m1的衬底连接第一pmos管m1的源极，第二pmos管m2的衬底连接第二pmos管m2的源极，实现正向体偏置技术降低功耗，第一pmos管m1的栅极通过第一电阻r1连接到地，并通过第二电容c2连接到第三电感l3的一端和nmos管m3的漏极，第三电感l3的另一端分别与第四电感l4的一端、第五电感l5的一端、第三电容c3的一端连接，第三电容c3的另一端接地，第四电感l4的另一端分别与第一pmos管m1的漏极、第四电容c4的一端相连接，第四电容c4的另一端分别连接到第二pmos管m2的栅极、第二电阻r2的一端，第二电阻r2的另一端接地，建立了电流复用架构，第二pmos管m2的漏极连接到低噪声放大器的输出端rfout，同时第二pmos管m2的漏极连接到第五电感l5的另一端，nmos管m3的栅极连接到第六电感l6的一端、第五电容c5的一端，第六电感l6的另一端连接到第三电阻r3的一端、第六电容c6的一端，第三电阻r3的另一端连接偏置电压ve，第六电容c6的另一端接地，第五电容c5的另一端连接到第七电感l7的一端、第七电容c7的一端、nmos管m3的源极，第七电容c7的另一端连接输入电压rfin，nmos管m3的衬底通过第四电阻r4连接前向体偏置电压vb，形成互感反馈用来放大增益，由此，不仅实现了低噪声放大器超低的直流功耗，还具有优化的增益性能、噪声系数和紧凑的尺寸。在超低功率无线系统中具有巨大的应用潜力。
25.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
26.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种应用于物联网前端的低噪声放大器，其特征在于，所述低噪声放大器包括：第一pmos管、第二pmos管、nmos管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第六电感、第七电感、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；电源通过所述第一电容和地相连接，所述第一电感和所述第二电感的一端连接在电源上，所述第一电感的另一端连接在所述第一pmos管的源极，所述第二电感的另一端连接在所述第二pmos管的源极，所述第一pmos管的衬底连接所述第一pmos管的源极，所述第二pmos管的衬底连接所述第二pmos管的源极，所述第一pmos管的栅极通过所述第一电阻连接到地，并通过所述第二电容连接到所述第三电感的一端和所述nmos管的漏极，所述第三电感的另一端分别与所述第四电感的一端、所述第五电感的一端、所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端接地，所述第四电感的另一端分别与所述第一pmos管的漏极、所述第四电容的一端相连接，所述第四电容的另一端分别连接到所述第二pmos管的栅极、所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接地，所述第二pmos管的漏极连接到所述低噪声放大器的输出端，同时所述第二pmos管的漏极连接到所述第五电感的另一端，所述nmos管的栅极连接到所述第六电感的一端、第五电容的一端，所述第六电感的另一端连接到第三电阻的一端、第六电容的一端，所述第三电阻的另一端连接偏置电压，所述第六电容的另一端接地，所述第五电容的另一端连接到所述第七电感的一端、第七电容的一端、所述nmos管的源极，所述第七电容的另一端连接输入电压，所述nmos管的衬底通过第四电阻连接前向体偏置电压。2.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第一电感和所述第二电感为源极退化电感。

技术总结
本申请涉及一种应用于物联网前端的低噪声放大器。该低噪声放大器包括：第一PMOS管的衬底连接自身的源极，第二PMOS管的衬底连接自身的源极，第一PMOS管的栅极通过第一电阻连接地，通过第二电容连接第三电感和NMOS管的漏极，第三电感与第四电感、第五电感、第三电容连接，第四电感与第一PMOS管的漏极、第四电容相连接，第四电容分别连接到第二PMOS管的栅极、第二电阻，第二PMOS管的漏极连接到输出端，第二PMOS管的漏极连接到第五电感，NMOS管的栅极连接到第六电感、第五电容，第六电感连接第三电阻、第六电容，第五电容连接到第七电感、第七电容、NMOS管的源极，NMOS管的衬底通过第四电阻连接前向体偏置电压，实现了低噪声放大器超低的直流功耗。低的直流功耗。低的直流功耗。


技术研发人员：叶智超 刘轶 吴啸鸣 闫慧君 宋杨 王超子 孔理想 王艺陶 张圣康 温晨希 张芷宁 张荣鑫 嵇华龙 郑立博
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/24