抗工藝變化的2.4GHz低噪聲放大器電路的製作方法
2023-05-13 22:53:06
專利名稱：抗工藝變化的2.4GHz低噪聲放大器電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種射頻集成電路，特別是涉及一種2. 4GHz低噪聲放大器 電路。
背景技術：
傳統的2. 4GHz低噪聲放大器電路請參閱圖l，射頻信號由輸入端INPUT 進入低噪聲放大器，經過放大電晶體Ml和隔離電晶體M2的隔離放大，由 輸出端OUTPUT輸出，其中基準電壓Vbias為放大電晶體Ml提供穩定的工 作電流以保證放大電晶體Ml正常工作，源電感Ls提供源端退化線性化功 能，漏電感Ld提供負載。低噪聲放大器經過精心的設計和匹配，目的在於 在儘量引入最小噪聲的情況下對信號實現放大。
圖1所示的低噪聲放大器電路主要由放大電晶體Ml和隔離電晶體M2 級聯所組成，其中Ml和M2都是MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor,金屬氧化物半導體場效應電晶體)。在集成電 路設計時，MOSFET的性能往往以工藝角(Process Corner)的形式給出。 請參閱圖2，工程師把NMOSFET和PM0SFET的速度波動範圍限制在由四個角 所確定的矩形內，這四個角分別是FF、 SS、 FS和SF。 FF表示快NMOSFET 和快PMOSFET， SS表示慢NMOSFET和慢PMOSFET， FS表示快麗0SFET和慢 PM0SFET， SF表示慢NMOSFET和快PM0SFET。這裡的快對應於門延遲時間短， 慢對應於門延遲時間長。在提取與每一個角對應的電晶體模型時，其NMOSFET和PMOSFET的測試結構就顯示出不同的門延遲時間。因此，在各種 工藝角條件下對電路進行仿真是決定成品率的基礎。
晶片生產過程中，工藝角條件會發生變化，這導致電路設計仿真時的 電路偏置點和工作電流發生變化，偏離設定的工作狀態，嚴重影響到射頻 電晶體高頻小信號特性，例如跨導、截止頻率、噪聲、寄生電容等特性。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種2. 4GHz低噪聲放大器電路，所 述電路可以抵抗工藝變化，保證射頻電晶體工作在設定好的狀態下。
為解決上述技術問題，本發明2. 4GHz低噪聲放大器電路包括主要由放 大電晶體和隔離電晶體級聯所組成的放大器模塊，還包括電流基準模塊、
電流鏡模塊和運算放大器以實現抗工藝變化功能，其中
電流基準模塊輸出穩定的偏置電流，作為運算放大器的工作電流； 電流鏡模塊輸出穩定的基準電壓；
運算放大器將電流鏡模塊輸出的基準電壓作為負輸入，將放大電晶體 的漏極電壓作為正輸入，將正負輸入的電壓差經放大後輸出作為放大晶體 管的柵極電壓。
作為對本發明的進一步改進，所述電流鏡模塊複製電流基準模塊輸出 的偏置電流，並輸出穩定的基準電壓。
所述電路還包括啟動模塊，啟動模塊提供電流基準模塊開始工作的啟 動電路。
所述電路還包括使能模塊，使能模塊提供電流基準模塊停止工作的關閉電路。
本發明通過運算放大器0PA為通過放大電晶體Ml的電流提供了負反
饋，使得本發明的放大器電路可以抵抗工藝變化。因此，本發明的放大器 電路的直流工作狀態、小信號參數、大信號參數在各種工藝角條件下的仿 真結果差距明顯縮小，這對於射頻集成電路的正常工作具有重要的意義。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明
圖1是現有的2. 4GHz低噪聲放大器的核心電路圖； 圖2是基於麗0S和PM0S器件速度的工藝角的示意圖； 圖3是本發明包含抗工藝變化電路的2. 4GHz低噪聲放大器的核心電路 示意圖4是本發明包含抗工藝變化電路的2. 4GHz低噪聲放大器的核心電路 加上匹配網絡的仿真示意圖中附圖標記為INPUT —輸入端；OUTPUT—輸出端；VDD—電源電壓；
Ld —漏電感；LS —源電感；Ml—放大電晶體；M2 —隔離電晶體；VbiaS—基 準電壓；Ibias —偏置電流；Rl—偏置電阻；R2 —偏置電阻；BIAS—電流基
準模塊；MIRR0R—電流鏡模塊；EN—使能模塊；START —啟動模塊；OPA— 運算放大器；PORT0 —輸入測試埠； P0RT1 —輸出測試埠； VDDL—電源 針腳；VDD—RF-射頻電路電源針腳；VSSL—接地針腳；RFin—輸入端；RFout 一輸出端；gnd—接地；Ll、 L2 —匹配電感；Cb —隔直電容，C一匹配電容。
具體實施方式
請參閱圖3，本發明的2.4GHz低噪聲放大器電路在圖1所示的原有電 路基礎上增加了電流基準模塊BIAS、電流鏡模塊MIRROR、使能模塊EN、啟 動模塊START和運算放大器0PA。上述各增加的模塊中，電流基準模塊BIAS 輸出穩定的偏置電流Ibias，偏置電流Ibias作為運算放大器OPA的工作電 流，保證運算放大器OPA正常工作。電流鏡模塊MIRROR複製偏置電流Ibias 並輸出穩定的基準電壓Vbias，基準電壓Vbias作為運算放大器OPA的負輸 入，為運算放大器OPA提供一個穩定的比較電壓。啟動模塊START提供了 啟動電流基準模塊BIAS並保證其正常工作的電路，使能模塊EN提供了關 閉電流基準模塊BIAS的電路。運算放大器OPA將放大電晶體Ml的漏極電 壓作為正輸入，運算放大器OPA的輸入是正輸入與負輸入的電壓差值，運 算放大器0PA的輸出是放大電晶體M1的柵極電壓。由此，運算放大器OPA 通過檢測放大電晶體M1的漏極電壓變化、放大正、負輸入的電壓差並轉化 為放大電晶體M1的柵極電壓，為通過放大電晶體M1的電流提供了負反饋， 保證了放大電晶體M1的柵極電壓和漏極電壓穩定，從而保證了放大電晶體 Ml工作在穩定的直流工作狀態下。
經試驗發現，圖1所示的原有電路中通過放大電晶體Ml的電流在FF 狀態下是正常狀態下的2.4倍，在SS狀態下是正常狀態下的30。/。；圖3所 示的本發明電路中通過放大電晶體Ml的電流在FF狀態下是正常狀態下的 L13倍，在SS狀態下是正常狀態下的92呢。
本發明所涉及的電流基準模塊BIAS、電流鏡模塊MIRR0R、使能模塊EN、 啟動模塊START均有較為成熟的電路形式，在此不再贅述。圖4是本發明2. 4GHz低噪聲放大器的核心電路加上匹配網絡的仿真示 意圖，其中的三角形放大器符號即為圖3或圖4所示的核心電路部分。其 中VDDL和VDD_RF為電源針腳，VSSL為接地針腳，P0RT0是輸入測試埠 ， P0RT1是輸出測試埠。測試射頻信號由輸入測試埠 PORT0進入，經過隔 直電容Cb和主要由匹配電感Ll組成的輸入匹配網絡進入到低噪聲放大器 的核心電路，經放大後經過主要由匹配電容C和匹配電感L2組成的輸出匹 配網絡和隔直電容Cb，到達輸出測試埠 P0RT1，其中輸入匹配網絡和輸出 匹配網絡的結構和數值根據低噪聲放大器來具體設計，使電路達到最佳噪 聲和增益性能。
權利要求
1. 一種2.4GHz低噪聲放大器電路，包括主要由放大電晶體和隔離電晶體級聯所組成的放大器模塊，其特徵是所述電路還包括電流基準模塊、電流鏡模塊和運算放大器以實現抗工藝變化功能，其中電流基準模塊輸出穩定的偏置電流，作為運算放大器的工作電流；電流鏡模塊輸出穩定的基準電壓；運算放大器將電流鏡模塊輸出的基準電壓作為負輸入，將放大電晶體的漏極電壓作為正輸入，將正負輸入的電壓差經放大後輸出作為放大電晶體的柵極電壓。
2. 根據權利要求1所述的2.4GHz低噪聲放大器電路，其特徵是所 述電流鏡模塊複製電流基準模塊輸出的偏置電流，並輸出穩定的基準電壓。
3. 根據權利要求1所述的2.4GHz低噪聲放大器電路，其特徵是所 述電路還包括啟動模塊，啟動模塊提供電流基準模塊開始工作的啟動電路。
4. 根據權利要求1所述的2.4GHz低噪聲放大器電路，其特徵是所 述電路還包括使能模塊，使能模塊提供電流基準模塊停止工作的關閉電路。
全文摘要
本發明公開了一種抗工藝變化的2.4GHz低噪聲放大器電路，包括主要由放大電晶體和隔離電晶體級聯所組成的放大器模塊，還包括電流基準模塊、電流鏡模塊和運算放大器以實現抗工藝變化功能，其中電流基準模塊輸出穩定的偏置電流，作為運算放大器的工作電流；電流鏡模塊輸出穩定的基準電壓；運算放大器將電流鏡模塊輸出的基準電壓作為負輸入，將放大電晶體的漏極電壓作為正輸入，將正負輸入的電壓差經放大後輸出作為放大電晶體的柵極電壓。本發明通過運算放大器OPA為通過放大電晶體M1的電流提供了負反饋，使得本發明的低噪聲放大器電路可以抵抗工藝變化。
文檔編號H03F1/26GK101442293SQ20071009426
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月22日 優先權日2007年11月22日
發明者唐成偉, 朱紅衛, 袁志勇 申請人:上海華虹Nec電子有限公司