2030 半导体学报 第27卷 低噪声。 上变频 抑制镜像 下变频 射频前端， 基带处理 W天线 放大器 混频器 滤波器 混频器 NA 带通泷波器 本文研 50-860MHz 第二级正抗遗混自动增拉 十位棋数 究对象 交振荡器低通滤波器放大器 转换器 处理 第一级 可变 振荡器 锁相环 图1两次变频射频电视调谐器架构 Fig.I Architecture of double-conversion TV tuner 像的分辨率非常敏感，要得到高清晰的电视图像需 Vn.A =-in.MI Rs (3) 要系统的信噪比很高，这样就对低噪声放大器提出 输入信号源y:在A点产生信号电压VA,经过 了非常苛刻的性能要求.因此，前端宽带低噪声放大 M1管和电阻R:组成的共源放大电路放大后，在B 器的设计是该系统能否实现的难点和关键.图1中 点得到信号电压VB·通过交流小信号电路分析可 的射频电视调谐器系统，要求在50~860MHz工作 以得到 频率内，低噪声放大器具有良好的输入输出阻抗匹 Vs.B =(1-gM RF)V..A (4) 配特性，最大增益(S21)在12dB以上，噪声系数 可见，A点和B点的信号电压相位相反，而噪 (NF)不高于4dB,输入参考三阶交调点(IIP3)大于 声电压相位相同.通过一个电压增益为-Av的辅 3dBm. 助放大器将A点的电压放大到C点，调整-Av的 大小可以使得B点和C点噪声电压幅值相同而相 3噪声抵消原理和电路实现 位相反.再将B点和C点的电压相加，则在输出端 噪声电压被完全抵消，而信号电压由于相位相同得 3.1噪声抵消原理 到增强. 图3中的nMOS管M2和M3可实现放大电路 对于图2中带反馈的共源放大电路4可，输入 -Av和信号相加的功能.M2管起共源放大作用： MOS管M1是最主要的噪声源.其漏源噪声电流可 M3管是M2管的有源负载，同时起源极跟随器的 以表示为 作用，将B点的信号传输到输出端；RL为502负载 m=4kTY8如 (1) 阻抗. 其中y为MOS管噪声系数：g如为M1管的跨导. M2 图3电路实现 Fig.3 Circuit implementation 图2噪声抵消技术 Fig.2 Noise-canceling technique 假设M1,M2和M3的输出电阻r。均为无穷 大，通过小信号电路分析可以得到电路的输入阻抗 假设ia,M方向由漏到源，当in,M流过电阻R 和输出阻抗分别为 和Rs所组成的串联回路时，在B点和A点分别产 R:≈1/gm (5) 生噪声电压Vm,B和VA R。≈1/gMs (6) Va.B =-in.MI(Rs RF) (2)半 导 体 学 报 第２７卷 图１ 两次变频射频电视调谐器架构 犉犻犵．１ 犃狉犮犺犻狋犲犮狋狌狉犲狅犳犱狅狌犫犾犲犮狅狀狏犲狉狊犻狅狀犜犞狋狌狀犲狉 像的分辨率非常敏感，要得到高清晰的电视图像需 要系统的信噪比很高，这样就对低噪声放大器提出 了非常苛刻的性能要求．因此，前端宽带低噪声放大 器的设计是该系统能否实现的难点和关键．图１中 的射频电视调谐器系统，要求在５０～８６０犕犎狕工作 频率内，低噪声放大器具有良好的输入输出阻抗匹 配特性，最 大 增 益 （犛２１ ）在 １２犱犅 以 上，噪 声 系 数 （犖犉）不高于４犱犅，输入参考三阶交调点（犐犐犘３）大于 ３犱犅犿． ３ 噪声抵消原理和电路实现 ３．１ 噪声抵消原理 对于图２中带反馈的共源放大电路［４，５］，输入 犕犗犛管 犕１是最主要的噪声源．其漏源噪声电流可 以表示为 犻２ 狀，犕１ ＝４犽犜γ犵犕１ （１） 其中 γ为 犕犗犛管噪声系数；犵犕１为 犕１管的跨导． 图２ 噪声抵消技术 犉犻犵．２ 犖狅犻狊犲犮犪狀犮犲犾犻狀犵狋犲犮犺狀犻狇狌犲 假设犻狀，犕１方向由漏到源，当犻狀，犕１ 流过电阻 犚犉 和 犚犛 所组成的串联回路时，在 犅 点和 犃 点分别产 生噪声电压狏狀，犅和狏狀，犃 狏狀，犅 ＝－犻狀，犕１（犚犛 ＋犚犉） （２） 狏狀，犃 ＝－犻狀，犕１犚犛 （３） 输入信号源狏犻 在 犃 点产生信号电压狏狊，犃，经过 犕１管和电阻 犚犉 组成的共源放大电路放大后，在 犅 点得到信号电压 狏狊，犅．通过交流小信号电路分析可 以得到 狏狊，犅 ＝ （１－犵犕１犚犉）狏狊，犃 （４） 可见，犃 点和 犅 点的信号电压相位相反，而噪 声电压相位相同．通过一个电压增益为－犃犞 的辅 助放大器将 犃 点的电压放大到 犆 点，调整－犃犞 的 大小可以使得 犅 点和 犆 点噪声电压幅值相同而相 位相反．再将 犅 点和 犆 点的电压相加，则在输出端 噪声电压被完全抵消，而信号电压由于相位相同得 到增强． 图３中的狀犕犗犛管 犕２和 犕３可实现放大电路 －犃犞 和信号相加的功能．犕２管起共源放大作用； 犕３管是 犕２管的有源负载，同时起源极跟随器的 作用，将 犅点的信号传输到输出端；犚犔 为５０Ω 负载 阻抗． 图３ 电路实现 犉犻犵．３ 犆犻狉犮狌犻狋犻犿狆犾犲犿犲狀狋犪狋犻狅狀 假设 犕１，犕２和 犕３的输出电阻狉狅 均为无穷 大，通过小信号电路分析可以得到电路的输入阻抗 和输出阻抗分别为 犚犻 ≈１／犵犕１ （５） 犚狅 ≈１／犵犕３ （６） ２０３０