第27卷第11期 半导体学报 Vol.27 No.11 2006年11月 CHINESE JOURNAL OF SEMICONDUCTORS Nov.,2006 一种用于电视调谐器的宽带CMOS 低噪声放大器设计* 廖友春唐长文闵昊 (复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室，上海201203) 摘要：介绍了一种宽带CMOS低噪声放大器设计方法，采用噪声抵消技术消除输入MOS管的噪声贡献.芯片采用 TSMC0.25um1P5 M RF CMOS工艺实现.测试结果表明：在50~860MHz工作频率内，电压增益约为13.4dB;噪 声系数在2.4~3.5dB之间；增益1dB压缩点为-6.7dBm:输入参考三阶交调点为3.3dBm.在2.5V直流电压下 测得的功耗约为30mW. 关键词：宽带低噪声放大器；噪声系数；线性度；噪声抵消 EEACC:1205:1220:6420D 中图分类号：TN4 文献标识码：A 文章编号：0253-4177(2006)11-2029-06 低噪声放大器，该电路采用噪声抵消技术消除输入 1引言 MOS管的噪声贡献，在整个工作频率范围内达到了 电压增益、阻抗匹配、噪声系数和线性度等性能指标 目前各种窄带CMOS射频单元电路和系统都 的要求.该电路不需要采用片上电感，大大减小了芯 得到了深入的研究和广泛的应用.随着CMOS技术 片面积. 的持续进步和应用范围的不断扩展，宽带射频收发 机的单元电路和系统的研究也得到了越来越多的关 2射频电视调谐器系统对低噪声放大 注.例如，可用于接收数百个数字电视频道（带宽范 器的要求 围50~860MHz)的宽带射频电视调谐器(TV tun- er),不仅能够取代由分离器件组成的传统电视调谐 图1是一种射频电视调谐器的全集成解决方 器，而且能够应用于手机、PDA、笔记本电脑等各种 案[3.天线接收到的射频信号经过带通滤波器 移动终端，有着广泛的应用前景.但是，信号带宽的 (BPF)滤波得到50~860MHz的有效信号以后，首 增加使得宽带射频系统和电路设计面临着许多新的 先通过宽带低噪声放大器进行放大，然后经过两次 挑战，需要研究新的电路结构以满足在整个工作频 变频过程将所需的频道搬移到中频40MHz附近. 率范围内所有性能指标都达到系统要求. 自动增益控制(AGC)放大器调整中频信号的幅度， 低噪声放大器作为射频接收机的第一个有源模 模数转换器(ADC)将模拟信号转换为数字信号，最 块，对系统的性能好坏起着十分重要的作用].目前 后由数字基带进行信号处理.该方案中的两次变频 国内外对CMOS低噪声放大器的研究主要针对窄 技术可以有效抑制镜像信号的干扰，同时还可以减 带应用，采用的大都是带源极电感负反馈的共源-共 小本机振荡器的调谐范围，进而降低了集成压控振 栅电路结构2，片上螺旋电感和输入MOS管栅-源 荡器的设计要求. 寄生电容谐振在所需要的工作频率，从而得到较好 低噪声放大器性能参数的好坏决定整个电视调 的阻抗匹配特性和较低的噪声系数.但是该结构的 谐器系统的性能水平.衡量低噪声放大器的主要性 缺点在于：一方面，电路只能工作在一个特定的频率 能指标包括电压增益、阻抗匹配特性、噪声系数和线 点，且器件的寄生参数随着频率会发生很大的变化， 性度等.其中电压增益决定了输出信号幅度的强弱， 因此不适用于宽带应用场合；另一方面，片上电感的 阻抗匹配特性保证了信号的有效传输和系统的稳定 采用使得芯片面积很大，增加了芯片成本. 性，噪声系数决定了系统信噪比(SNR)的恶化程度， 本文针对电视调谐器应用要求设计了一种宽带 线性度决定了信号的失真大小.由于人眼对视频图 上海市科学技术委员会（批准号：037062019）和上海应用材料研究与发展基金（批准号：0425）资助项目 t通信作者.Email:zwtang@fudan,cdu.cn 2006-05-22收到 ©2006中国电子学会第２７卷 第１１期 ２００６年１１月 半 导 体 学 报 犆犎犐犖犈犛犈犑犗犝犚犖犃犔犗犉犛犈犕犐犆犗犖犇犝犆犜犗犚犛 犞狅犾．２７ 犖狅．１１ 犖狅狏．，２００６ 上海市科学技术委员会（批准号：０３７０６２０１９）和上海应用材料研究与发展基金（批准号：０４２５）资助项目  通信作者．犈犿犪犻犾：狕狑狋犪狀犵＠犳狌犱犪狀．犲犱狌．犮狀 ２００６０５２２收到 ２００６ 中国电子学会 一种用于电视调谐器的宽带犆犕犗犛 低噪声放大器设计 廖友春 唐长文 闵 昊 （复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室，上海 ２０１２０３） 摘要：介绍了一种宽带犆犕犗犛低噪声放大器设计方法，采用噪声抵消技术消除输入 犕犗犛管的噪声贡献．芯片采用 犜犛犕犆０２５μ犿１犘５犕 犚犉犆犕犗犛工艺实现．测试结果表明：在５０～８６０犕犎狕工作频率内，电压增益约为１３４犱犅；噪 声系数在２４～３５犱犅之间；增益１犱犅压缩点为－６７犱犅犿；输入参考三阶交调点为３３犱犅犿．在２５犞 直流电压下 测得的功耗约为３０犿犠． 关键词：宽带低噪声放大器；噪声系数；线性度；噪声抵消 犈犈犃犆犆：１２０５；１２２０；６４２０犇 中图分类号：犜犖４ 文献标识码：犃 文章编号：０２５３４１７７（２００６）１１２０２９０６ １ 引言 目前各种窄带 犆犕犗犛射频单元电路和系统都 得到了深入的研究和广泛的应用．随着 犆犕犗犛技术 的持续进步和应用范围的不断扩展，宽带射频收发 机的单元电路和系统的研究也得到了越来越多的关 注．例如，可用于接收数百个数字电视频道（带宽范 围５０～８６０犕犎狕）的宽带射频电视调谐器（犜犞狋狌狀 犲狉），不仅能够取代由分离器件组成的传统电视调谐 器，而且能够应用于手机、犘犇犃、笔记本电脑等各种 移动终端，有着广泛的应用前景．但是，信号带宽的 增加使得宽带射频系统和电路设计面临着许多新的 挑战，需要研究新的电路结构以满足在整个工作频 率范围内所有性能指标都达到系统要求． 低噪声放大器作为射频接收机的第一个有源模 块，对系统的性能好坏起着十分重要的作用［１］ ．目前 国内外对 犆犕犗犛低噪声放大器的研究主要针对窄 带应用，采用的大都是带源极电感负反馈的共源共 栅电路结构［２］，片上螺旋电感和输入 犕犗犛管栅源 寄生电容谐振在所需要的工作频率，从而得到较好 的阻抗匹配特性和较低的噪声系数．但是该结构的 缺点在于：一方面，电路只能工作在一个特定的频率 点，且器件的寄生参数随着频率会发生很大的变化， 因此不适用于宽带应用场合；另一方面，片上电感的 采用使得芯片面积很大，增加了芯片成本． 本文针对电视调谐器应用要求设计了一种宽带 低噪声放大器，该电路采用噪声抵消技术消除输入 犕犗犛管的噪声贡献，在整个工作频率范围内达到了 电压增益、阻抗匹配、噪声系数和线性度等性能指标 的要求．该电路不需要采用片上电感，大大减小了芯 片面积． ２ 射频电视调谐器系统对低噪声放大 器的要求 图１是一种射频电视调谐器的全集成解决方 案［３］ ．天 线 接 收 到 的 射 频 信 号 经 过 带 通 滤 波 器 （犅犘犉）滤波得到５０～８６０犕犎狕的有效信号以后，首 先通过宽带低噪声放大器进行放大，然后经过两次 变频过程将所需的频道搬移到中频４０犕犎狕附近． 自动增益控制（犃犌犆）放大器调整中频信号的幅度， 模数转换器（犃犇犆）将模拟信号转换为数字信号，最 后由数字基带进行信号处理．该方案中的两次变频 技术可以有效抑制镜像信号的干扰，同时还可以减 小本机振荡器的调谐范围，进而降低了集成压控振 荡器的设计要求． 低噪声放大器性能参数的好坏决定整个电视调 谐器系统的性能水平．衡量低噪声放大器的主要性 能指标包括电压增益、阻抗匹配特性、噪声系数和线 性度等．其中电压增益决定了输出信号幅度的强弱， 阻抗匹配特性保证了信号的有效传输和系统的稳定 性，噪声系数决定了系统信噪比（犛犖犚）的恶化程度， 线性度决定了信号的失真大小．由于人眼对视频图