一种抵消阻性反馈功率电流放大器输入级热噪声的装置

摘要

本发明公开了一种抵消阻性反馈功率电流放大器输入级热噪声的装置，由功率电流放大器和噪声抵消电路构成,其中：所述的功率电流放大器由跨导输入级、输出电流信号拷贝级、阻性电流并联负反馈网络和阻性电流串联负反馈网络组成；所述的噪声抵消电路由噪声电流信号检测级和混合电流信号合成级组成且依次级联；上述的跨导输入级的输出端、噪声电流信号检测级的输入端和阻性电流并联负反馈网络的输入端依次串联；混合电流信号合成级的其中一个输入端与输出电流信号拷贝级的一个输出端相连。由于所述噪声抵消电路自身的噪声可以被所述的跨导输入级所抑制，因此本发明的噪声抵消效果比传统的噪声抵消电路好。

说明书

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种抵消阻性反馈功率电流放大器输入级热噪声的装置。 

背景技术

阻性反馈功率电流放大器的电路结构与传统的阻性并联反馈放大器电路结构的相同之处是它们都具有一个由电阻构成的并联反馈网络（见参考文献[1]），因此阻性反馈功率电流放大器输入级的沟道热噪声可以采用由F.Bruccoleri等人提出的噪声抵消电路来抵消（见参考文献[2]）。而且阻性反馈功率电流放大器中的输出电流信号拷贝级可以充当文献[2]中噪声电压信号的检测级，因此可以简化噪声抵消电路的设计。目前尚无相关的文献介绍，亦未搜索到相关的专利文件。 

参考文献 

[1]Xiaolong Li and Wouter A.Serdijn,“On the Design of Broadband Power‐to‐Current Low Noise Amplifiers,”IEEE Transactions on Circuits and Systems‐I:Regular Papers,vol.59，no.3，pp.493‐504,March2012. 

[2]F.Bruccoleri,E.A.M.Klumperink and B.Nauta,“Wide‐band CMOS low‐noise amplifier exploiting thermal noise canceling,”IEEE Journal of Solid‐State Circuits,vol.39,no.2,pp.275‐282,Feb.2004. 

发明内容

本发明的目的所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种抵消阻性反馈功率电流放大器输入级热噪声的装置。 

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是： 

一种抵消阻性反馈功率电流放大器输入级热噪声的装置，由功率电流放大器和噪声抵消电路两部分构成,所述的功率电流放大器由跨导输入级、输出电流信号拷贝级、阻性电流并联负反馈网络和阻性电流串联负反馈网络组成；所述的噪声抵消电路由噪声电流信号检测级和混合电流信号合成级组成；其中：阻性电流并联负反馈网络的输出端分别接跨导输入级的一个输入端和输出电流信号拷贝级的输入端，信号源并联于阻性电流并联负反馈网络的输出端，阻性电流串联负反馈网络的输出端接跨导输入级的另一个输入端，跨导输入级的输出端接噪声电流信号检测级的输入端，噪声电流信号检测级的一个输出端接阻性电流并联负反馈网络的输入端，噪声电流信号检测级的另一个输出端接混合电流信号合成级的一个输入端，输出电流信号拷贝级的输出端接混合电流信号合成级的另一个输入端，混合电流信号合成级的输出端接负载的输入端。 

所述跨导输入级为反相放大器，是单级共源极或单级共射极组态中的任一种。 

所述的电流并联负反馈网络需采用电阻。 

所述的噪声电流信号检测级采用电流传感器或电流互感器。 

若所述的噪声电流信号检测级的输出端所构成回路的电流与其输入端 所构成回路的电流方向相同，则所述的混合电流信号合成级的输出信号为其混合电流信号合成级两输入信号之差，且混合电流信号合成级采用由有源器件组成的减法电路实现；若所述的噪声电流信号检测级的输出端所构成回路的电流与其输入端所构成回路的电流方向相反，则所述的混合电流信号合成级的输出信号为混合电流信号合成级两输入信号之和，且混合电流信号合成级采用由有源器件组成的加法电路实现。 

本发明的一种抵消阻性反馈功率电流放大器输入级热噪声的装置具有如下优点和有益效果： 

1、由于阻性反馈功率电流放大器自身具有一个输出电流信号拷贝级，该级可完成对跨导输入级输入端节点噪声电压的检测并将其转换成电流，因此本发明的噪声抵消电路本身不需要额外的噪声电压信号检测级，可以简化噪声抵消电路，从而减小功耗和芯片面积。 

2、由于本发明的一种抵消阻性反馈功率电流放大器输入级热噪声的装置，其噪声抵消电路与跨导输入级是级联的，因此噪声抵消电路自身的噪声可以被跨导输入级所抑制，额外引入的噪声较小。 

附图说明

图1是本发明的电路结构框图。 

图2是本发明的原理示意图。 

图3是本发明的具体实施电路图。 

图1、图2和图3中：1.跨导输入级，2.输出电流信号拷贝级，3.阻性电流并联负反馈网络，4.阻性电流串联负反馈网络，5.噪声电流信号检测级， 6.混合电流信号合成级。 

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的规定。 

图3所示为图2的一种基于CMOS工艺的具体实施电路图。如图1、图2和图3所示的一种抵消阻性反馈功率电流放大器输入级热噪声的装置，由功率电流放大器和噪声抵消电路两部分构成,其中：所述的功率电流放大器由跨导输入级1、输出电流信号拷贝级2、阻性电流并联负反馈网络3和阻性电流串联负反馈网络4组成；所述的噪声抵消电路由噪声电流信号检测级5和混合电流信号合成级6组成。 

上述的跨导输入级1、输出电流信号拷贝级2、阻性电流并联负反馈网络3和噪声电流信号检测级5均为四端口网络，即它们各具有两个输入端口和两个输出端口；上述的阻性电流串联负反馈网络4为二端口网络，即它具有一个输入端口和一个输出端口；上述的混合电流信号合成级6为五端口网络，其中两个为输出端口，三个为输入端口，且其中的一个输入端口为其它两个输入端口的公共端。 

上述的跨导输入级1的输出端、噪声电流信号检测级5的输入端和阻性电流并联负反馈网络3的输入端依次串联，即所述跨导输入级1的一个输出端口与所述噪声电流信号检测级5的一个输入端口连接，所述噪声电流信号检测级5的另一个输入端口与所述阻性电流并联负反馈网络3的一个输入端口连接；所述阻性电流并联负反馈网络3的一个输出端口同时与所述跨导输 入级1的一个输入端口和信号源连接，阻性电流并联负反馈网络3的其余输入端口和输出端口接地。 

上述输出电流信号拷贝级2的输入端与跨导输入级1的输入端并联，所述跨导输入级1的剩余输入端口和输出端口同时与所述阻性电流串联负反馈网络4的一端相连，所述阻性电流串联负反馈网络4的另一端接地。所述输出电流信号拷贝级2的一个输出端口与所述混合电流信号合成级6的其中一个输入端口相连，其另一个输出端口与所述阻性电流串联负反馈网络4的非接地端相连。 

上述的噪声电流信号检测级5的输出端、混合电流信号合成级6和负载依次级联，即所述噪声电流信号检测级5的输出端与所述混合电流信号合成级6的剩余两个输入端口相连，且其中一个为公共端，接地；所述混合电流信号合成级6的输出端与负载相连。 

上述的跨导输入级1为反相放大器，可以是单级共源极或单级共射极组态中的任一种。 

上述的电流并联负反馈网络3可采用两个分流电阻实现。 

上述的噪声电流信号检测级5采用电流传感器或电流互感器实现。 

若上述的噪声电流信号检测级5的输出端所构成回路的电流与其输入端所构成回路的电流方向相同（如同为顺时针或同为逆时针），则上述的混合电流信号合成级6的输出信号为其两输入信号之差，且采用由有源器件组成的减法电路实现；若上述的噪声电流信号检测级5的输出端所构成回路的电流与其输入端所构成回路的电流方向相反（如一个为顺时针，另一个为逆时针），则上述的混合电流信号合成级6的输出信号为其两输入信号之和， 且采用由有源器件组成的加法电路实现。 

在图3中，上述的跨导输入级1由单级共源极放大器VF101实现；上述的输出电流信号拷贝级2由单级共源极放大器VF201实现；上述的阻性电流并联负反馈网络3由反馈电阻R₃₀₁、R₃₀₂以及隔直电容C₃₀₁实现；上述的阻性电流串联负反馈网络4由反馈电阻R₄₀₁实现；上述的噪声电流信号检测级5由匝数比为1：1的集成变压器TF501实现；上述的混合电流信号合成级6由两个单级共栅极放大器VF601和VF602，偏置电阻R₆₀₁和R₆₀₂，耦合电容C₆₀₁和C₆₀₂构成；VF601、C₆₀₁和VF602、C₆₀₂输出差分的电流信号至负载（即两输出电流之差）。 

在图3中，上述噪声电流信号检测级TF501初级线圈的一端与所述跨导输入级VF101的漏极相连；其另一端与R₃₀₁和C₃₀₁的一端相连；TF501的次级线圈的一端与所述混合电流信号合成级VF601的源极相连，另一端接地。因此TF501的作用是：一方面将VF101输出的电流信号耦合至VF601，另一方面将该输出电流经R₃₀₁和R₃₀₂分流后反馈至放大器的输入端。R₃₀₁的另一端接电源电压V_DD；C₃₀₁与R₃₀₂串联，R₃₀₂的另一端接VF101和VF201的栅极并与信号源相连。上述的输出电流信号拷贝级VF201的源极和VF101的源极连接后与R_f相连，R_f的另一端接地。VF201的漏极与VF602的源极相连。 

阻性反馈功率电流放大器自身的电路结构特点使得对其输入级沟道热噪声的抵消成为可能，因此本发明提出了一种抵消阻性反馈功率电流放大器输入级热噪声的装置，其噪声抵消电路主要由噪声电流信号检测级和混合电流信号合成级构成。由于该噪声抵消电路与跨导输入级是级联的，因此其自身的噪声可以被跨导输入级所抑制，且电路结构简单，功耗小，成本低。