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1、(10)申请公布号 CN 102651633 A(43)申请公布日 2012.08.29CN102651633A*CN102651633A*(21)申请号 201210151584.3(22)申请日 2012.05.15H03F 1/26(2006.01)(71)申请人江苏科技大学地址 212003 江苏省镇江市梦溪路2号(72)发明人李效龙 田雨波 解志斌 张冰(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司 32200代理人楼高潮(54) 发明名称一种噪声电流前馈型噪声抵消电路(57) 摘要本发明公开了一种噪声电流前馈型噪声抵消电路，由阻性电压并联负反馈放大电路和噪声抵消电路构成，其中，所。
2、述的阻性电压并联负反馈放大电路由跨导输入级、电流缓冲级和阻性电压并联负反馈网络组成；所述的噪声抵消电路由噪声电流信号检测级、噪声电流-电压信号转换级、噪声电压信号放大级和混合电压信号合成级组成且依次级联；所述的跨导输入级、噪声电流信号检测级的输入端、电流缓冲级和电压并联负反馈网络依次串联；所述电流缓冲级的输出端同时与所述混合电压信号合成级的三个输入端中的一个输入端相连。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电压前馈型噪声抵消电路好。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图6页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明。
3、专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 6 页1/1页21.一种噪声电流前馈型噪声抵消电路，由阻性电压并联负反馈放大电路和噪声抵消电路组成，其特征在于：所述的阻性电压并联负反馈放大电路由跨导输入级（1）、电流缓冲级（2）和阻性电压并联负反馈网络（3）组成；所述的噪声抵消电路由噪声电流信号检测级（4）、噪声电流-电压信号转换级（5）、噪声电压信号放大级（6）和混合电压信号合成级（7）组成；其中所述的跨导输入级（1）、电流缓冲级（2）、噪声电流信号检测级（4）、噪声电流-电压信号转换级（5）和噪声电压信号放大级（6）均为四端口网络，即两个输入端口和两个输出端口；所述的混合电压信号合成级（。
4、7）为五端口网络，即三个输入端口和两个输出端口，且其中的一个输入端口为其它两个输入端口的公共端；所述的跨导输入级（1）、噪声电流信号检测级（4）的输入端、电流缓冲级（2）和阻性电压并联负反馈网络（3）依次串联，即所述跨导输入级（1）的一个输出端与所述噪声电流信号检测级（4）的一个输入端连接，所述噪声电流信号检测级（4）的另一个输入端与所述电流缓冲级（2）的一个输入端连接，所述电流缓冲级（2）的另一个输入端与所述电流缓冲级（2）的一个输出端连接，所述电流缓冲级（2）的另一个输出端与所述阻性电压并联负反馈网络（3）的一端连接；所述阻性电压并联负反馈网络（3）的另一端同时与所述跨导输入级（1）的一个。
5、输入端和信号源连接，所述跨导输入级（1）的其余输入端和输出端均接地；所述的噪声电流信号检测级（4）的输出端、噪声电流-电压信号转换级（5）、噪声电压信号放大级（6）、混合电压信号合成级（7）和负载依次级联，即所述噪声电流信号检测级（4）的输出端与所述噪声电流-电压信号转换级（5）的输入端相连，所述噪声电流-电压信号转换级（5）的输出端与所述噪声电压信号放大级（6）的输入端相连，所述噪声电压信号放大级（6）的输出端与所述混合电压信号合成级（7）的两个输入端相连，且其中一个为公共端，所述混合电压信号合成级（7）的第三个输入端与所述电流缓冲级（2）的输出端连接，所述混合电压信号合成级（7）的输出端与。
6、负载相连。2.根据权利要求1所述的噪声电流前馈型噪声抵消电路，其特征是：所述的电压并联负反馈网络（3）采用单个的电阻实现。3.根据权利要求1所述的噪声电流前馈型噪声抵消电路，其特征是：所述的噪声电流信号检测级（4）采用电流传感器或变压器实现。4.根据权利要求1所述的噪声电流前馈型噪声抵消电路，其特征是：所述的跨导输入级（1）和噪声电压信号放大级（6）均为反相放大器。权 利 要 求 书CN 102651633 A1/4页3一种噪声电流前馈型噪声抵消电路技术领域0001 本发明属于模拟集成电路技术领域，具体地说，涉及一种噪声电流前馈型噪声抵消电路。背景技术0002 阻性电压并联负反馈宽带低噪声放大。
7、器常采用噪声电压前馈型噪声抵消电路（参见文献1和附图6）来降低噪声。这种噪声电压前馈型噪声抵消电路主要由跨导输入级、阻性电压并联负反馈网络、噪声电压信号检测级和混合电压信号合成级构成，且跨导输入级与阻性电压并联负反馈网络组成电压并联负反馈放大器，噪声电压信号检测级的输入端与跨导输入级的输入端并联，跨导输入级的输出端和噪声电压信号检测级的输出端分别与混合电压信号合成级的两个输入端相连。其抵消噪声的方式是通过噪声电压信号检测级将噪声电压信号前馈并放大，然后在混合电压信号合成级将大小相等极性相反的噪声信号以及大小相等极性相同的信息信号相叠加以抵消噪声信号。可见，这种噪声电压前馈型噪声抵消电路的主要缺。
8、点是：1）由于噪声电压信号检测级的输入端与跨导输入级的输入端是并联的，因此噪声电压信号检测级本身的噪声不能被跨导输入级所抑制；2）要求噪声电压信号检测级具有较大的增益以抵消跨导输入级和反馈网络所产生的噪声，因此该级的功耗和面积均较大；3）由于噪声电压信号检测级的输入端与跨导输入级的输入端是并联的，对信息信号而言，其在混合电压信号合成级相当于两个单级放大器所放大的信号的叠加，所以信息信号的增益相对较小。0003 为了克服传统噪声电压前馈型噪声抵消电路的上述缺点，本发明提出了一种噪声电流前馈型噪声抵消电路，其跨导输入级、阻性电压并联负反馈网络和混合电压信号合成级这三级电路与传统的噪声电压前馈型噪声。
9、抵消电路是相同的，不同之处是引入了噪声电流信号检测级、噪声电流-电压信号转换级和噪声电压信号放大级，用以取代传统噪声电压前馈型噪声抵消电路中的噪声电压信号检测级。其中，噪声电流信号检测级所检测并前馈的是跨导输入级所产生（或放大）的噪声电流信号和信息电流信号，并通过噪声电流-电压信号转换级将噪声电流信号和信息电流信号转换成噪声电压信号和信息电压信号，然后通过噪声电压信号放大级放大以满足噪声电压信号抵消的条件。此外，在噪声电流信号检测级和混合电压信号合成级之间引入了电流缓冲级用以阻断由于米勒效应而导致的源信号通过跨导输入级和混合电压信号合成级的直接前馈，并将噪声电流信号检测级和混合电压信号合成级隔。
10、离。此时由于噪声电流信号检测级的输入端与跨导输入级的输出端是串联的，噪声电流信号检测级及其后续各级自身的噪声可以被跨导输入级所抑制，因此额外引入的这四级电路的噪声贡献相对较小。0004 本发明的一种噪声电流前馈型噪声抵消电路，目前尚无相关的文献介绍，亦未搜索到相关的专利文件。发明内容说 明 书CN 102651633 A2/4页40005 本发明的目的和要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提出一种噪声电流前馈型噪声抵消电路。0006 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：0007 一种噪声电流前馈型噪声抵消电路，由阻性电压并联负反馈放大电路和噪声抵消电路两部分构成，其中：所述的阻性电压。
11、并联负反馈放大电路由跨导输入级1、电流缓冲级2和阻性电压并联负反馈网络3组成；所述的噪声抵消电路由噪声电流信号检测级4、噪声电流-电压信号转换级5、噪声电压信号放大级6和混合电压信号合成级7组成。0008 上述的跨导输入级1、电流缓冲级2、噪声电流信号检测级3、噪声电流-电压信号转换级5和噪声电压信号放大级6均为四端口网络，即两个输入端口和两个输出端口；上述的混合电压信号合成级7为五端口网络，三个输入端口和两个输出端口，且其中的一个输入端口为其它两个输入端口的公共端。0009 上述的跨导输入级1、噪声电流信号检测级4的输入端、电流缓冲级2和阻性电压并联负反馈网络3依次串联，即所述跨导输入级1的。
12、一个输出端与所述噪声电流信号检测级4的一个输入端连接，所述噪声电流信号检测级4的另一个输入端与所述电流缓冲级2的一个输入端连接，所述电流缓冲级2的另一个输入端与所述电流缓冲级2的一个输出端连接，所述电流缓冲级2的另一个输出端与所述阻性电压并联负反馈网络3的一端连接；所述阻性电压并联负反馈网络3的另一端同时与所述跨导输入级1的一个输入端和信号源连接，所述跨导输入级1的其余输入端和输出端均接地。0010 上述的噪声电流信号检测级4的输出端、噪声电流-电压信号转换级5、噪声电压信号放大级6、混合电压信号合成级7和负载依次级联，即所述噪声电流信号检测级4的输出端与所述噪声电流-电压信号转换级5的输入端。
13、相连，所述噪声电流-电压信号转换级5的输出端与所述噪声电压信号放大级6的输入端相连，所述噪声电压信号放大级6的输出端与所述混合电压信号合成级7的两个输入端相连，且其中一个为公共端，所述混合电压信号合成级7的第三个输入端与所上述电流缓冲级2的输出端连接，所述混合电压信号合成级7的输出端与负载相连。0011 上述的跨导输入级1和噪声电压信号放大级6均为反相放大器，可以是单级共源极或单级共射极组态中的任一种。0012 上述的电流缓冲级2可以采用单级共栅极或单级共基极组态中的任一种。0013 上述的电压并联负反馈网络3采用单个的电阻实现。0014 上述的噪声电流信号检测级4采用电流传感器或变压器实现。。
14、0015 上述的噪声电流-电压信号转换级5采用无源或有源的电流-电压转换电路实现。0016 若上述的噪声电流信号检测级4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，则上述的混合电压信号合成级7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，本发明中将这种类型的噪声电流前馈型噪声抵消电路称为噪声电流前馈“和”型噪声抵消电路；若上述的噪声电流信号检测级4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，则上述的混合电压信号合成级7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，本发明中将这种类型的噪声电流前馈型噪声抵消电路称为噪声电流前。
15、馈“差”型噪声抵消电路。说 明 书CN 102651633 A3/4页50017 本发明的一种噪声电流前馈型噪声抵消电路具有如下优点和有益效果：0018 1、由于本发明的一种噪声电流前馈型噪声抵消电路中的噪声抵消电路所检测并前馈的是电流信号，其噪声电流信号检测级的输入端与跨导输入级的输出端是串联的，因此该噪声抵消电路所产生的噪声可以被跨导输入级所抑制；0019 2、由于本发明的一种噪声电流前馈型噪声抵消电路中的噪声电流信号首先被噪声电流信号检测级检测，然后被噪声电流-电压信号转换级转换成电压，这两级电路对噪声信号具有放大作用，这样就可以减小噪声电压信号放大级的增益，从而减小了噪声电压信号放大级。
16、的功耗和芯片面积；0020 3、对信息信号而言，由于本发明的一种噪声电流前馈型噪声抵消电路中的跨导输入级、噪声电流信号检测级、噪声电流-电压信号转换级和噪声电压信号放大级是级联的，相当于两级级联放大器，因此信息信号的增益相对较大。附图说明0021 图1是本发明的原理示意图；0022 图2是图1所示的一种噪声电流前馈“和”型噪声抵消电路的具体实现电路图；0023 图3是图1所示的一种噪声电流前馈“差”型噪声抵消电路的具体实现电路图；0024 图4是图2中各关键节点电压或回路电流的信号示意图以及噪声抵消过程示意图；0025 图5是图3中各关键节点电压或回路电流的信号示意图以及噪声抵消过程示意图；0。
17、026 图6是传统的噪声电压前馈型噪声抵消电路的具体实现电路图。0027 图7是基于0.2m GaAs p-HEMT工艺仿真的实施例图2和图6的噪声系数（NF）；0028 图8是基于0.2m GaAs p-HEMT工艺仿真的实施例图2和图6的输入反射系数（S11）和功率增益（S21）；0029 图中：1.跨导输入级，2.电流缓冲级，3.电压并联负反馈网络，4.噪声电流信号检测级，5.噪声电流-电压信号转换级，6.噪声电压信号放大级，7.混合电压信号合成级。具体实施方式0030 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，实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的。
18、规定。0031 图2和图3所示为图1的两种基于场效应管工艺的具体实施电路图。如图1、图2和图3所示的一种噪声电流前馈型噪声抵消电路，由阻性电压并联负反馈放大电路和噪声抵消电路构成。其中，所述的阻性电压并联负反馈放大电路由跨导输入级1、电流缓冲级2和阻性电压并联负反馈网络3组成；所述的噪声抵消电路由噪声电流信号检测级4、噪声电流-电压信号转换级5、噪声电压信号放大级6和混合电压信号合成级7组成。0032 图2是图1所示的一种噪声电流前馈“和”型噪声抵消电路的具体实施电路图。在图2中，所述的跨导输入级由单级共源极放大器VF101实现，所述的电流缓冲级2由单级共栅极放大器VF201实现，所述的电压并。
19、联负反馈网络由反馈电阻Rf实现，所述的噪声电流信号检测级4由匝数比为1：1的集成变压器TF401实现，所述的噪声电流-电压转换级5说 明 书CN 102651633 A4/4页6由电阻R501构成，所述的噪声电压信号放大级6由单级共源极放大器VF601实现，所述的混合电压信号合成级7由单级共漏极放大器VF701实现。图2中，所述的阻性电压并联负反馈放大电路由VF101、TF401的初级线圈、VF201和Rf构成且依次串连，即源信号经耦合电容C1耦合至VF101的栅极，从VF101漏极输出的电流信号经过TF101的初级线圈输入至VF201的源极，VF201的漏极与Rf的一端以及VF701的栅极相。
20、连，Rf的另一端与VF101的栅极相连，VF101的源极接地，VF201的栅极接供电电源UG2。所述的噪声抵消电路由TF401的次级线圈、R501、VF601和VF701构成且依次级连，即TF401次级线圈的同名端同时连接R501的一端和VF601的栅极，R501的另一端和VF601的源极均接地，VF601的漏极与VF701的源极相连后所输出的电压信号经耦合电容C2输出至负载，VF701的漏极接供电电源VDD，TF401次级线圈的异名端接供电电源UG3。VFB1、VFB2、VFB3和电阻RB1构成镜像电流源，为VF101、VF201和VF601提供偏置电流，即VFB1、VFB2与VFB3的源极。
21、均接供电电源VDD，VFB1的栅极和VFB1的漏极、VFB2的栅极、VFB3的栅极以及电阻RB1的一端相连，RB1的另一端接地，VFB3的漏极与VF601的漏极相连。上述晶体管中，VF101、VF201、VF601和VF701为N沟道场效应管，VFB1、VFB2和VFB3为P沟道场效应管。其中VF101与VF201的尺寸相同，VFB1与VFB2的尺寸相同。0033 图3是图1所示的一种噪声电流前馈“差”型噪声抵消电路的具体实施电路图。图3中的跨导输入级1、电流缓冲级2、阻性电压并联负反馈网络3和噪声电流-电压信号转换级5与图2相同，但其噪声电流信号检测级4和混合电压信号合成级7与图2不同。具体。
22、而言，在图3中所述的噪声电流信号检测级4仍由匝数比为1：1集成变压器TF401实现但其次级线圈的连接方式与图2相反，即TF401次级线圈的异名端同时连接R501的一端和VF601的栅极，其同名端接供电电源UG3；所述的混合电压信号合成级7由共漏极放大器VF701和VF702以及匝数比为且初级线圈具有中间抽头的集成变压器TF701实现。VF701的栅极接VF201的漏极而VF702的栅极接VF601的漏极，VF701和VF702的源极分别与TF701初级线圈的两端相连；TF701初级线圈的中间抽头接地，TF701次级线圈的两端分别与负载的两端相连，VF701和VF702的漏极接供电电源VDD。图。
23、3中的其它各部分电路及其连接方式与图2相同。0034 基于0.2m GaAs p-HEMT工艺，在0.52GHz的工作频段，用ADS软件对本实施例图2和图6所示电路的性能进行了仿真，结果如图7和图8所示。可以看出，本实施例图2的噪声系数（NF）为0.670.71dB，输入反射系数（S11）小于-14dB，其功率增益（S21）为2328dB。而在具有相似电路结构和相同的偏置电流时，传统的噪声电压前馈型噪声抵消电路（图6）的噪声系数NF为0.710.73dB，输入反射系数S11小于-11dB，其功率增益S21为1820dB。可见，在具有相同功耗时，较之于传统的噪声电压前馈型噪声抵消电路，本发明的一种噪声电流前馈型噪声抵消电路的噪声抵消效果更好。说 明 书CN 102651633 A1/6页7图1说 明 书 附 图CN 102651633 A2/6页8图2说 明 书 附 图CN 102651633 A3/6页9图3说 明 书 附 图CN 102651633 A4/6页10图4说 明 书 附 图CN 102651633 A10。