CN111903054B - 单端转差分放大器和射频接收机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种单端转差分放大器和射频接收机。单端转差分放大器包括：第一反相放大器、第二反相放大器和第三反相放大器；第一反相放大器的输入端和第二反相放大器的输入端均与单端转差分放大器的输入端耦合，第一反相放大器的输出端与第三反相放大器的输入端耦合，第二反相放大器的输出端与单端转差分放大器的第一输出端耦合，第三反相放大器的输出端与单端转差分放大器的第二输出端耦合，第一反相放大器的输入端与第一反相放大器的输出端之间耦合有阻抗元件。本申请中的单端转差分放大器的面积较小，且频率范围较大，可以实现宽带匹配，从而仅使用较少数量的单端转差分放大器就可以覆盖宽频率范围，进而可以减小射频接收机的面积。

Description

单端转差分放大器和射频接收机

技术领域

本申请涉及电子技术领域，特别涉及一种单端转差分放大器和射频接收机。

背景技术

在射频接收机的前端设计中，低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)是必不可少的组成部分，其决定了整个接收机的接收灵敏度。为了减少射频接收机的面积，需要减少射频端口的使用，为此，低噪声放大器通常使用采用单端转差分的电路结构，即低噪声放大器与射频接收机的射频端口耦合后，射频信号通过射频端口输入低噪声放大器，低噪声放大器可以输出差分信号，从而可以减少射频接收机的射频端口数量。

目前，低噪声放大器往往采用无源电感巴伦(Balun)来实现单端输入、差分输出的功能。具体地，如图1所示，低噪声放大器包括：电阻、两个金属氧化物半导体(metal oxidesemiconductor，MOS)管、无源电感巴伦和电容。射频信号输入该低噪声放大器后，通过这两个MOS管输入到无源电感巴伦，然后通过无源电感巴伦和该电容转换为差分信号进行输出。

然而，由于上述低噪声放大器中采用了电感，所以导致该低噪声放大器的面积较大。另外，由于该低噪声放大器中使用电感和电容作为负载，所以该低噪声放大器为窄带结构，即该低噪声放大器的频率范围较小，此时需要同时使用多个低噪声放大器才能实现宽频带覆盖，从而进一步导致射频接收机的面积增大。

发明内容

本申请提供了一种单端转差分放大器和射频接收机，可以在信号放大基础上实现单端转差分，并且不会显著增加单端转差分放大器的面积。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种单端转差分放大器，所述单端转差分放大器包括：第一反相放大器、第二反相放大器和第三反相放大器；所述第一反相放大器的输入端和所述第二反相放大器的输入端均与所述单端转差分放大器的输入端耦合，所述第一反相放大器的输出端与所述第三反相放大器的输入端耦合，所述第二反相放大器的输出端与所述单端转差分放大器的第一输出端耦合，所述第三反相放大器的输出端与所述单端转差分放大器的第二输出端耦合；所述第一反相放大器的输入端与所述第一反相放大器的输出端之间耦合有阻抗元件。

在本申请实施例中，该单端转差分放大器中可以不存在电感，因而该单端转差分放大器的面积较小，且频率范围较大，可以实现宽带匹配。如此，仅使用较少数量的该单端转差分放大器就可以覆盖宽频率范围，从而可以减小该单端转差分放大器的面积。

具体地，该单端转差分放大器工作时，射频信号输入该单端转差分放大器的输入端后，会输入第一反相放大器和第三反相放大器。该射频信号输入第一反相放大器后，第一反相放大器输出与该射频信号的相位相反的第一信号，第一信号输入第三反相放大器后，第三反相放大器输出与第一信号的相位相反的第二信号。该射频信号输入第二反相放大器后，第二反相放大器输出与该射频信号的相位相反的第三信号。此时，该单端转差分放大器的第二输出端输出第二信号，该单端转差分放大器的第一输出端输出第三信号，第二信号的相位与第三信号的相位相反，从而实现了将该射频信号转换为由第二信号和第三信号形成的差分信号。

由于该单端转差分放大器中的第一反相放大器、第二反相放大器和第三反相放大器可以是以MOS技术实现的放大器，因此，不必存在电感，所以该单端转差分放大器的面积较小，且频率范围较大，可以实现宽带匹配。如此，仅使用较少数量的该单端转差分放大器就可以覆盖宽频率范围，从而可以进一步减少射频端口数量，进而减小该单端转差分放大器的面积。

需要说明的是，第一反相放大器可以为单位增益的反相放大器，第二反相放大器的增益可以与第三反相放大器的增益相同。或者，第一反相放大器可以为非单位增益的反相放大器，第一反相放大器的增益与第三反相放大器的增益之积可以为第二反相放大器的增益的相反数。

其中，所述第一反相放大器包括：第一P型金属氧化物半导体(P-Metal-Oxide-Semiconductor，PMOS)管和第一N型金属氧化物半导体(N-Metal-Oxide-Semiconductor，NMOS)管；所述第一PMOS管的源极与第一电源耦合，所述第一PMOS管的漏极与所述第一NMOS管的漏极耦合，所述第一NMOS管的源极接地；所述第一PMOS管的漏极与所述第一反相放大器的所述输出端耦合，所述第一NMOS管的漏极与所述第一反相放大器的所述输出端耦合，所述第一PMOS管的漏极和所述第一NMOS管的漏极均通过所述阻抗元件与所述第一反相放大器的输入端耦合；所述第一PMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极均与所述第一反相放大器的输入端耦合。

在本申请实施例中，第一PMOS管的漏极和第一NMOS管的漏极均通过阻抗元件与第一反相放大器的输入端耦合后，构成了第一PMOS管和第一NMOS管到第一反相放大器的输入端的反馈通路，这种情况下，第一PMOS管的跨导值与第一NMOS管的跨导值之和的倒数即为第一反相放大器的输入阻抗，因而通过设计第一PMOS管的跨导值和第一NMOS管的跨导值，即可实现对该单端转差分放大器的输入端的阻抗匹配。

另外，第一PMOS管的噪声和第一NMOS管的噪声通过第三反相放大器输出到该单端转差分放大器的第二输出端，并且通过上述反馈通路和第二反相放大器输出到该单端转差分放大器的第一输出端，此时第一PMOS管和第一NMOS管在该单端转差分放大器的第二输出端贡献的噪声和在该单端转差分放大器的第一输出端贡献的噪声大小相等、相位相同，因而可以相互抵消，从而使得第一PMOS管和第一NMOS管不会贡献噪声到该单端转差分放大器输出的差分信号中，进而可以极大地提高该单端转差分放大器的噪声性能。

其中，所述阻抗元件可以包括第一电阻和第六电容中的至少一个。也即是说，所述第一电阻和所述第六电容中的至少一个可以串联在所述第一PMOS管的漏极和所述第一NMOS管的漏极与所述第一反相放大器的输入端之间。

进一步地，所述第一反相放大器还可以包括：第二PMOS管和第二NMOS管；所述第一PMOS管的漏极与所述第二PMOS管的源极耦合，所述第二PMOS管的漏极与所述第二NMOS管的漏极耦合，所述第二NMOS管的源极与所述第一NMOS管的漏极耦合；所述第二PMOS管的栅极耦合于第一偏置电压，所述第二NMOS管的栅极耦合于第二偏置电压；所述第二PMOS管的漏极和所述第二NMOS管的漏极均通过所述阻抗元件与所述第一反相放大器的输入端耦合；所述第一PMOS管的漏极与所述第一反相放大器的所述输出端中的第三输出端耦合，所述第一NMOS管的漏极与所述第一反相放大器的所述输出端中的第四输出端耦合。

在本申请实施例中，阻抗元件与第二PMOS管的漏极和第二NMOS管的漏极的耦合点(即上述反馈通路的反馈点)的信号摆幅取决于阻抗元件的阻抗，因而通过设计阻抗元件的阻抗，即可调节该反馈点的信号摆幅，提升该单端转差分放大器的线性度性能。并且，由于第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管和第二NMOS管构成的通路为高阻态，所以阻抗元件的噪声难以输出到该单端转差分放大器的第二输出端，即阻抗元件不会引入显著噪声。

更进一步地，所述第一反相放大器还包括：第一电容，耦合在所述第三输出端与所述第四输出端之间。这种情况下，第一PMOS管的负载和第一NMOS管的负载均为第二PMOS管和第二NMOS管的并联结构，因而即使在信号摆幅较大的情况下，也能够保证第二PMOS管和第二NMOS管中至少有一个是导通的，保证第一反相放大器的正常输出，此时第一PMOS管的负载和第一NMOS管的负载更加线性，从而可以有效提升该单端转差分放大器的线性度性能。

在本申请实施例中，第一PMOS管和第二PMOS管与第一NMOS管和第二NMOS管是互补的输入结构，因而即使在信号摆幅较大的情况下，第一反相放大器的输出通路也总能导通，从而保障了该单端转差分放大器的1分贝压缩点的性能。

进一步地，所述第一反相放大器还包括：第二电容；第一PMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极中的至少一个通过所述第二电容与所述第一反相放大器的输入端耦合。第二电容具有隔直作用，可以避免第一反相放大器的输入端的直流信号影响第一PMOS管和第一NMOS管中的至少一个的直流工作点。

其中，所述第三反相放大器包括：第三PMOS管和第三NMOS管；所述第三PMOS管的源极与第二电源耦合，所述第三PMOS管的漏极与所述第三NMOS管的漏极耦合，所述第三NMOS管的源极接地；所述第三PMOS管的漏极和所述第三NMOS管的漏极均与所述第三反相放大器的输出端耦合；所述第三PMOS管的栅极与所述第三输出端耦合，所述第三NMOS管的栅极与所述第四输出端耦合。

在本申请实施例中，第三PMOS管和第三NMOS管构成反相器结构，从而使得第三反相放大器的输出信号可以具有很大的摆幅空间，进而可以有效提升该单端转差分放大器的动态范围。

进一步地，所述第三反相放大器还包括：第三电容；所述第三PMOS管的漏极和所述第三NMOS管的漏极均通过所述第三电容与所述第三反相放大器的输出端耦合。第三电容具有隔直作用，可以避免该单端转差分放大器中的直流信号影响其下一级电路的直流工作点，从而可以保证其下一级电路的正常工作。

进一步地，所述第三反相放大器还包括：第四电容和第五电容；所述第三PMOS管的栅极通过所述第四电容与所述第三输出端耦合，所述第三NMOS管的栅极通过所述第五电容与所述第四输出端耦合。第四电容具有隔直作用，可以避免第一反相放大器的第三输出端的直流信号影响第三PMOS管的直流工作点，第五电容也具有隔直作用，可以避免第一反相放大器的第四输出端的直流信号影响第三NMOS管的直流工作点。

其中，所述第二反相放大器包括：第四PMOS管和第四NMOS管；所述第四PMOS管的源极与第二电源耦合，所述第四PMOS管的漏极与所述第四NMOS管的漏极耦合，所述第四NMOS管的源极接地；所述第四PMOS管的漏极和所述第四NMOS管的漏极均与所述第二反相放大器的输出端耦合；所述第四PMOS管的栅极和所述第四NMOS管的栅极均与所述第二反相放大器的输入端耦合。

在本申请实施例中，第四PMOS管和第四NMOS管构成反相器结构，从而使得第二反相放大器的输出信号可以具有很大的摆幅空间，进而可以有效提升该单端转差分放大器的动态范围。

进一步地，所述第二反相放大器还包括：第七电容；所述第四PMOS管的漏极和所述第四NMOS管的漏极均通过所述第七电容与所述第二反相放大器的输出端耦合。第七电容具有隔直作用，可以避免该单端转差分放大器中的直流信号影响其下一级电路的直流工作点，从而可以保证其下一级电路的正常工作。

进一步地，所述第二反相放大器还包括：第八电容；所述第四PMOS管的栅极和所述第四NMOS管的栅极均通过所述第八电容与所述第二反相放大器的输入端耦合。第八电容具有隔直作用，可以避免第二反相放大器的输入端的直流信号影响第四PMOS管的直流工作点。

第二方面，提供了一种射频接收机，所述射频接收机包括上述第一方面所述的单端转差分放大器。

在一种可能的实现方式中，该单端转差分放大器可以为单端转差分的低噪声放大器，该射频接收机还可以包括混频器，该混频器可以与该低噪声放大器的第一输出端和第二输出端耦合。

第三方面，提供了一种射频芯片，包括述第一方面所述的单端转差分放大器或第二方面所述的射频接收机。

第四方面，提供了一种通信装置，包括述第三方面所述的射频芯片。可选地，该通信装置是无线终端。

上述第二方面、第三方面或第四方面所获得的技术效果与上述第一方面中对应的技术手段获得的技术效果近似，在这里不再赘述。

附图说明

图1是相关现有技术提供的一种低噪声放大器的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种射频接收机的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的第一种低噪声放大器的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的第二种低噪声放大器的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的第三种低噪声放大器的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的第四种低噪声放大器的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的第五种低噪声放大器的结构示意图；

图8是本申请实施例提供的第六种低噪声放大器的结构示意图；

图9是本申请实施例提供的第七种低噪声放大器的结构示意图；

图10是本申请实施例提供的第八种低噪声放大器的结构示意图；

图11是本申请实施例提供的第九种低噪声放大器的结构示意图；

图12是本申请实施例提供的第十种低噪声放大器的结构示意图；

图13是本申请实施例提供的第十一种低噪声放大器的结构示意图；

图14是本申请实施例提供的第十二种低噪声放大器的结构示意图。

附图标记：

La：低噪声放大器的输入端，Lb：低噪声放大器的第一输出端，Lc：低噪声放大器的第二输出端；

1：第一反相放大器，1a：第一反相放大器的输入端，1b：第一反相放大器的输出端，1c：第一反相放大器的第三输出端，1d：第一反相放大器的第四输出端，2：第二反相放大器，2a：第二反相放大器的输入端，2b：第二反相放大器的输出端，3：第三反相放大器，3a：第三反相放大器的输入端，3b：第三反相放大器的输出端；

Q11：第一PMOS管，s11：第一PMOS管的源极，d11：第一PMOS管的漏极，g11：第一PMOS管的栅极，Q12：第一NMOS管，s12：第一NMOS管的源极，d12：第一NMOS管的漏极，g12：第一NMOS管的栅极，Q21：第二PMOS管，s21：第二PMOS管的源极，d21：第二PMOS管的漏极，g21：第二PMOS管的栅极，Q22：第二NMOS管，s22：第二NMOS管的源极，d22：第二NMOS管的漏极，g22：第二NMOS管的栅极，Q31：第三PMOS管，s31：第三PMOS管的源极，d31：第三PMOS管的漏极，g31：第三PMOS管的栅极，Q32：第三NMOS管，s32：第三NMOS管的源极，d32：第三NMOS管的漏极，g32：第三NMOS管的栅极，Q41：第四PMOS管，s41：第四PMOS管的源极，d41：第四PMOS管的漏极，g41：第四PMOS管的栅极，Q42：第四NMOS管，s42：第四NMOS管的源极，d42：第四NMOS管的漏极，g42：第四NMOS管的栅极；

Z：阻抗元件，R1：第一电阻，R2：第二电阻，C1：第一电容，C2：第二电容，C3：第三电容，C4：第四电容，C5：第五电容，C6：第六电容，C7：第七电容，C8：第八电容。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。

在对本申请实施例进行详细地解释说明之前，先对本申请实施例涉及的应用场景予以说明。

随着射频接收机的广泛应用，降低射频接收机的成本的需求越来越迫切，为此，往往在射频接收机中使用具有单转双的电路结构的低噪声放大器来减少射频端口的使用。本申请实施例提供的单端转差分放大器即应用于射频接收机中，为了便于理解，下面以该单端转差分放大器为单端转差分的低噪声放大器为例来进行说明。

图2是本申请实施例提供的一种射频接收机的结构示意图，该射频接收机可以位于射频芯片中，该射频接收机的射频端口为该射频芯片的射频输入端口，且用于输入射频信号。参见图2，该射频接收机可以包括至少一条射频通路，每条射频通路均与一个射频端口耦合，且每条射频通路中可以包括低噪声放大器(LNA)、混频器(MIXER)和跨阻放大器(trans-impedance amplifier，TIA)，低噪声放大器、混频器与跨阻放大器串联连接，输出的信号至后端器件处理，该后端器件可包括模数转换器(Analog to Digital，ADC)等。进一步地，所述射频芯片位于一个通信装置中，该通信装置可以是基站、中继站、直放站、转发站、射频拉远头(RRH)、无线终端、用户设备、个人电脑、膝上电脑、平板电脑、或物联网设备等各类无线通信装置，本实施例对此不限定。

可以理解，以上提到的射频芯片是一个集成的半导体芯片，可以由半导体制造工艺生成。此外，该射频接收机除了可以包括在射频芯片中，也可以作为分立式系统的一部分，即在该系统中存在的多个部件不是一个集成的芯片中的集成电路，而是采用分立的各个部件。因此，该射频接收机中的各个部分也可以由分立器件组成。以下实施例对于具体的电路结构是否采用集成电路工艺或构成芯片的一部分集成电路不做限定。

该低噪声放大器可以为下图3-图14任一所示的低噪声放大器，该低噪声放大器的输入端La可以与该射频接收机的射频端口耦合，该低噪声放大器的第一输出端Lb和该低噪声放大器的第二输出端Lc可以与混频器耦合，该低噪声放大器可以将通过射频端口输入的射频信号转换为差分信号，并将该差分信号输入到混频器，混频器可以将该差分信号与本振信号(LO)进行混频得到中频信号，并将该中频信号输入到跨阻放大器，跨阻放大器可以将该中频信号转换为电压信号，并将该电压信号输出至后端器件进行处理。

在以上实施例中，射频接收机接收和处理的射频信号可以是业务数据信号、无线控制信号、无线调度信号、导频信号、无线广播信号、物理层或更高层的通信协议信号或其一种或多种的组合。通过接收和处理的射频信号，该射频接收机及其所处于的通信装置可以与发送射频信号的另一通信装置实现通信操作。

图3是本申请实施例提供的一种低噪声放大器的结构示意图。参见图3，该低噪声放大器可以包括：第一反相放大器1、第二反相放大器2和第三反相放大器3。第一反相放大器1的输入端1a和第二反相放大器2的输入端2a均与该低噪声放大器的输入端La耦合，第一反相放大器1的输出端1b与第三反相放大器3的输入端3a耦合，第二反相放大器2的输出端2b与该低噪声放大器的第一输出端Lb耦合，第三反相放大器3的输出端3b与该低噪声放大器的第二输出端Lc耦合，第一反相放大器1的输入端1a与第一反相放大器1的输出端1b之间耦合有阻抗元件Z。

需要说明的是，第一反相放大器1、第二反相放大器2和第三反相放大器3均可以实现反相功能，也即是，第一反相放大器1的输出端1b输出的信号的相位与第一反相放大器1的输入端1a输入的信号的相位相反，第二反相放大器2的输出端2b输出的信号的相位与第二反相放大器2的输入端2a输入的信号的相位相反，第三反相放大器3的输出端3b输出的信号的相位与第三反相放大器3的输入端3a输入的信号的相位相反。

另外，为了保证该低噪声放大器输出的信号为差分信号，即为了保证第二反相放大器2输出的信号与第三反相放大器3输出的信号的幅度相等、相位相反，第一反相放大器1可以为单位增益的反相放大器，第二反相放大器2的增益可以与第三反相放大器3的增益相同，此时第二反相放大器2的输出阻抗与第三反相放大器3的输出阻抗相等，当然，第一反相放大器1也可以为非单位增益的反相放大器，这种情况下，第一反相放大器1的增益与第三反相放大器3的增益之积可以为第二反相放大器2的增益的相反数。本领域技术人员可以理解，本实施例的每个反相放大器的增益是可以根据实际应用需求设置的，从而使得所述低噪声放大器的增益可设置为所需要的值，即该值由第一反相放大器1、第二反相放大器2和第三反相放大器3三者的增益共同决定。可选地，低噪声放大器的增益可设置为可调，即可在多个不同的值之间做调整，此时对应的每个反相放大器的增益都是可调的。无论整个低噪声放大器如何调整，只要保证第一反相放大器1的增益与第三反相放大器3的增益之积大致等于第二反相放大器2的增益的相反数，即可实现差分输出。因此，本领域技术人员可以在设计电路的过程中根据实际应用需求设置三个反相放大器的增益，并在设置过程中只需要保证第一反相放大器1的增益与第三反相放大器3的增益之积大致等于第二反相放大器2的增益的相反数，保证整个低噪声放大器的差分输出的两路信号是输入信号被放大相同的幅值但具有相反相位。

具体地，该低噪声放大器工作时，射频信号输入该低噪声放大器的输入端La后，会输入第一反相放大器1和第三反相放大器3。该射频信号输入第一反相放大器1后，第一反相放大器1输出与该射频信号的相位相反的第一信号，第一信号输入第三反相放大器3后，第三反相放大器3输出与第一信号的相位相反的第二信号。该射频信号输入第二反相放大器2后，第二反相放大器2输出与该射频信号的相位相反的第三信号。此时，该低噪声放大器的第二输出端Lc输出第二信号，该低噪声放大器的第一输出端Lb输出第三信号，第二信号的相位与第三信号的相位相反，从而实现了将该射频信号转换为由第二信号和第三信号形成的差分信号。

值得说明的是，该低噪声放大器采用单端转差分的电路结构，该低噪声放大器的输入端La与射频端口耦合，射频信号通过该射频端口输入该低噪声放大器的输入端La后，该低噪声放大器的第一输出端Lb和第二输出端Lc可以输出差分信号，从而实现单端输入、差分输出的功能，相比于相关技术中需要进行差分输入的低噪声放大器，使用本申请实施例中的低噪声放大器可以大大减少射频端口数量。

另外，由于该低噪声放大器中的第一反相放大器1、第二反相放大器2和第三反相放大器3可以是以MOS技术实现的放大器，因此，不必存在电感，所以该低噪声放大器的面积可以被实现的较小，且频率范围较大，可以实现宽带匹配。如此，仅使用较少数量的该低噪声放大器就可以覆盖宽频率范围，从而可以进一步减少射频端口数量，进而减小该低噪声放大器所在的射频接收机的面积。例如，使用该低噪声放大器，在3吉赫(GHz)以下无需再使用其它低噪声放大器，在3GHz-6GHz只需再使用一个同样的低噪声放大器，此时单个低噪声放大器即可实现宽频带覆盖。

下面对第一反相放大器1的结构进行说明。参见图4，第一反相放大器1包括：第一PMOS管Q11和第一NMOS管Q12；第一PMOS管Q11的源极s11与第一电源vdd1耦合，第一PMOS管Q11的漏极d11与第一NMOS管Q12的漏极d12耦合，第一NMOS管Q12的源极s12接地；第一PMOS管Q11的漏极d11与第一反相放大器1的输出端1b耦合，第一NMOS管Q12的漏极d12与第一反相放大器1的输出端1b耦合，第一PMOS管Q11的漏极d11和第一NMOS管Q12的漏极d12均通过阻抗元件Z与第一反相放大器1的输入端1a耦合；第一PMOS管Q11的栅极g11和第一NMOS管Q12的栅极g12均与第一反相放大器1的输入端1a耦合。

需要说明的是，第一PMOS管Q11的漏极d11和第一NMOS管Q12的漏极d12均通过阻抗元件Z与第一反相放大器1的输入端1a耦合后，构成了第一PMOS管Q11和第一NMOS管Q12到第一反相放大器1的输入端1a的反馈通路，这种情况下，第一PMOS管Q11的跨导值与第一NMOS管Q12的跨导值之和的倒数即为第一反相放大器1的输入阻抗，因而通过设计第一PMOS管Q11的跨导值和第一NMOS管Q12的跨导值，即可实现对该低噪声放大器的输入端La的阻抗匹配。例如，可以设计第一PMOS管Q11的跨导值与第一NMOS管Q12的跨导值之和为0.02西门子(S)，此时第一反相放大器1的输入阻抗为1/0.02＝50欧姆，从而可以实现对该低噪声放大器的输入端La的阻抗匹配。

另外，第一PMOS管Q11的噪声和第一NMOS管Q12的噪声通过第三反相放大器3输出到该低噪声放大器的第二输出端Lc，并且通过上述反馈通路和第二反相放大器2输出到该低噪声放大器的第一输出端Lb，此时第一PMOS管Q11和第一NMOS管Q12在该低噪声放大器的第二输出端Lc贡献的噪声和在该低噪声放大器的第一输出端Lb贡献的噪声大小相等、相位相同，因而可以相互抵消。本申请实施例引入的这种噪声抵消机制，使得第一PMOS管Q11和第一NMOS管Q12不会贡献噪声到该低噪声放大器输出的差分信号中，从而可以极大地提高该低噪声放大器的噪声性能。

进一步地，参见图5、图6和图7，阻抗元件Z可以包括第一电阻R1和第六电容C6中的至少一个。第一PMOS管Q11的漏极d11和第一NMOS管Q12的漏极d12均通过第一电阻R1和第六电容C6中的至少一个与第一反相放大器1的输入端1a耦合。也即是说，第一电阻R1和第六电容C6中的至少一个可以串联在第一PMOS管Q11的漏极d11和第一NMOS管Q12的漏极d12与第一反相放大器1的输入端1a之间。

进一步地，参见图8，第一反相放大器1还可以包括：第二PMOS管Q21和第二NMOS管Q22，用于将第一PMOS管Q11的漏极d11与第一NMOS管Q12的漏极d12耦合。具体地，第一PMOS管Q11的漏极d11与第二PMOS管Q21的源极s21耦合，第二PMOS管Q21的漏极d21与第二NMOS管Q22的漏极d22耦合，第二NMOS管Q22的源极s22与第一NMOS管Q12的漏极d12耦合；第二PMOS管Q21的栅极g21耦合于第一偏置电压，第二NMOS管Q22的栅极g22耦合于第二偏置电压；第二PMOS管Q21的漏极d21和第二NMOS管Q22的漏极d22均通过阻抗元件Z与第一反相放大器1的输入端1a耦合。所述第一偏置电压和第二偏置电压的值可以由本领域技术人员依照实际应用需求或经验设置。

在此结构下，与第一PMOS管Q11的漏极d11相耦合的第一反相放大器1的输出端1b和与第一NMOS管Q12的漏极d12相耦合的第一反相放大器1的输出端1b包括两个不同输出端，即第三输出端1c和第四输出端1d。也即是，第一PMOS管Q11的漏极d11可以与第一反相放大器1的输出端1b中的第三输出端1c耦合，第一NMOS管Q12的漏极d12可以与第一反相放大器1的输出端1b中的第四输出端1d耦合。两个输出端1b产生的信号不同，具体地，产生的两个信号中包含相位相同的小信号，但具有不同的大信号电压偏置。

另外，阻抗元件Z与第二PMOS管Q21的漏极d21和第二NMOS管Q22的漏极d22的耦合点(即上述反馈通路的反馈点)的信号摆幅取决于阻抗元件Z的阻抗，因而通过设计阻抗元件Z的阻抗，即可调节该反馈点的信号摆幅，提升该低噪声放大器的线性度性能。并且，由于第一PMOS管Q11、第二PMOS管Q21、第一NMOS管Q12和第二NMOS管Q22构成的通路为高阻态，所以阻抗元件Z的噪声难以输出到该低噪声放大器的第二输出端Lc，即阻抗元件Z不会引入显著噪声。

更进一步地，参见图9，第一反相放大器1还可以包括：第一电容C1，耦合在第一反相放大器1的第三输出端1c与第四输出端1d之间。这种情况下，第一PMOS管Q11的负载和第一NMOS管Q12的负载均为第二PMOS管Q21和第二NMOS管Q22的并联结构，因而即使在信号摆幅较大的情况下，也能够保证第二PMOS管Q21和第二NMOS管Q22中至少有一个是导通的，保证第一反相放大器1的正常输出，此时第一PMOS管Q11的负载和第一NMOS管Q12的负载更加线性，从而可以有效提升该低噪声放大器的线性度性能。

值得注意的是，第一PMOS管Q11和第二PMOS管Q21与第一NMOS管Q12和第二NMOS管Q22是互补的输入结构，因而即使在信号摆幅较大的情况下，第一反相放大器1的输出通路也总能导通，从而保障了该低噪声放大器的1分贝(dB)压缩点的性能。

下面对第二反相放大器2的结构进行说明。参见图10，第二反相放大器2可以包括：第四PMOS管Q41和第四NMOS管Q42；第四PMOS管Q41的源极s41与第二电源vdd2耦合，第四PMOS管Q41的漏极d41与第四NMOS管Q42的漏极d42耦合，第四NMOS管Q42的源极s42接地；第四PMOS管Q41的漏极d41和第四NMOS管Q42的漏极d42均与第二反相放大器2的输出端2b耦合；第四PMOS管Q41的栅极g41和第四NMOS管Q42的栅极g42均与第二反相放大器2的输入端2a耦合。这种情况下，第四PMOS管Q41和第四NMOS管Q42构成反相器结构，从而使得第二反相放大器2的输出信号可以具有很大的摆幅空间，进而可以有效提升该低噪声放大器的动态范围。第二电源vdd2可以与第一电源vdd1相同或不同，二者均是恒定电压，并用于为各自的反相放大器供电，本申请实施例对此不作限定。

进一步地，参见图11，第二反相放大器2还可以包括：第七电容C7；第四PMOS管Q41的漏极d41和第四NMOS管Q42的漏极d42均通过第七电容C7与第二反相放大器2的输出端2b耦合。需要说明的是，第七电容C7具有隔直作用，可以避免该低噪声放大器中的直流信号影响其下一级电路的直流工作点，从而可以保证其下一级电路的正常工作。

下面对第三反相放大器3的结构进行说明。参见图12，第三反相放大器3可以包括：第三PMOS管Q31和第三NMOS管Q32；第三PMOS管Q31的源极s31与第二电源vdd2耦合，第三PMOS管Q31的漏极d31与第三NMOS管Q32的漏极d32耦合，第三NMOS管Q32的源极s32接地；第三PMOS管Q31的漏极d31和第三NMOS管Q32的漏极d32均与第三反相放大器3的输出端3b耦合；第三PMOS管Q31的栅极g31与第一反相放大器1的第三输出端1c耦合，第三NMOS管Q32的栅极g32与第一反相放大器1的第四输出端1d耦合。这种情况下，第三PMOS管Q31和第三NMOS管Q32构成反相器结构，从而使得第三反相放大器3的输出信号可以具有很大的摆幅空间，进而可以有效提升该低噪声放大器的动态范围。

进一步地，参见图13，第三反相放大器3还可以包括：第三电容C3；第三PMOS管Q31的漏极d31和第三NMOS管Q32的漏极d32均通过第三电容C3与第三反相放大器3的输出端3b耦合。需要说明的是，第三电容C3具有隔直作用，可以避免该低噪声放大器中的直流信号影响其下一级电路的直流工作点，从而可以保证其下一级电路的正常工作。

上述结构中，为了保证第一PMOS管Q11和第一NMOS管Q12在该低噪声放大器的第一输出端Lb贡献的噪声和在该低噪声放大器的第二输出端Lc贡献的噪声大小相等，可以设计第一PMOS管Q11的跨导值和第二PMOS管Q21的跨导值相等、第一NMOS管Q12的跨导值和第二NMOS管Q22的跨导值相等、第三PMOS管Q31的跨导值和第四PMOS管Q41的跨导值相等、第三NMOS管Q32的跨导值和第四NMOS管Q42的跨导值相等。

进一步地，为了保证MOS管可以正常工作，参见图14，第一PMOS管Q11、第一NMOS管Q12、第三PMOS管Q31、第三NMOS管Q32、第四PMOS管Q41和第四NMOS管Q42的栅极均可以耦合至用于提供直流工作点的偏置电压bias。例如，这六个MOS管中的任意一个MOS管的栅极可以通过第二电阻R2连接至对应的偏置电压bias，每个MOS管对应的偏置电压bias的值可以设置为相同或不同。每个偏置电压bias可以通过对应的第二电阻R2为对应的MOS管提供直流工作点，保证这个MOS管可以正常工作。

此外，参见图14，第一PMOS管Q11、第一NMOS管Q12、第三PMOS管Q31、第三NMOS管Q32、第四PMOS管Q41和第四NMOS管Q42的栅极均可以通过电容耦合至对应的反相放大器的输入端，该电容具有隔直作用，可以避免每个反相放大器的输入端的直流信号影响对应的MOS管的直流工作点。

例如，第一反相放大器1还可以包括一个或多个第二电容C2，第一PMOS管Q11的栅极g12和第一NMOS管Q12的栅极g12中的至少一个通过第二电容C2与第一反相放大器1的输入端1a耦合。第三反相放大器3还可以包括第四电容C4和第五电容C5，第三PMOS管Q31的栅极g31通过第四电容C4与第一反相放大器1的第三输出端1c耦合，第三NMOS管Q32的栅极g32通过第五电容C5与第一反相放大器1的第四输出端1d耦合。第二反相放大器2还可以包括第八电容C8，第四PMOS管Q41的栅极g41和第四NMOS管Q42的栅极g42均通过第八电容C8与第二反相放大器2的输入端2a耦合。

在本申请实施例中，低噪声放大器可以不存在电感，因而该低噪声放大器的面积较小，且频率范围较大，可以实现宽带匹配。如此，仅使用较少数量的该低噪声放大器就可以覆盖宽频率范围，从而可以减小该低噪声放大器所在的射频接收机的面积。

需理解，本申请实施例中提到的“至少一个”可以是一个或多个；所提到的“包括”是指不排他的包含，即除了包含所提到的元素，还可能包含其他元素；所提到的“A和/或B”表示A或B中的一个或全部；所提到的“耦合”表示电连接或电耦合，其包括通过导线直接相连或通过其他元件相连。

以上所述为本申请提供的实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。例如，虽然本实施例以低噪声放大器为例作说明，描述了其技术方案和有益效果，但应用以上结构的单端转差分放大器可以适用于其他应用场景，如可变增益放大器等，同样可实现无需使用电感即可实现单端转差分功能，减少输入端数量的技术效果。此外，具体实施例中的放大器结构可以以芯片中集成电路的方式存在，也可以以分立器件方式存在，或者可以是两者的结合。例如，以上实施例中除了电容和电阻外的其他器件，如每个MOS管都可以是集成电路，作为射频芯片或其他芯片的一部分，而电容和电阻采用分立器件。或者，可选地，一个或多个电阻也可以集成电路方式存在而位于所述芯片内。或者，可选地，一个或多个电容也可以集成电路方式存在而位于所述芯片内，此时的一个或多个电容可以是MOS管电容，本实施例不限制具体实现方式。

Claims (13)

1.一种单端转差分放大器，其特征在于，包括：第一反相放大器、第二反相放大器和第三反相放大器；

所述第一反相放大器的输入端和所述第二反相放大器的输入端均与所述单端转差分放大器的输入端耦合，所述第一反相放大器的输出端与所述第三反相放大器的输入端耦合，所述第二反相放大器的输出端与所述单端转差分放大器的第一输出端耦合，所述第三反相放大器的输出端与所述单端转差分放大器的第二输出端耦合；

所述第一反相放大器的输入端与所述第一反相放大器的输出端之间耦合有阻抗元件；

所述第一反相放大器包括：第一P型金属氧化物半导体PMOS管和第一N型金属氧化物半导体NMOS管；

所述第一PMOS管的源极与第一电源耦合，所述第一PMOS管的漏极与所述第一NMOS管的漏极耦合，所述第一NMOS管的源极接地；

所述第一PMOS管的漏极与所述第一反相放大器的所述输出端耦合，所述第一NMOS管的漏极与所述第一反相放大器的所述输出端耦合，所述第一PMOS管的漏极和所述第一NMOS管的漏极均通过所述阻抗元件与所述第一反相放大器的输入端耦合；

所述第一PMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极均与所述第一反相放大器的输入端耦合；

所述第一反相放大器还包括：第二PMOS管和第二NMOS管；

所述第一PMOS管的漏极与所述第二PMOS管的源极耦合，所述第二PMOS管的漏极与所述第二NMOS管的漏极耦合，所述第二NMOS管的源极与所述第一NMOS管的漏极耦合；

所述第二PMOS管的栅极耦合于第一偏置电压，所述第二NMOS管的栅极耦合于第二偏置电压；

所述第二PMOS管的漏极和所述第二NMOS管的漏极均通过所述阻抗元件与所述第一反相放大器的输入端耦合；

所述第一PMOS管的漏极与所述第一反相放大器的所述输出端中的第三输出端耦合，所述第一NMOS管的漏极与所述第一反相放大器的所述输出端中的第四输出端耦合；

所述第二反相放大器包括：第四PMOS管和第四NMOS管；

所述第四PMOS管的源极与第二电源耦合，所述第四PMOS管的漏极与所述第四NMOS管的漏极耦合，所述第四NMOS管的源极接地；

所述第四PMOS管的漏极和所述第四NMOS管的漏极均与所述第二反相放大器的输出端耦合；

所述第四PMOS管的栅极和所述第四NMOS管的栅极均与所述第二反相放大器的输入端耦合。

2.如权利要求1所述的单端转差分放大器，其特征在于，所述第一反相放大器为单位增益的反相放大器。

3.如权利要求1所述的单端转差分放大器，其特征在于，所述第一反相放大器还包括：第一电容，耦合在所述第三输出端与所述第四输出端之间。

4.如权利要求1或3所述的单端转差分放大器，其特征在于，所述第一反相放大器还包括：第二电容；

第一PMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极中的至少一个通过所述第二电容与所述第一反相放大器的输入端耦合。

5.如权利要求1或3所述的单端转差分放大器，其特征在于，所述第三反相放大器包括：第三PMOS管和第三NMOS管；

所述第三PMOS管的源极与第二电源耦合，所述第三PMOS管的漏极与所述第三NMOS管的漏极耦合，所述第三NMOS管的源极接地；

所述第三PMOS管的漏极和所述第三NMOS管的漏极均与所述第三反相放大器的输出端耦合；

所述第三PMOS管的栅极与所述第三输出端耦合，所述第三NMOS管的栅极与所述第四输出端耦合。

6.如权利要求5所述的单端转差分放大器，其特征在于，所述第三反相放大器还包括：第三电容；

所述第三PMOS管的漏极和所述第三NMOS管的漏极均通过所述第三电容与所述第三反相放大器的输出端耦合。

7.如权利要求5所述的单端转差分放大器，其特征在于，所述第三反相放大器还包括：第四电容和第五电容；

所述第三PMOS管的栅极通过所述第四电容与所述第三输出端耦合，所述第三NMOS管的栅极通过所述第五电容与所述第四输出端耦合。

8.如权利要求6所述的单端转差分放大器，其特征在于，所述第三反相放大器还包括：第四电容和第五电容；

所述第三PMOS管的栅极通过所述第四电容与所述第三输出端耦合，所述第三NMOS管的栅极通过所述第五电容与所述第四输出端耦合。

9.如权利要求1所述的单端转差分放大器，其特征在于，所述阻抗元件包括第一电阻和第六电容中的至少一个。

10.如权利要求1所述的单端转差分放大器，其特征在于，所述第二反相放大器还包括：第七电容；

所述第四PMOS管的漏极和所述第四NMOS管的漏极均通过所述第七电容与所述第二反相放大器的输出端耦合。

11.如权利要求1或10所述的单端转差分放大器，其特征在于，所述第二反相放大器还包括：第八电容；

所述第四PMOS管的栅极和所述第四NMOS管的栅极均通过所述第八电容与所述第二反相放大器的输入端耦合。

12.一种射频接收机，其特征在于，所述射频接收机包括上述权利要求1至11任一项所述的单端转差分放大器。

13.如权利要求12所述的射频接收机，其特征在于，所述单端转差分放大器是单端转差分的低噪声放大器；

所述射频接收机还包括：混频器，与所述第一输出端和所述第二输出端耦合。

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