1.本技术涉及射频接收电路的技术领域，具体地涉及带反馈补偿的单端输入差分输出低噪声放大器、射频电路及无线通信系统。
背景技术：
2.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。而且环境噪声多以共模噪声的形式干扰接收射频信号的质量，低噪声放大器采用单端转差分的电路结构，可以有效的减小芯片内部共模噪声对输入射频信号的影响。
3.目前，低噪声放大器往往采用共栅极共源极结构或者栅极源极交叉耦合结构来实现单端输入、差分输出的功能。但是共栅极共源极结构的单端输入、差分输出的放大器，输出差分端口的rc极点不一致，导致差分输出幅度和相位不平衡，影响共模噪声的抑制水平。栅极源极交叉耦合的单端输入、差分输出的放大器优化了噪声系数和线性度，但片内变压器需要更大的面积同时衰减更大，而片外变压器会增加成本和系统设计复杂度。因此提供一种能够提供更好的噪声系数，更优的差分特性，而且可以降低设计的成本和复杂度是亟需解决的技术问题。
4.本背景技术描述的内容仅为了便于了解本领域的相关技术，不视作对现有技术的承认。
技术实现要素：
5.因此，本发明实施例意图提供一种具有更好的差分特性以及可以更好地抑制共模噪声的单端输入差分输出放大器，同时该放大器可以降低成本和设计复杂度，同时避免了变压器衰减对射频通道增益和噪声系数的恶化。
6.在第一方面，本发明实施例提供了一种带反馈补偿的单端输入差分输出低噪声放大器，包括；
7.单输入端，用以接收射频信号；
8.单端输入转差分输出模块，电性连接至所述单输入端，用以将所述单输入端接收的多个射频信号转换为差分输出信号，所述单端输入转差分输出模块包括晶体管，不同晶体管之间采用共栅极共源极结构；
9.优化模块，用以对所述差分输出信号进一步优化，所述优化模块与所述单端输入转差分输出模块电连接，所述优化模块包括晶体管，不同晶体管之间采用栅极源极耦合结构；
10.反馈补偿模块，与所述单端输入转差分输出模块、所述优化模块电性连接，用于根据反馈结果补偿不同晶体管之间的直流电流。
11.可选的，所述单端输入转差分输出模块包括第一晶体管与第二晶体管，第一控制信号控制所述第一晶体管与所述第二晶体管的栅极；
12.所述第一晶体管的源极通过电感接地，所述第二晶体管的源极接地。
13.可选的，所述优化模块包括第三晶体管、第四晶体管、第一电容以及第二电容；
14.所述第三晶体管的源极与所述第一电容的第一极板相连接，所述第四晶体管的栅极与所述第一电容的第二极板相连接；
15.所述第三晶体管的栅极与所述第二电容的第一极板相连接，所述第四晶体管的源极与所述第二电容的第二极板相连接。
16.可选的，所述反馈补偿模块包括：放大器、第三电容以及第一pmos晶体。
17.可选的，所述反馈补偿模块还包括：固定电流补偿模块，所述固定电流补偿模块包括，第二pmos晶体管。
18.可选的，所述第三晶体管的漏极为差分输出的第一输出，所述第四晶体管的漏极为差分输出的第二输出。
19.可选的，所述第三晶体管的源极与所述放大器的第二输入端口连接，所述第四晶体管的源极与所述放大器的第一输入端口连接；
20.所述放大器的输出端口与所述第一pmos晶体管的栅极以及所述第三电容的第一极板相连接；
21.所述第三电容的第二极板分别与所述第一pmos晶体管的源极以及电源相连接。
22.可选的，第二控制信号控制所述第二pmos晶体管的栅极，所述第二晶体管的源极连接至电源，所述第二pmos晶体管的漏极分别与所述第一pmos晶体管的漏极、所述第二晶体管的漏极以及所述第四晶体管的源极相连接。
23.在本发明实施例中，在第二方面，本发明实施例提供了一种射频电路，所述射频电路包括：如上所述的带反馈补偿的单端输入差分输出低噪声放大器。
24.在第三方面，本发明实施例提供一种无线通信系统，所述无线通信系统包括如上所述的射频电路。
25.本发明实施例的其他可选特征和技术效果一部分在下文描述，一部分可通过阅读本文而明白。
附图说明
26.以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，所示出的元件不受附图所显示的比例限制，附图中相同或相似的附图标记表示相同或类似的元件，其中：
27.图1示出了一种可以实施本发明实施例的射频通信系统的示意图；
28.图2示出了一种可以实施本发明实施例的带反馈补偿的单端输入差分输出低噪声放大器框图示意图；
29.图3示出了一种可以实施本发明实施例的共栅极共源极结构的单端输入差分输出低噪声放大器电路示意图；
30.图4示出了一种可以实施本发明实施例的采用变压器实现单端输入差分输出低噪
声放大器电路示意图；
31.图5示出了一种可以实施本发明实施例的带负反馈电流补偿的单端输入差分输出低噪声放大器电路示意图；
32.图6示出了一种可以实施本发明实施例的带负反馈电流补偿和固定电流补偿的单端输入差分输出低噪声放大器电路示意图。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
34.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
35.在本发明的实施例中，本技术实施例利用负反馈的直流偏置补偿技术，把共栅极共源极结构和栅极源极交叉结构结合到一起。使得射频电路同时具备二者的优点，同时改善其缺陷。相比于共栅极共源极结构，本技术实施例提供的结构可以提供更好的差分特性和对共模噪声的抑制。和栅极源极交叉耦合结构相比，本技术实施例提供的结构无需变压器，降低了成本和设计复杂度，同时避免了变压器衰减对射频通道增益和噪声系数的恶化。
36.图1示出了一种可以实施本发明实施例的射频通信系统的示意图。如1所示射频通信系统10包括天线101、切换电路102、射频发射电路103、射频接收电路104、数字模拟转换器105、模拟数字转换器106以及数字处理电路107。射频通信系统10通过天线101接收来自无线传输通道的多个高频电磁波信号/或通过天线101发送多个高频电磁波信号。模拟数字转换器106用以将接收器电路104处理这些高频电磁波信号得到的模拟信号转换为数字信号。射频接收电路104用以处理天线101接收的这些高频电磁波信号，其中电路设计者在设计射频接收电路104时需要考虑很多参数，例如，噪声指数、信号线性度、相位延迟、芯片面积、阻抗匹配等等。有鉴于此，本发明提出一种单端输入差分输出低噪声放大器及其射频电路以应用在射频接收器电路104之中。
37.图2示出了一种可以实施本发明实施例的带反馈补偿的单端输入差分输出低噪声放大器框图示意图。如图2所示的框图包括单端输入转差分输出模块201、优化模块202以及反馈补偿模块203。首先通信系统中的天线接收无线射频信号作为单端输入转差分输出模块201的输入，在本技术实施例中采用共栅极共源极结构，实现单端输入到差分输出的转换，优化模块202采用栅极源极交叉耦合结构，进一步优化201的差分输出，提供更好的差分输出，保证了差分输出有相同的极点并输出优化结果。反馈补偿模块203根据反馈结果调整电流使得通过不同晶体管的直流电流相同，进一步提升单端输入差分输出放大器的性能。
38.图3示出了一种可以实施本发明实施例的共栅极共源极结构的单端输入差分输出低噪声放大器电路示意图。图3所示的单端输入差分输出低噪声放大器电路包括：电源vcc1、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十晶体管nm10、第十一晶体管nm11、
第十二晶体管nm12、第十三晶体管nm13。如图3所示单端输入信号rfin分别连接至第十晶体管nm10的源极、电容的一个极板以及电感的一端，并且第十晶体管nm10的源极通过电感接地，第十晶体管nm10的漏极与第十二晶体管nm12的源极相连接，第十晶体管nm10的栅极由控制信号vb0控制。第十一晶体管nm11的源极接地，第十一晶体管nm11的漏极与第十三晶体管nm13的源极相连接，第十一晶体管nm11的栅极连接电容的另外一个极板，并且控制信号vb0通过第十二电阻r12控制第十一晶体管nm11的栅极。第十二晶体管nm12的漏极通过第十电阻r10连接到电源vcc1，同时第十二晶体管nm12的漏极连接差分输出的第一输出端口outp1；第十三晶体管nm13的漏极通过第十一电阻r11连接到电源vcc1，同时第十三晶体管nm13的漏极连接差分输出的第二输出端口outn1。同时第十二晶体管nm12与第十三晶体管nm13的栅极连接，并同时由控制信号vb1控制。图3所示的共栅极共源极结构的单端输入差分输出低噪声放大器电路可以减少第十一晶体管nm11在放大器电路中的噪声贡献，通常情况下，第十一晶体管nm11的沟通宽度为第十晶体管nm10的沟通宽度的4到5倍，为了保证差分输出，第十电阻r10的阻值也相应为第十一电阻r11阻值的4到5倍，这会导致第一输出差分端口与第二输出差分端口的rc极点不一致，导致差分输出幅度和相位不平衡，同时也会影响共模噪声的抑制水平。
39.图4示出了一种可以实施本发明实施例的采用变压器实现单端输入差分输出低噪声放大器电路示意图。图4所示的采用变压器实现单端输入差分输出低噪声放大器电路包括：电源vcc2、第二十电阻r20、第二十一电阻r21、第二十晶体管nm20、第二十一晶体管nm21、第二十二晶体管nm22、第二十三晶体管nm23、第二十电容c20、第二十一电容c21、第二十二电容c22、第二十三电容c23以及变压器t20。如图4所示，单端输入信号rfin2作为变压器t20的输入，第二十晶体管nm20的源极与变压器t20的一端相连接，并且同时连接到第二十电容c20的上极板，第二十电容c20的下极板与第二十一晶体管nm21的栅极连接；变压器t20的另一端连接至第二十一电容c21的下极板，第二十一电容c21的上极板与第二十晶体管nm20的栅极相连接，并且第二十一电容c21的下极板与第二十一晶体管nm21的源极相连接；第二十晶体管nm20的漏极与第二十二电容c22的上极板连接，第二十二电容c22的下极板与第二十三晶体管nm23的栅极相连接，第二十晶体管nm20的漏极同时与第二十二晶体管nm22的源极相连接；第二十一晶体管nm21的漏极与第二十三电容c23的下极板连接，第二十三电容c23的上极板与第二十二晶体管nm22的栅极相连接，第二十一晶体管nm21的漏极同时与第二十三晶体管nm23的源极相连接；第二十二晶体管nm22通过第二十电阻r20连接至电源vcc2，并且作为差分输出的第一输出端口outp2；第二十三晶体管nm23通过第二十一电阻r21连接至电源vcc2，并且作为差分输出的第二输出端口outn2。如图4所示电路通过变压器完成了单端输入差分输出的放大器结构，与图3所示实施例提供的单端输入差分输出的放大器结构相比较，在图4所示实施例中，第二十晶体管nm20的源极与第二十一晶体管nm21的栅极，以及第二十一晶体管nm21的源极与第二十晶体管nm20的栅极交叉耦合可以得到更好的差分特性，同时优化了噪声系数和线性度。但在图4所示实例中如果采用片内变压器需要更大的面积同时衰减更大，而采用片外变压器会增加成本和系统设计复杂度。
40.图5示出了一种可以实施本发明实施例的带负反馈电流补偿的单端输入差分输出低噪声放大器电路示意图。如图5所示的带负反馈电流补偿的单端输入差分输出低噪声放大器电路包括：电源vcc3、第三十电阻r30、第三十一电阻r31、第三十二电阻r32、第三十
pmos晶体管pm30、第三十nmos晶体管nm30、第三十一晶体管nm31、第三十二晶体管nm32、第三十三晶体管nm33、第三十电容c30、第三十一电容c31、第三十二电容c32、第三十三电容c33、第三十电感l30以及放大器amp31。如图4所示，单端输入端口rfin3连接至第三十二电容c32的上极板，第三十二电容c32的下极板与第三十一晶体管nm31的栅极以及第三十二电阻r32的一端连接，单端输入端口rfin3同时连接至第三十nmos晶体管nm30的源极，并同时连接至第三十电感l30的一端。第三十电感l30的另一端接地。第三十一晶体管nm31的源极接地。控制信号vb30控制第三十nmos晶体管nm30的栅极，同时通过第三十二电阻r32控制第三十一晶体管nm31的栅极，实现了第三十nmos晶体管nm30与第三十一晶体管nm31的共栅极共源极结构。第三十nmos晶体管nm30的漏极与第三十二晶体管nm32的源极相连接，并且同时连接至第三十电容c30的上极板，第三十二晶体管nm32的源极与作为放大器amp31的第二输入。第三十一晶体管nm31的漏极与第三十三晶体管nm33的源极相连接，并且同时连接至第三十一电容c31的下极板，第三十三晶体管nm33的源极作为放大器amp31的第一输入。第三十电容c30的下极板与第三十三晶体管nm33的栅极相连接，第三十一电容c31的上极板与第三十二晶体管nm32的栅极相连接。第三十二晶体管nm32的漏极通过第三十电阻r30与电源vcc3相连接，并作为差分输出的第一输出端口outp3。第三十三晶体管nm33的漏极通过第三十一电阻r31与电源vcc3相连接，并作为差分输出的第二输出端口outn3，实现了第三十二晶体管nm32和第三十三晶体管nm33栅极与源极交叉耦合结构。放大器amp31的输出端与第三十pmos晶体管pm30的栅极相连接，并同时与第三十三电容c33的下极板相连接，第三十三电容c33的上极板连接至电源vcc3。第三十pmos晶体管pm30的源极也连接至电源vcc3。如图5所示的实施例中，第三十nmos晶体管nm30和第三十一晶体管nm31为输入级，采用共栅极共源极结构，实现单端输入到差分输出的转换。为了获得更优的噪声系数，第三十一晶体管nm31的沟道宽度为第三十nmos晶体管nm30的四到五倍。第三十二晶体管nm32和第三十三晶体管nm33采用了栅极源极交叉耦合结构，可以提供更好的差分输出。第三十二晶体管nm32和第三十三晶体管nm33的尺寸相同，同时第三十电阻r30和第三十一电阻r31的阻值也相同，因此保证了差分输出的第一输出端口outp3与差分输出的第二输出端口outn3有相同的极点。
41.在图5所示实施例中放大器amp31、第三十pmos晶体管pm30和第三十三电容c33构成了一个负反馈环路。其中放大器amp31可以采用单级的差分放大器。通过检测第三十二晶体管nm32与第三十三晶体管nm33的源极端电压差，调节第三十pmos晶体管pm30的电流来补偿第三十一晶体管nm31相比于第三十nmos晶体管nm30所需的额外电流，最终保证流过第三十二晶体管nm32和第三十三晶体管nm33的直流电流是相同的。第三十三电容c33构成了环路的主极点，保证电路的稳定性。
42.图6示出了一种可以实施本发明实施例的带负反馈电流补偿和固定电流补偿的单端输入差分输出低噪声放大器电路示意图。如图6所示的带负反馈电流补偿和固定电流补偿的单端输入差分输出低噪声放大器电路包括：电源vcc4、第四十电阻r40、第四十一电阻r41、第四十二电阻r42、第四十pmos晶体管pm40、第四十一pmos晶体管pm41、第四十nmos晶体管nm40、第四十一晶体管nm41、第四十二晶体管nm42、第四十三晶体管nm43、第四十电容c40、第四十一电容c41、第四十二电容c42、第四十三电容c43、第四十电感l40以及放大器amp41。
43.如图6所示，单端输入端口rfin4连接至第四十二电容c42的上极板，第四十二电容c42的下极板与第四十一晶体管nm41的栅极以及第四十二电阻r42的一端连接，单端输入端口rfin4同时连接至第四十nmos晶体管nm40的源极，并同时连接至第四十电感l40的一端。第四十电感l40的另一端接地。第四十一晶体管nm41的源极接地。控制信号vb40控制第四十nmos晶体管nm40的栅极，同时通过第四十二电阻r42控制第四十一晶体管nm41的栅极，实现了第四十nmos晶体管nm40与第四十一晶体管nm41的共栅极共源极结构。第四十nmos晶体管nm40的漏极与第四十二晶体管nm42的源极相连接，并且同时连接至第四十电容c40的上极板，第四十二晶体管nm42的源极作为放大器amp41的第二输入。第四十一晶体管nm41的漏极与第四十三晶体管nm43的源极相连接，并且同时连接至第四十一电容c41的下极板，第四十三晶体管nm43的源极作为放大器amp41的第一输入。第四十电容c40的下极板与第四十三晶体管nm43的栅极相连接，第四十一电容c41的上极板与第四十二晶体管nm42的栅极相连接。第四十二晶体管nm42的漏极通过第四十电阻r40与电源vcc4相连接，并作为差分输出的第一输出端口outp4。第四十三晶体管nm43的漏极通过第四十一电阻r41与电源vcc4相连接，并作为差分输出的第二输出端口outn4，实现了第四十二晶体管nm42和第四十三晶体管nm43栅极与漏极交叉耦合结构。放大器amp41的输出端与第四十pmos晶体管pm40的栅极相连接，并同时与第四十三电容c43的下极板相连接，第四十三电容c43的上极板连接至电源vcc4。第四十pmos晶体管pm40的源极也连接至电源vcc4。第四十一pmos晶体管pm41由控制信号vb41控制，其源极与电源vcc4相连接，第四十一pmos晶体管pm41的漏极同时与第四十pmos晶体管pm40的漏极、第四十一晶体管nm41的漏极、第四十三晶体管nm43的源极以及第四十一电容c41的下极板相连接。
44.如图6所示的实施例中，第四十nmos晶体管nm40和第四十一晶体管nm41为输入级，采用共栅极共源极结构，实现单端到差分的转换。为了获得更优的噪声系数，第四十一晶体管nm41的沟道宽度为第四十nmos晶体管nm40的四到五倍。第四十二晶体管nm42和第四十三晶体管nm43采用了栅极源极交叉耦合结构，可以提供更好的差分输出。第四十二晶体管nm42和第四十三晶体管nm43的尺寸相同，同时第四十电阻r40和第四十一电阻r41的阻值也相同，因此保证了差分输出的第一输出端口outp4与差分输出的第二输出端口outn4有相同的极点。
45.在图6所示实施例中放大器amp41、第四十pmos晶体管pm40和第四十三电容c43构成了一个负反馈环路。其中放大器amp41可以采用单级的差分放大器。通过检测第四十二晶体管nm42与第四十三晶体管nm43的漏极端电压差，调节第四十pmos晶体管pm40的电流来补偿第四十一晶体管nm41相比于第四十nmos晶体管nm40所需的额外电流，同时可调整通过第四十一pmos晶体管pm41的电流来补偿第四十一晶体管nm41相比于第四十nmos晶体管nm40所需的固定值补偿电流，最终保证流过第四十二晶体管nm42和第四十三晶体管nm43的直流电流是相同的。第四十三电容c43构成了环路的主极点，保证电路的稳定性。
46.本技术实施例利用负反馈的直流偏置补偿，把共栅极共源极结构和栅极源极交叉结构结合到一起，使得电路同时具备二者的优点，同时改善其缺陷。相比于共栅极共源极结构，本技术实施例提供的结构可以提供更好的差分特性和对共模噪声的抑制。和栅极源极交叉耦合结构相比，本技术实施例提供的结构无需变压器，降低了成本和设计复杂度，同时避免了变压器衰减对射频通道增益和噪声系数的恶化。
47.本发明虽以优选实施例描述如上，使得本领域技术人员能够更清楚地理解本发明的内容。然而，本领域技术人员应理解到他们可轻易地以本发明作为基础，设计或修改流程以及操作不同的射频接收电路进行相同的目的和/或达到这里介绍的实施例的相同优点。因此本发明的保护范围是以权利要求书为准。
48.在本文中，针对本发明的多个实施例进行了描述，但为简明起见，各实施例的描述并不是详尽的，各个实施例之间相同或相似的特征或部分可能会被省略。在本文中，“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”意指适用于根据本发明的至少一个实施例或示例中，而非所有实施例。上述术语并不必然意味着指代相同的实施例或示例。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
49.已参考上述实施例具体示出并描述了本发明的示例性系统及方法，其仅为实施本系统及方法的最佳模式的示例。本领域的技术人员可以理解的是可以在实施本系统及/或方法时对这里描述的系统及方法的实施例做各种改变而不脱离界定在所附权利要求中的本发明的精神及范围。