其中,
这种结构用电感来等效实电阻进行阻抗匹配,没有引入过多的噪声,因此被广泛采用。
噪声分析及优化
低噪声放大器中的噪声主要包括沟道电流噪声、感应栅电流噪声和栅电阻噪声,其小信号等效电路如图3所示。
图3 小信号等效噪声电路
其中,沟道电流噪声是载流子和热振动原子的随机碰撞引起的,其表达式为
(3)
式中,gd0为漏源偏置为0时的漏极输出电导; 为MOS管的跨导; 为与器件工艺和偏置相关的常数,值为2/3~2;α=gm/gd0 <1。
另外一个噪声源是栅电阻噪声,通过多指状栅的结构缩减栅电阻的方法可以减小它。
栅电流噪声则是由于沟道载流子的扰动经由栅电容耦合到栅极形成的,其表达式为
(4)
其中,;δ表示栅噪声系数,值在4/3~15/2之间。
噪声系数F定义为输入信噪比与输出信噪比的比值:
(5)
式中,G表示功率增益。这里的噪声是指总的输出噪声与源阻抗在输出端产生的噪声的比值,因此我们得到这种结构的低噪声放大器的噪声系数为
(6)
(7)
(8)
式中,RS为源阻抗,RL和Rg分别是Lg的等效寄生电阻和MOS管的栅电阻。
在图1中,忽略了Cgd的影响,但它的存在对电路的影响很大,因为输出会通过它反馈到输入,一方面恶化噪声性能,另一方面促使电路不稳定。所以,要采用两级级联结构来抑制栅漏电容,这样不仅提高了稳定性,改善了噪声性能,还能提供较大增益。不过最关键的就是在两个MOS管M1和M2之间插入一个片上集成电感Lm,如图4所示。