CN100547909C - 改善线性度和频带的放大器电路 - Google Patents

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Abstract

一种改善线性度和频带的放大器电路，包括一放大模块、一反馈模块和一输出模块。所述的放大模块包括一主晶体管、一辅助晶体管、一第一电容、一第二电容、一主晶体管偏置单元和辅助晶体管偏置单元。所述的主晶体管偏置单元包括一第一偏置电阻。所述的辅助晶体管偏置单元包括一第二偏置电阻。所述的反馈模块包括第一和第二反馈电阻，且所述的输出模块包括一输出电阻和一输出晶体管。

Description

改善线性度和频带的放大器电路
技术领域
本发明涉及一种放大器电路，特别是一种改善了线性度和频带的放大器电路。
背景技术
图1为一个传统的放大器电路的示意图。
如图1所示，传统的放大器电路包括一个晶体管MN1和一个电阻R1。
晶体管MN1的源电极接地，并且晶体管MN1的栅电极连接到放大器电路的输入端口。晶体管MN1的漏电极连接到电阻R1和放大器电路的输出端口。
在传统的放大器电路中，当输入一个较低电压时的三阶谐波分量的影响，以及当输入一个较高电压时，由高阶谐波分量，如五阶、七阶谐波分量而额外产生的互调失真(IMD)分量都容易导致线性度恶化。
发明内容
因此，本发明目的就在于提供一种改善了线性度、并且可应用在宽频带的放大器电路。
根据本发明，提供了一种改善了线性度和频带的放大器电路，该放大器电路包括一放大模块，所述的放大器模块包括：具有第一、第二和第三电极的主晶体管，其中，从第二电极流向第三电极的电流随着加在第一电极上的电压改变而改变；具有第四、第五和第六电极的辅助晶体管，其中，从第五电极流向第六电极的电流随着加在第四电极的电压改变而改变；加偏压而使主晶体管工作于饱和区域的主晶体管偏置单元；以及加偏压而使辅助晶体管工作于亚阈区域的辅助晶体管偏置单元。其中，第二和第五电极相互电连接，且第一和第四电极电连接至一输入端口。一第一反馈模块与第三电极电连接，一第二反馈模块与第六电极电连接。
所述的主晶体管和辅助晶体管可以有不同的跨导值(transconductance values)。
所述的第一和第二反馈模块可以包括电阻。
所述的放大器电路还可以进一步包括一输出模块，该模块包括一具有第七、第八和第九电极的输出晶体管，其中从第八电极流向第九电极的电流随着加在第七电极的电压改变而改变，第九电极同时与第二及第五电极电连接在一起。
所述的放大器电路还可以进一步包括一个电连接于第七电极和第九电极的反馈放大器。
根据本发明，还提供了另一种改善了线性度和频带的放大器电路，该放大器电路包括一放大模块，所述的放大器模块包括：具有第一、第二和第三电极的主晶体管，其中，从第二电极流向第三电极的电流随着加在第一电极上的电压改变而改变；具有第四、第五和第六电极的辅助晶体管，其中，从第五电极流向第六电极的电流随着加在第四电极的电压改变而改变；加偏压而使主晶体管工作于饱和区域的主晶体管偏置单元；以及加偏压而使辅助晶体管工作于亚阈区域的辅助晶体管偏置单元。其中，第二和第五电极相互电连接，且第一和第四电极电连接至一输入端口。输出模块包括一具有第七、第八、第九电极的输出晶体管，其中，从第八电极流向第九电极的电流随着加在第七电极的电压改变而改变。所述的第九电极同时与第二及第五电极电连接在一起。一反馈模块电连接在输出模块的输入端口和输出端口之间。
所述的主晶体管和辅助晶体管可以有不同的跨导值。
所述的反馈模块可以包括电阻。
所述的放大器电路还可以进一步包括一共源共栅(cascode)电路，其中，所述的共源共栅电路与所述的输入端口电连接。
所述的放大器电路还可以进一步包括一连接于第七电极和第九电极的反馈放大器。
参考附图，本发明将得到更详细的描述，本发明的实施例都表示在附图中。但是，本发明可以通过许多不同的方式实现，以下的实施例不应理解为对本发明的限制；其实，提供这些实施例是为了使公开更充分和完整，并向本领域的技术人员充分地展示本发明的构思。图中，相同的标号在不同的图中都表示相同的部件。
本申请要求于2005年8月17日在韩国递交的申请号为10-2005-0075048的专利申请的优先权，本说明书引用了该申请的所有内容。
附图说明
参考下列附图，本发明将被详细地描述，在图中相同的标号名代表相同的元件。
图1是传统的放大器电路的示意图；
图2是根据本发明的一个最佳实施例，包括一多栅电极晶体管(MGTR)的放大器电路的简化的电路图，该放大器电路额外设置了一反馈环路；
图3A是根据本发明的第一个最佳实施例的放大器电路的典型电路示意图；
图3B是对图3A所示的放大器电路进行修改后的另一个放大器电路的典型电路示意图，增加了一个反馈放大器；
图4A是根据本发明的第二个最佳实施例的放大器电路的典型电路示意图；
图4B是对图4A所示的放大器电路进行修改后的另一个放大器电路的典型电路示意图，增加了一个反馈放大器；和
图5是根据本发明的第三个最佳实施例的放大器电路的典型电路示意图。
具体实施方式
参考附图，本发明的具体实施例将会得到更详细的描述。
图2是根据本发明的一个最佳实施例，包括一多栅电极晶体管(MGTR)的放大器电路的简化的电路图，该放大器电路额外设置了一反馈环路。
如图2所示，MGTR将输出端口的信号通过反馈环路传送给MGTR的输入端口。这一结构使得MGTR的线性度得到改善，虽然它也使MGTR的总增益降低。
反馈环路可以是一个并联反馈环路或者串联反馈环路。对串联反馈环路的详细描述将结合图3A和3B进行；对并联反馈环路的详细描述将结合图4A和4B进行。
图3A是根据本发明的第一实施例的放大器电路的典型电路示意图。
如图3A所示，该放大器电路包括一放大模块310、一反馈模块320和一输出模块330。
放大器模块310包括主晶体管MN31、辅助晶体管MN32、第一电容C31、第二电容C32、主晶体管偏置单元321和辅助晶体管偏置单元322。主晶体管偏置单元321包括第一偏置电阻Rb31。辅助晶体管偏置单元322包括第二偏置电阻Rb32。
反馈模块320包括第一和第二反馈电阻R31和R32，输出模块330包括一个输出电阻Rout和一个输出晶体管MNout。
输入端口IN与第一电容C31的一端和第二电容C32的一端电连接。
第一电容C31的另一端与主晶体管MN31的栅电极和第一偏置电阻Rb31的一端电连接。所述的第二电容C32的另一端与辅助晶体管MN32的栅电极和第二偏置电阻Rb32的一端电连接。
主晶体管MN31的源电极与第一反馈电阻R31的一端电连接。所述的辅助晶体管MN32的源电极与第二反馈电阻R32的一端电连接。
主晶体管MN31的漏电极以及辅助晶体管MN32的漏电极共同地与输出晶体管MNout的源电极电连接。输出端口OUT的一端与输出电阻Rout的一端共同地与输出晶体管MNout的漏电极电连接。
第一电容C31和第二电容C32作为隔直电路(DC-blocking circuit)，将来自输入端口IN的信号分量中的直流(DC)分量隔断，使其不能到达主晶体管MN31的栅电极和辅助晶体管MN32的栅电极。
主晶体管MN31和辅助晶体管MN32以并联的方式相互电连接，从而构成了MGTR。所述的辅助晶体管MN32可以具有和主晶体管MN31不同的特性。特别地，辅助晶体管MN32可以具有与主晶体管MN31不同的跨导特性，从而降低主晶体管MN31所产生的IMD3。例如，主晶体管MN31和辅助晶体管MN32的跨导特性互异，因此主晶体管MN31工作于饱和区域而辅助晶体管MN32工作于亚阈区域。
第一偏置电压V31加载在第一偏置电阻Rb31的另一端，以使主晶体管MN31工作于饱和区域。第二偏置电压V32加载在第二偏置电阻Rb32的另一端，以使辅助晶体管MN32工作于亚阈区域。第一偏置电压V31和一偏移电压(offset voltage)Vos之间的电压差V31-Vos可以作为第二偏置电压V32。
第一反馈电阻R31与主放大器MN31的源电极电连接，从而构成了作为简并电路(degeneration circuit)的串联反馈电路。所述的第二反馈电阻R32与辅助放大器MN32的源电极电连接，从而构成了作为简并电路的串联反馈电路。
偏置电压Vbias_out加载在输出晶体管MNout的栅电极，作为一个电路，将放大模块310的输入端口IN和输出端口OUT相互隔离。这一电路隔离结构降低了输入端口IN和输出端口OUT之间的信号干扰。
根据本发明的实施例，高阶谐波分量例如五阶和七阶谐波分量的放大量可以被降低，因此可以改善放大器的线性度。
图3B是对图3A所示的放大器电路进行修改后的另一个放大器电路的典型电路示意图，增加了一个反馈放大器。
如图3B所示，该放大器电路包括放大模块310、反馈模块320和输出模块330。由于图3B中的放大模块310和反馈模块320与图3A中的完全一致，因此对图3B中相应部分的详细描述已经在对图3A的描述中体现。以下将详细描述输出模块330。
输出模块330包括输出电阻Rout、输出晶体管MNout和反馈放大器311。输出端口OUT的一端和输出电阻Rout的一端共同地与输出晶体管MNout的漏电极电连接。反馈放大器311的输入端口与输出晶体管MNout的源电极电连接，且反馈放大器311的输出端口与输出晶体管MNout的栅电极电连接。
反馈放大器311可以降低输出晶体管MNout栅电极上的输入阻抗。因此，通常产生于主晶体管MN31和辅助晶体管MN32的漏电极的谐波反馈的影响就可以被降低，线性度可以提高大约2dB至3dB。
基于上述改善的放大器电路结构，高阶谐波分量(例如五阶和七阶谐波分量)的放大量可以被降低。所述的反馈放大器使得目标晶体管的栅电极和漏电极的反馈水平降低，结果是线性度得到了改善。
图4A是根据本发明的第二实施例的放大器电路的典型电路示意图。
如图4A所示，该放大器电路包括放大模块410、反馈模块420和输出模块430。
放大器模块410包括主晶体管MN41、辅助晶体管MN42、第一电容C41、第二电容C42、主晶体管偏置单元421和辅助晶体管偏置单元422。所述的主晶体管偏置单元421包括第一偏置电阻Rb41。所述的辅助晶体管偏置单元422包括第二偏置电阻Rb42。
输出模块430包括输出电阻Rout和输出晶体管MNout。
反馈模块420包括反馈电阻Rfb，在MGTR中形成一个反馈环路。
输入端口IN与第一电容C41的一端以及第二电容C42的一端电连接。第一电容C41的另一端与主晶体管MN41的栅电极以及第一偏置电阻Rb41的一端电连接。第二电容C42的另一端与辅助晶体管MN42的栅电极以及第二偏置电阻Rb42的一端电连接。
主晶体管MN41的漏电极和辅助晶体管MN42的漏电极共同地与输出晶体管MNout的源电极电连接。
反馈电阻Rfb的一端、输出电阻Rout的一端和输出端口OUT的一端共同地与输出晶体管MNout的漏电极电连接。反馈电阻Rfb的另一端与输入端口IN电连接。
第一电容C41和第二电容C42作为隔直电路，将来自输入端口IN的信号分量中的直流分量隔断，使其不能到达主晶体管MN41的栅电极和辅助晶体管MN42的栅电极。
主晶体管MN41和辅助晶体管MN42以并联的方式相互电连接，构成了MGTR。
由于放大模块410和输出模块430与图3A中所示的完全一致，因此关于它们的描述与图3A的相关描述完全一致。
反馈模块420中的反馈电阻Rfb电连接在输出端口OUT和输入端口IN之间，对输出端口OUT的输出信号起到反馈的作用。
基于上述的结构，高阶谐波分量(例如五阶和七阶谐波分量)的放大量可以被降低，从而改善线性度。
图4B是对图4A所示的放大器电路进行修改后的另一个放大器电路的典型电路示意图，增加了一个反馈放大器。
如图4B所示，该放大器电路包括放大模块410、反馈模块420和输出模块430。由于放大模块410和反馈模块420与图4A中所示的完全一致，因此关于它们的描述与图4A的相关描述完全一致。以下将详细描述输出模块430。
输出模块430中的反馈放大器411的输入端口与输出晶体管MNout的源电极电连接，反馈放大器411的输出端口与输出晶体管MNout的栅电极电连接。
由于反馈放大器411的作用，输出晶体管MNout的栅电极上的输入阻抗可以得到降低。因此，谐波反馈的影响就可以被降低，而线性度可以提高约2dB至3dB。
根据上述改善的放大器电路结构，高阶谐波分量(例如五阶和七阶谐波分量)的放大量可以被降低，并且反馈放大器可以降低目标晶体管的栅电极和漏电极之间的反馈水平，结果是线性度得到了改善。
图5是根据本发明的第三个最佳实施例的放大器电路的电路示意图。
如图5所示，该放大器电路包括独立放大模块510和一个后置放大模块520。由于后置放大模块520与图3A中所示的放大器电路完全一致，因此关于它们的详细描述与图3A的相关描述完全一致。
独立放大模块510包括驱动晶体管MNda、共源共栅晶体管MNdc、电阻Rd和电容Cd。
输入端口IN与驱动晶体管MNda的栅电极电连接。驱动晶体管MNda的源电极接地，并且驱动晶体管MNda的漏电极与共源共栅晶体管MNdc的源电极电连接。电阻Rd的一端与电容Cd的共同地与共源共栅晶体管MNdc的漏电极电连接。电容Cd的另一端分别与后置放大模块520中的第一电容C51的一端以及第二电容C52的一端电连接。
独立放大模块510中的驱动晶体管MNda和共源共栅晶体管MNdc电连接构成了一个共源共栅结构。独立放大模块510将加载到输入端口IN的信号放大并将放大的信号输出到后置放大模块520中的第一电容C51的一端以及第二电容C52的一端。
根据上述改善的放大器电路结构，高阶谐波分量(例如五阶和七阶谐波分量)的放大量可以被降低，并且，通过使用独立放大模块510，可以构成一个具有高增益和良好线性度特性的放大器电路。
根据本发明各种不同的实施例，可以构造出在较宽的频带上具有较高线性度的该放大器电路。
以上描述了本发明，显然，它可以有多种的变化形式。这些变化并不脱离本发明的本质和范围这些修改，所有这些对于本领域技术人员显而易见的修改都将包括在本申请权利要求的范围之内。

Claims (7)

1.一种改善线性度和频带的放大器电路，所述的放大器电路包括：
一放大模块(310)，包括：具有第一、第二和第三电极的主晶体管(MN31)，其中，从第二电极流向第三电极的电流随着加在第一电极上的电压改变而改变；具有第四、第五和第六电极的辅助晶体管(MN32)，其中，从第五电极流向第六电极的电流随着加在第四电极的电压改变而改变；加偏压而使主晶体管工作于饱和区域的主晶体管偏置单元(321)；以及加偏压而使辅助晶体管工作于亚阈区域的辅助晶体管偏置单元(322)，其中，第二和第五电极相互电连接，且第一和第四电极电连接至一输入端口；
一第一反馈模块(R31)，与第三电极电连接；
一第二反馈模块(R32)，与第六电极电连接；
一输出模块(330)，所述的模块包括一具有第七、第八和第九电极的输出晶体管(MNOUT)，其中，从第八电极流向第九电极的电流随着加在第七电极的电压改变而改变，第九电极同时与第二和第五电极电连接在一起；
一反馈放大器(311)，与所述的第七电极和第九电极电连接。
2.如权利要求1所述的放大器电路，其特征在于，所述的主晶体管和辅助晶体管具有不同的跨导值。
3.如权利要求1所述的放大器电路，其特征在于，所述的第一和第二反馈模块中包括电阻。
4.如权利要求1所述的放大器电路，其特征在于，进一步包括：
一反馈模块(420)，电连接在所述放大模块的输入端(IN)和所述输出模块(330)的输出端(OUT)。
5.如权利要求4所述的放大器电路，其特征在于，所述的主晶体管和辅助晶体管具有不同的跨导值。
6.如权利要求4所述的放大器电路，其特征在于，所述的反馈模块中包括电阻。
7.如权利要求4所述的放大器电路，其特征在于，还包括一共源共栅电路，所述的共源共栅电路与所述的输入端电连接。
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Modified Derivative Superposition Method for LinearizingFETLow-Noise Amplifiers. Vladimir Aparin,Lawrence E. Larson.IEEE TRANSATIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES,Vol.53 No.2. 2005
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