CN103199802A - 单芯片低噪声放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及集成电路设计、制造技术领域，特别涉及一种广泛用于W波段毫米波各类雷达组件及通信系统的单芯片低噪声放大器。一种单芯片低噪声放大器，其在单芯片上集成有输入匹配电路，输入匹配电路的输入端连接外部信号输入源，其输出端顺次串接四级晶体管放大器、输出匹配电路后向外输出，所述四级晶体管放大器包括依次级联的第一级、第二级、第三级、第四级晶体管放大器。本发明的单芯片低噪声放大器可广泛用于W波段各类雷达组件及毫米波通信系统等领域，其工作频段宽，且全频段性能稳定，各级放大电路能同时达到最佳噪声和输入驻波的良好匹配。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路设计、制造技术领域，特别涉及一种广泛用于W波段各类雷达组件及毫米波通信系统的单芯片低噪声放大器。
背景技术
低噪声放大器是卫星通信、雷达通信等领域中高灵敏度接收机的关键部件，通过低噪声放大器，从而提高接收机的灵敏度。
单片微波集成电路（MMIC）因其电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高、抗电磁辐射能力强等特点，成为设计制造毫米波低噪声放大集成电路的最佳选择之一。采用MMIC工艺技术的W波段低噪声放大器在无线通信、雷达及毫米波成像等军民用途中有着广泛的应用。低噪声放大器设计中的一个重点和难点是电路的稳定性问题，因为在较低频段内有很高的增益及噪声，所以很容易引发低频振荡，使整个电路不能稳定工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种利用MMIC工艺制造的工作在W波段的单芯片低噪声放大器。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
单芯片低噪声放大器，其在单芯片上集成有输入匹配电路，输入匹配电路的输入端连接外部信号输入源，其输出端顺次级联四级晶体管放大器、输出匹配电路后向外输出，所述四级晶体管放大器包括第一级晶体管放大器、第二级晶体管放大器、第三级晶体管放大器、第四级晶体管放大器，各级晶体管放大器通过中间级匹配电路依次级联，各级晶体管放大器分别包括三极管、三级滤波电路，所述三极管的集电极和基极通过三级滤波电路与供电端连接，所述第一级晶体管放大器发射极到地串联有电感，其余各级晶体管放大器中的发射极直接接地。
上述单芯片低噪声放大器中，所述单芯片低噪声放大器采用MMIC工艺制造。由于MMIC的衬底材料的电子迁移率较高、禁带宽度宽、工作温度范围大、微波传输性能好，所以MMIC具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、附加效率高、抗电磁辐射能力强等特点。
上述单芯片低噪声放大器中，所述四级晶体管放大器包括的第一级晶体管放大器、第二级晶体管放大器、第三级晶体管放大器、第四级晶体管放大器均为小尺寸晶体管，兼具低功耗和低噪声的特点。
上述单芯片低噪声放大器中，所述四级晶体管放大器为四级pHEMT晶体管放大器。
上述单芯片低噪声放大器中，所述三级滤波电路为三级RC滤波电路。
本发明提供的单芯片低噪声放大器，在实际应用中与MMIC工艺完全兼容，单芯片中的四级晶体管放大器，级间有匹配电路，各级晶体管放大器的集电极和基极供电均采用三级RC滤波电路，分别针对各频率进行逐级滤波，再配以片外芯片电容，保证芯片的全频段稳定，从而可以有效抑制在W波段低噪声放大器中常见的低频振荡，提高了W波段低噪声放大器的稳定性和宽带性能。各级晶体管放大器均为小尺寸晶体管，兼具低功耗与低噪声的特点，第一级晶体管放大器发射极到地串联电感，保证了该芯片在获得良好输入驻波的条件下同时获得极低噪声，使各级放大电路噪声和增益同时达到良好匹配。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的单芯片低噪声放大器可广泛用于W 波段各类雷达组件及毫米波通信系统等领域，其工作频段宽，且全频段性能稳定，各级放大电路能同时达到最佳噪声和输入驻波的良好匹配。
附图说明
图1为本发明的电路连接框图。
图2为图1中四级晶体管放大器的电路连接框图。
图中标记：1-单芯片，2-输入匹配电路， 3-四级晶体管放大器，3.1-第一级晶体管放大器，3.2-第二级晶体管放大器，3.3-第三级晶体管放大器，3.4-第四级晶体管放大器，4-输出匹配电路，5-三极管，6-三级RC滤波电路，7-中间级匹配电路，8-电感。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如附图1、附图2所示，本实施例的单芯片低噪声放大器，其在单芯片1上集成有输入匹配电路2，输入匹配电路2的输入端连接外部信号输入源，其输出端顺次级联四级晶体管放大器3、输出匹配电路4后向外输出，所述四级晶体管放大器3包括第一级晶体管放大器3.1、第二级晶体管放大器3.2、第三级晶体管放大器3.3、第四级晶体管放大器3.4，各级晶体管放大器通过中间级匹配电路7依次级联，所述第一级晶体管放大器3.1、第二级晶体管放大器3.2、第三级晶体管放大器3.3、第四级晶体管放大器3.4分别包括三极管5、三级RC滤波电路6，三极管5的集电极和基极分别通过三级RC滤波电路6与供电端连接，所述第一级晶体管放大器3.1发射极到地串联有电感8，其余各级晶体管放大器中的发射极直接接地。
本实施例采用MMIC工艺制造，单芯片低噪声放大器实际应用中与MMIC工艺完全兼容，单芯片中的四级晶体管放大器3，级间有中间级匹配电路7，各级晶体管放大器的Vd1~Vd4和Vg1~Vg4供电均采用三级RC滤波电路6，分别针对80~100GHz、30~90GHz、10~40GHz进行逐级滤波，再配以片外芯片电容，保证芯片的全频段稳定，从而可以有效抑制在W波段低噪声放大器中常见的低频振荡，提高了W波段低噪声放大器的稳定性和宽带性能。该芯片中采用了四级pHEMT晶体管放大器，四级晶体管放大器包括的各级晶体管放大器均为小尺寸晶体管，兼具低功耗与低噪声的特点，第一级晶体管放大器3.1发射极到地串联电感8，保证了该芯片在获得良好输入驻波的条件下同时获得极低噪声，实际应用中芯片的噪声系数低于5dB。本实施例可广泛用于W波段各类雷达组件及毫米波通信系统等无线通信领域中，其工作频段在88GHz~95GHz内，且性能稳定，各级放大电路能同时达到最佳噪声和输入驻波的良好匹配。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.单芯片低噪声放大器，其在单芯片上集成有输入匹配电路，输入匹配电路的输入端连接外部信号输入源，其输出端顺次串接四级晶体管放大器、输出匹配电路后向外输出，其特征在于：所述四级晶体管放大器包括第一级晶体管放大器、第二级晶体管放大器、第三级晶体管放大器、第四级晶体管放大器，各级晶体管放大器通过中间级匹配电路依次级联，各级晶体管放大器分别包括三极管、三级滤波电路，所述三极管的集电极和基极通过三级滤波电路与供电端连接，所述第一级晶体管放大器发射极到地串联有电感，其余各级晶体管放大器中的发射极直接接地。
2.根据权利要求1所述的单芯片低噪声放大器，其特征在于：所述单芯片低噪声放大器采用MMIC工艺制造。
3.根据权利要求1所述的单芯片低噪声放大器，其特征在于：所述四级晶体管放大器包括的第一级晶体管放大器、第二级晶体管放大器、第三级晶体管放大器、第四级晶体管放大器均为小尺寸晶体管。
4.根据权利要求1所述的单芯片低噪声放大器，其特征在于：所述四级晶体管放大器为四级pHEMT晶体管放大器。
5.根据权利要求1所述的单芯片低噪声放大器，其特征在于：所述三级滤波电路为三级RC滤波电路。
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