CN103199802B - 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

单芯片低噪声放大器
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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