CN105978499B - 一种级联的分布式功率放大器 - Google Patents

一种级联的分布式功率放大器 Download PDF

Info

Publication number
CN105978499B
CN105978499B CN201610274840.6A CN201610274840A CN105978499B CN 105978499 B CN105978499 B CN 105978499B CN 201610274840 A CN201610274840 A CN 201610274840A CN 105978499 B CN105978499 B CN 105978499B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transmission line
artificial transmission
amplifier
output
distributed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610274840.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105978499A (zh
Inventor
张瑛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Post and Telecommunication University
Original Assignee
Nanjing Post and Telecommunication University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Post and Telecommunication University filed Critical Nanjing Post and Telecommunication University
Priority to CN201610274840.6A priority Critical patent/CN105978499B/zh
Publication of CN105978499A publication Critical patent/CN105978499A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105978499B publication Critical patent/CN105978499B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/195—High frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only in integrated circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/211—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers without distortion of the input signal
    • H03G3/20—Automatic control
    • H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • H03G3/3036—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers

Abstract

本发明公开一种级联的分布式功率放大器，包括第一级放大器和第二级放大器，第一级放大器由两个分布式放大器DA1和DA2构成，DA1与DA2共用输入人工传输线；第二级放大器由两个分布式放大器DA3和DA4构成，DA3与DA4共用输出人工传输线；DA1的输出人工传输线与所述DA3的输入人工传输线通过耦合电容相连，DA2的输出人工传输线与所述DA4的输入人工传输线通过耦合电容相连。本发明采用四个分布式功率放大器组成两组然后级联的方式提高了分布式放大器的输出功率。

Description

一种级联的分布式功率放大器
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种级联的分布式功率放大器。
背景技术
分布式放大器的工作原理是利用晶体管的寄生电容构成人工传输线，从而能够突破传统放大器的增益带宽积的限制，在很宽频带内(可达多倍频乃至十倍频以上)得到较大的平坦增益，这在射频与微波电路的宽带放大器研究领域中具有重要的学术价值。分布式放大器的应用领域包括高速链接、宽带无线收发器、高分辨率雷达和成像系统等等，军用和民用市场对其需求都很大，譬如Hittite microwave公司的HMC459、HMC464、HMC930和HMC1022等系列芯片就是采用分布式放大器实现的宽带功率放大器。
无线通信技术的飞速发展对通信系统的数据传输率和带宽提出了更高要求。通常采用的宽带放大器设计技术包括负反馈、平衡放大器、电阻匹配以及有源匹配等等，然而这些技术均无法有效提升放大器的增益带宽积。分布式放大器由于其结构上的特性，能够突破放大器增益带宽积的限制，实现更宽频带的信号放大，在包括微波功率放大器在内的超宽带MMIC领域里得到了广泛的应用。目前的分布式放大器已出现各种类型的结构，包括非均匀结构、分布-级联结构等等，这些结构主要都是用于扩展带宽或提高增益，而在输出功率方面都显得不足。
发明内容
为了提高分布式放大器的输出功率，本发明提供了一种级联的分布式功率放大器，其具体的技术方案如下：
一种级联的分布式功率放大器，包括第一级放大器和第二级放大器，所述第一级放大器由两个分布式放大器DA1和DA2构成，DA1与DA2共用输入人工传输线；所述第二级放大器由两个分布式放大器DA3和DA4构成，DA3与DA4共用输出人工传输线；所述DA1的输出人工传输线与所述DA3的输入人工传输线通过耦合电容相连，所述DA2的输出人工传输线与所述DA4的输入人工传输线通过耦合电容相连。
所述分布式放大器包括若干个增益单元，各增益单元一端连接所述输入人工传输线，另一端连接所述输出人工传输线，在所述输入人工传输线和所述输出人工传输线上，每个所述增益单元前均有片上电感。
DA1和DA2包含相同数量的增益单元。
所述DA1和所述DA2在任一对应的所述增益单元各自的所述输出人工传输线上连有一个扼流电感，并施加电源电压。
DA3和DA4包含相同数量的增益单元。
所述DA3和所述DA4在任一对应的所述增益单元各自的所述输入人工传输线上连有偏置电阻，并施加偏置电压。
第一级放大器的功能是对输入信号进行初步的放大，其功能主要是增加整个分布式功率放大器的增益，第二级放大器的主要功能是输出较大功率的信号，将两者级联起来，提高了分布式放大器的输出功率。另外可以将两级分布式放大器的增益单元的电路结构以及直流偏置设置为不一样，因此带来了更大的设计自由度，为实现电路的增益可调、提升电路的线性度等提供了可能性。
附图说明
图1为传统的分布式放大器电路图；
图2(a)～图2(c)为常用的三种增益单元的电路结构图；
图3为本发明级联的分布式功率放大器电路图。
具体实施方式
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
分布式放大器的基本原理是将晶体管的寄生电容与电感元件构成人工传输线，从而克服寄生电容造成的增益滚降，其电路原理图如图1所示，其中VDD为电源电压，VG为直流偏置电压，片上电感LGi和增益单元的输入阻抗构成了输入人工传输线，片上电感LDi和增益单元的输出阻抗构成了输出人工传输线，显然输入/输出人工传输线均为低通滤波器结构。图1中的增益单元可以采用图2(a)～图2(c)任意一种电路结构，但同一电路中一般采用相同的增益单元电路结构。
为了提高分布式放大器的输出功率，增益单元中的晶体管尺寸一般会取得较大，因此增大了增益单元的输入端和输出端的电容，而分布式放大器中增益单元的等效输入电容往往比其等效输出电容要大很多，因此增益单元的等效输入电容是限制分布式放大器带宽的主要因素。
本发明公开的分布式功率放大器电路结构如图3所示。与图1所示的传统分布式放大器相比，图3的电路结构由两级放大器构成，分别是第一级预放大器和第二级功率放大器。第一级预放大器由两个分布式放大器构成，其中一个分布式放大器记为DA1，它由片上电感LG1i、LD1i和增益单元1i构成(i＝1,2,……N)，另一个分布式放大器记为DA2，它由片上电感LG1i、LD2i和增益单元2i构成，DA1和DA2的输入人工传输线是共用的，因此共用片上电感LG1i；而第二级功率放大器也是由两个分布式放大器构成，其中一个分布式放大器记为DA3，它由片上电感LG2i、LD3i和增益单元3i构成，另一个分布式放大器记为DA4，它由片上电感LG3i、LD3i和增益单元4i构成，这两个分布式放大器的输出人工传输线是共用的，因此共用片上电感LD3i。DA1的输出端与DA3的输入端通过耦合电容进行级联，而DA2的输出端与DA4的输入端通过耦合电容进行级联，从而实现第一级预放大器和第二级功率放大器的级联。
图3所示的分布式功率放大器的工作原理如下：
输入信号进入放大器后，分别通过DA1和DA2进行放大；DA1的输出信号进入DA3并再次进行放大，而DA2的输出信号进入DA4并再次进行放大；DA3和DA4的输出信号经由片上电感LD3i、增益单元3i和增益单元4i的输出阻抗共同构成的输出人工传输线进行输出。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (6)

1.一种级联的分布式功率放大器，包括第一级放大器和第二级放大器，其特征在于：所述第一级放大器由两个分布式放大器DA1和DA2构成，DA1与DA2共用输入人工传输线；所述第二级放大器由两个分布式放大器DA3和DA4构成，DA3与DA4共用输出人工传输线；所述DA1的输出人工传输线与所述DA3的输入人工传输线通过耦合电容相连，所述DA2的输出人工传输线与所述DA4的输入人工传输线通过耦合电容相连。
2.根据权利要求1所述的级联的分布式功率放大器，其特征在于：所述分布式放大器包括若干个增益单元，各增益单元一端连接所述输入人工传输线，另一端连接所述输出人工传输线，在所述输入人工传输线和所述输出人工传输线上，每个所述增益单元前均有片上电感。
3.根据权利要求1所述的级联的分布式功率放大器，其特征在于：DA1和DA2包含相同数量的增益单元。
4.根据权利要3所述的级联的分布式功率放大器，其特征在于：所述DA1和所述DA2在任一对应的所述增益单元各自的所述输出人工传输线上连有一个扼流电感，并施加电源电压。
5.根据权利要求1所述的级联的分布式功率放大器，其特征在于：DA3和DA4包含相同数量的增益单元。
6.根据权利要求2或5所述的级联的分布式功率放大器，其特征在于：所述DA3和所述DA4在任一对应的所述增益单元各自的所述输入人工传输线上连有偏置电阻，并施加偏置电压。
CN201610274840.6A 2016-04-28 2016-04-28 一种级联的分布式功率放大器 Active CN105978499B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610274840.6A CN105978499B (zh) 2016-04-28 2016-04-28 一种级联的分布式功率放大器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610274840.6A CN105978499B (zh) 2016-04-28 2016-04-28 一种级联的分布式功率放大器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105978499A CN105978499A (zh) 2016-09-28
CN105978499B true CN105978499B (zh) 2018-08-17

Family

ID=56993290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610274840.6A Active CN105978499B (zh) 2016-04-28 2016-04-28 一种级联的分布式功率放大器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105978499B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109510608B (zh) * 2018-11-16 2020-10-23 西安电子科技大学 用于25GHz以下频段通信系统的功率合成分配器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4543535A (en) * 1984-04-16 1985-09-24 Raytheon Company Distributed power amplifier
JPH09162658A (ja) * 1995-12-05 1997-06-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 分布増幅器
CN1496606A (zh) * 2001-03-15 2004-05-12 Ħ��������˾ 含有具有负反馈晶体管的分布式放大器
CN101647198A (zh) * 2006-11-16 2010-02-10 恒星射频公司 分布式多级放大器
CN204993260U (zh) * 2015-08-10 2016-01-20 合肥芯谷微电子有限公司 宽带功率放大器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4543535A (en) * 1984-04-16 1985-09-24 Raytheon Company Distributed power amplifier
JPH09162658A (ja) * 1995-12-05 1997-06-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 分布増幅器
CN1496606A (zh) * 2001-03-15 2004-05-12 Ħ��������˾ 含有具有负反馈晶体管的分布式放大器
CN101647198A (zh) * 2006-11-16 2010-02-10 恒星射频公司 分布式多级放大器
CN204993260U (zh) * 2015-08-10 2016-01-20 合肥芯谷微电子有限公司 宽带功率放大器

Also Published As

Publication number Publication date
CN105978499A (zh) 2016-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tsai et al. A W-band power amplifier in 65-nm CMOS with 27GHz bandwidth and 14.8 dBm saturated output power
CN105305979B (zh) 一种改善线性度的分布式放大器电路
CN105720942B (zh) 一种超宽带低噪声高平衡片上有源巴伦
Murad et al. An excellent gain flatness 3.0–7.0 GHz CMOS PA for UWB applications
CN103117712B (zh) 一种cmos高增益宽带低噪声放大器
Zhang et al. A 2–22 GHz CMOS distributed power amplifier with combined artificial transmission lines
Hsu et al. Design of low power UWB LNA based on common source topology with current-reused technique
CN106487338B (zh) 一种考虑密勒效应的分布式三堆叠结构的功率放大器
CN108336978A (zh) 一种级联的分布式低噪声放大器
Wan et al. Design of 3.1–10.6 GHz ultra-wideband CMOS low noise amplifier with current reuse technique
CN103095224A (zh) 一种采用噪声抵消技术的cmos宽带低噪声放大器
Kucharski et al. A 109–137 GHz power amplifier in SiGe BiCMOS with 16.5 dBm output power and 12.8% PAE
CN105356855B (zh) 一种可调的分布式放大器电路
CN206259914U (zh) 一种基于晶体管堆叠结构的矩阵功率放大器
CN103633947A (zh) 一种无电感高增益cmos宽带低噪声放大器
CN105978499B (zh) 一种级联的分布式功率放大器
TW201531020A (zh) 雙回授之低雜訊放大器
Xu et al. A compact, fully differential D-band CMOS amplifier in 65nm CMOS
Liu et al. A K-band low noise amplifier with on-chip baluns in 90nm CMOS
Liu et al. A 24-GHz single-to-differential LNA for K-band receiver applications
TWI231645B (en) Power amplifier having active bias circuit
CN109831166A (zh) 一种基于抽头电感的分布式放大器电路
CN111628738B (zh) 一种v波段cmos功率放大器
Jahanian et al. A CMOS distributed amplifier with active input balun using GBW and linearity enhancing techniques
CN106817094A (zh) 一种射频低噪声放大器及其实现方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20160928

Assignee: Nanjing University of Posts and Telecommunications Nantong Institute Limited

Assignor: Nanjing Post & Telecommunication Univ.

Contract record no.: X2019980001260

Denomination of invention: Cascaded distributed power amplifier

Granted publication date: 20180817

License type: Common License

Record date: 20191224

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20160928

Assignee: NANJING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS NANTONG INSTITUTE Co.,Ltd.

Assignor: NANJING University OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS

Contract record no.: X2021980011448

Denomination of invention: A cascaded distributed power amplifier

Granted publication date: 20180817

License type: Common License

Record date: 20211027

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EC01 Cancellation of recordation of patent licensing contract

Assignee: NANJING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS NANTONG INSTITUTE Co.,Ltd.

Assignor: NANJING University OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS

Contract record no.: X2019980001260

Date of cancellation: 20220304

EC01 Cancellation of recordation of patent licensing contract