CN106160672B - 放大电路 - Google Patents

Abstract

一种放大电路，所述放大电路通过将放大电路的第一放大单元的输出分为至少二个第一放大单元输出支路，将第二放大单元的输出分为至少二个第二放大单元的输出支路，使得放大单元的热噪声按照一定的比例分流到输出支路上，将输出支路耦接至多环反馈单元，使得热噪声通过多环反馈单元的内部拓扑结构进行抵消，从而降低放大电路的噪声系数。

Description

放大电路

技术领域

本发明涉及电子领域，尤其涉及一种放大电路。

背景技术

放大电路是一种增加电信号幅度或功率的电子电路，主要有放大倍数、输入电阻和输出电阻以及噪声系数等性能指标。

随着通信技术和集成电路产业的迅猛发展，低噪声放大器得到越来越广泛的应用。射频前端集成电路的工作频段覆盖越来越广，自身的工作电平越来越低，对放大器的噪声系数要求也越来越高。

但是，传统放大电路的噪声系数有待降低。

发明内容

本发明解决的问题是如何降低传统放大电路的噪声系数。

为解决上述问题，本发明提供一种放大电路，包括：放大电路输入端、放大电路输出端、第一放大单元第二放大单元、第一缓冲单元、第二缓冲单元以及多环反馈单元，其中：

所述多环反馈单元包括第一类信号端、第二类信号端和第三信号端；

所述第一放大单元的输入端和第二放大单元的输入端均适于耦接所述放大电路输入端；

所述第一放大单元的输出端经由第一缓冲单元耦接至至少二个第一放大单元输出支路的输出端；

所述第二放大单元的输出端经由第二缓冲单元耦接至至少二个第二放大单元输出支路的输出端；

所述第一放大单元的输出端适于经由不同的所述第一放大单元输出支路的输出端耦接所述多环反馈单元的第一类信号端和第二类信号端；

所述第二放大单元的输出端适于经由不同的所述第二放大单元输出支路的输出端耦接所述多环反馈单元的第一类信号端和第二类信号端；

所述多环反馈单元的第三信号端适于输出反馈信号至所述第一放大单元或第二放大单元的输入端；

所述第二类信号端中至少一个信号端耦接至所述放大电路输出端。

可选的，所述多环反馈单元包括至少两个反馈支路；

每个所述反馈支路的反馈信号输出端耦接至所述第三信号端；

每个所述反馈支路的输入端耦接至所述第一类信号端或第二类信号端；其中，至少一个所述反馈支路的输入端连接至所述第一类信号端，至少一个所述反馈支路的输入端连接至所述第二类信号端。

可选的，所述第二类信号端中至少一个信号端耦接至所述放大电路输出端包括：所述连接至所述第二类信号端中的至少一个反馈支路的输入端均通过开关单元连接至所述放大电路输出端。

可选的，所述第一缓冲单元包括：MOS管；

所述MOS管跨接在所述第一放大单元的输出端与所述第一放大单元输出支路的输出端之间。

可选的，所述第二缓冲单元包括：MOS管；

所述MOS管跨接在所述第二放大单元的输出端与所述第二放大单元输出支路的输出端之间。

可选的，所述放大电路还包括：匹配电路；

所述匹配电路的输入端作为所述放大电路输入端，所述匹配电路的输出端耦接至所述第一放大单元和所述第二放大单元的输入端。

可选的，所述反馈支路包括：有源反馈支路、无源反馈支路。

根据权利要求7所述的放大电路，其特征在于，所述无源反馈支路包括：电阻；

所述电阻跨接于所述反馈支路的所述输入端和反馈信号输出端之间。

可选的，所述有源反馈支路包括：MOS管；

所述MOS管跨接于所述反馈支路的所述输入端和反馈信号输出端之间。

可选的，所述有源反馈支路包括：第一晶体管；

在与所述第一类信号端相连接的反馈支路中，所述第一晶体管的发射极连接至所述反馈支路的输入端，所述晶体管的集电极连接至所述反馈支路的反馈信号输出端；

在与所述第二类信号端相连接的反馈支路中，所述第一晶体管的集电极连接至所述反馈支路的输入端，所述晶体管的发射极连接至所述反馈支路的反馈信号输出端。

可选的，所述有源反馈支路还包括：第二晶体管；

所述第二晶体管的发射极与所述第一晶体管的集电极相连接；

所述第二晶体管的集电极与所述第一晶体管的发射极相连接。

可选的，所述反馈支路包括：电压传输反馈支路、电流传输反馈支路或功率传输反馈支路。

可选的，所述第一放大单元包括以下任一种：电压放大单元、电流放大单元或功率放大单元；

所述第二放大单元包括以下任一种：电压放大单元、电流放大单元或功率放大单元。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

通过将放大电路的第一放大单元的输出分为至少二个第一放大单元输出支路，将第二放大单元的输出分为至少二个第二放大单元的输出支路，使得放大单元的热噪声按照一定的比例分流到输出支路上，将输出支路耦接至多环反馈单元，使得热噪声通过多环反馈单元的内部拓扑结构进行抵消，从而降低放大电路的噪声系数。

进一步，所述第二类信号端中的至少一个反馈支路均通过开关单元连接至所述放大电路的输出端，使得放大电路输出信号的增益可以通过开关单元的状态进行调节。

进一步，所述放大电路包括匹配电路，匹配电路对所述第一放大单元、第二放大单元进行匹配。匹配后的输入阻抗由多环反馈单元、第一放大单元、第二放大单元共同决定，可以通过调节多环反馈单元的结构调节输入阻抗，从而可以灵活选择输入阻抗。

附图说明

图1是本发明实施例中一种放大电路的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种多环反馈单元的结构示意图；

图3是本发明实施例中一种第二类信号端与所述放大电路输出端的连接示意图；

图4是本发明实施例中一种第一缓冲单元的示意图；

图5是本发明实施例中另一种放大电路结构示意图；

图6是本发明实施例中一种无源反馈支路的结构示意图；

图7是本发明实施例中一种有源反馈支路的结构示意图；

图8是本发明实施例中另一种有源反馈支路的结构示意图；

图9是本发明实施例中一种电流反馈支路中部分结构电路图；

图10是本发明实施例中一种放大电路的电路图；

图11是如图10所示放大电路中n值取值与噪声系数的关系曲线示意图。

具体实施方式

如前所述，传统放大电路的噪声系数有待降低。

本发明实施例通过将放大电路的第一放大单元的输出分为至少二个第一放大单元输出支路，将第二放大单元的输出分为至少二个第二放大单元的输出支路，使得放大单元的热噪声按照一定的比例分流到输出支路上，将输出支路耦接至多环反馈单元，使得热噪声通过多环反馈单元的内部拓扑结构进行抵消，从而降低放大电路的噪声系数。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1是本发明实施例中一种放大电路的结构示意图，包括：放大电路输入端P11、放大电路输出端P12、第一放大单元11、第二放大单元15、第一缓冲单元12、第二缓冲单元14以及多环反馈单元13。

所述多环反馈单元13包括第一类信号端P131、第二类信号端P132和第三信号端P133。在本发明实施例中，第一类信号端P131和第二类信号端P132均可以有多个。可以理解的是，所述第一类信号端、第二类信号端只是为区分两类信号端的连接关系，并非对信号类型进行区分。

所述第一放大单元11的输入端和第二放大单元15的输入端均适于耦接所述放大电路输入端P11；

所述第一放大单元11的输出端经由第一缓冲单元12耦接至至少二个第一放大单元输出支路的输出端；所述第二放大单元15的输出端经由第二缓冲单元14耦接至至少二个第二放大单元输出支路的输出端；

所述第一放大单元11的输出端适于经由不同的所述第一放大单元输出支路的输出端耦接所述多环反馈单元13的第一类信号端P131和第二类信号端P132；

所述第二放大单元15的输出端适于经由不同的所述第二放大单元输出支路的输出端耦接所述多环反馈单元13的第一类信号端P131和第二类信号端P132；

所述多环反馈单元13的第三信号端P133适于输出反馈信号至所述第一放大单元11或第二放大单元15的输入端，在如图1所示的放大电路中，第三信号端P133输出反馈信号至第一放大单元11；

所述第二类信号端P132中至少一个信号端耦接至所述放大电路输出端P12。

在具体实施中，所述多环反馈单元13包括至少两个反馈支路；每个所述反馈支路的反馈信号输出端耦接至所述第三信号端P133；每个所述反馈支路的输入端耦接至所述第一类信号端P131或第二类信号端P132；其中，至少一个所述反馈支路的输入端连接至所述第一类信号端P131，至少一个所述反馈支路的输入端连接至所述第二类信号端P132。

图2是本发明实施例中一种多环反馈单元的结构示意图。如图2所示的多环反馈单元包括四个反馈支路：第一反馈支路131、第二反馈支路132、第三反馈支路133以及第四反馈支路134；两个第一类信号端P131和两个第二类信号端P132。第一反馈支路131和第二反馈支路132分别连接至两个第一类信号端P131，第三反馈支路133和第四反馈支路134分别连接至两个第二类信号端P132。

可以理解的是，连接至第一类信号端P131和连接至第二类信号端P132的反馈支路的个数不一定相同，具体个数可以根据需要设定。

在具体实施中，所述第二类信号端中至少一个信号端耦接至所述放大电路输出端包括：所述连接至所述第二类信号端中的至少一个反馈支路的输入端均通过开关单元连接至所述放大电路输出端。

图3是本发明实施例中一种第二类信号端与所述放大电路输出端的连接示意图。

如图3所示的放大电路包含三个第二类信号端，每个第二类信号端均通过开关单元16连接至所述放大电路输出端P12，使得放大电路输出信号的增益可以通过开关单元的状态进行调节。

在具体实施中，所述第一缓冲单元包括：MOS管；所述MOS管跨接在所述第一放大单元的输出端与所述第一放大单元输出支路的输出端之间。

图4是本发明实施例中一种第一缓冲单元的示意图。图中示出了n个第一放大单元输出支路，MOS管Mp1～Mpn分别跨接在所述第一放大单元11的输出端和第一放大单元输出支路的输出端P1～Pn之间。

在具体实施中，所述第二缓冲单元同样可以包括：MOS管；所述MOS管跨接在所述第二放大单元的输出端与所述第二放大单元输出支路的输出端之间。

在具体实施中，放大电路还可以包括：匹配电路。所述匹配电路的输入端作为所述放大电路输入端，所述匹配电路的输出端耦接至所述第一放大单元和所述第二放大单元的输入端。

图5是本发明实施例中另一种放大电路结构示意图。匹配电路17的输入端作为所述放大电路输入端P11，所述匹配电路17的输出端耦接至所述第一放大单元11和所述第二放大单元15的输入端。

在具体实施中，匹配电路可以是T-型匹配、Pi-型匹配、L-型匹配或混合型匹配电路中的任一种。

在具体实施中，所述反馈支路可以是有源反馈支路或者无源反馈支路。

在本发明一实施例中，无源反馈支路中包括：电阻。所述电阻跨接于所述反馈支路的所述输入端和反馈信号输出端之间。

图6是本发明实施例中一种无源反馈支路的结构示意图。电阻Rf1～Rf4分别跨接于反馈支路131～134的输入端和反馈信号输出端之间。

在具体实施中，有源反馈支路可以包括MOS管，所述MOS管跨接于所述反馈支路的所述输入端和反馈信号输出端之间。

在本发明一实施例中，有源反馈支路包括：第一晶体管；

在与所述第一类信号端相连接的反馈支路中，所述第一晶体管的发射极连接至所述反馈支路的输入端，所述晶体管的集电极连接至所述反馈支路的反馈信号输出端；

在与所述第二类信号端相连接的反馈支路中，所述第一晶体管的集电极连接至所述反馈支路的输入端，所述晶体管的发射极连接至所述反馈支路的反馈信号输出端。

图7是本发明实施例中一种有源反馈支路的结构示意图。

反馈支路131和反馈支路132为与所述第一类信号端相连接的反馈支路，下面以反馈支路131为例进行介绍。晶体管Rf1的集电极连接至反馈支路的反馈信号输出端P1311，晶体管Rf1的发射极连接至反馈支路131的反馈信号输出端P1312。

反馈支路133和反馈支路134为与所述第二类信号端相连接的反馈支路，下面以反馈支路134为例进行介绍。晶体管Rf4的集电极连接至反馈支路的反馈信号输出端P1341，晶体管Rf4的发射极连接至反馈支路134的反馈信号输出端P1342。

在本发明另一实施例中，有源反馈支路还包括：第二晶体管。所述第二晶体管的发射极与所述第一晶体管的集电极相连接；所述第二晶体管的集电极与所述第一晶体管的发射极相连接。

图8是本发明实施例中另一种有源反馈支路的结构示意图。反馈支路131还可以包括第二晶体管Rf1'，第二晶体管Rf1'的发射极与所述第一晶体管Rf1的集电极相连接；所述第二晶体管Rf1'的集电极与所述第一晶体管Rf1的发射极相连接。

在具体实施中，反馈支路可以分为电压传输反馈支路、电流传输反馈支路或功率传输反馈支路。前述包括电阻的无源反馈支路属于电压传输反馈支路，包括第一晶体管的有源反馈支路属于电流反馈支路。

图9是本发明实施例中一种电流反馈支路中部分结构电路图。如图9所示的结构可以替换如图8或图7中所示的反馈支路中的晶体管，图中Iin端对应连接于晶体管集电极的连接位置，Iout端对应连接于晶体管发射极的连接位置。

在具体实施中，第一放大单元可以包括：电压放大单元、电流放大单元或功率放大单元；所述第二放大单元可以包括：电压放大单元、电流放大单元或功率放大单元。

图10是本发明实施例中一种放大电路的电路图。

在如图10所示的放大电路中，匹配单元由Cc0和L0构成，放大电路的输入信号放大电路输入端Pin输入，匹配电路和隔直电容Cc1和Cc2分别送至第一放大单元Mp和第二放大单元Mn。第一缓冲单元由MOS管Mpa、Mp1～Mpn构成，第二缓冲单元由MOS管Mna、Mn1～Mnn构成。多环反馈单元由电阻R_f、R_f1～R_fn构成，其中a为第一类信号端，b为反馈信号输出端，1～n为第二类信号端。第二类信号端1～n选择性连接至放大电路输出端Pout。

若如图10所示的放大电路中R_f、R_f1-R_fn大小相同，则输入阻抗为：

其中，n≥2，R_L为负载电阻值。由该等式可以看出，可以通过改变具体反馈电阻R_f，R_f1，R_f2……R_fn的取值，来适应不同的电路指标要求。与传统结构相比，该结构的输入阻抗具灵活可调节的优点。

若如图10所示的放大电路中R_f、R_f1～R_fn大小相同，则增益为：

其中n≥2，x为具体接入输出的反馈支路个数，R_L为负载电阻值。区别于传统结构的固定增益设定，该结构可以通过改变开关接入输出的反馈支路个数，灵活地调节放大器的输出增益，实现多档位控制。

在如图10所示的放大电路的多环反馈电路结构中，通过R_f支路和R_f1，R_f2……R_fn支路将噪声等效为共模量在输入端进行环路抵消。假设输出支路a和输出支路1存在噪声量ia和i1，经过电阻反馈网络转换到输入为R_fa*ia+R_f1*i1，该小信号被放大电路的跨导所放大，又变成电流量-g_m*(R_fa*ia+R_f1*i1)，再根据缓冲支路的个数，均匀分配到各个缓冲支路，在缓冲电路输出得到(-g_m*(R_fa*ia+R_f1*i1))/(n+1)的噪声量。该负的噪声量与之前输入反馈网络的正噪声量i1之间可以进行有效抵消，1支路的最终等效输出噪声量为i1+(-g_m*(R_fa*ia+R_f1*i1))/(n+1)。当i1＝-(-g_m*(R_fa*ia+R_f1*i1))/(n+1)时，理论上的噪声抵消效果最好。

在实际中，对如图10所示的放大电路进行电路仿真，可以得出如图11所示的n值取值与噪声系数的关系曲线，其中x轴表示噪声系数，y轴表示耦接至第二类信号端反馈支路的个数。由于如图10所示的放大电路中只有一个与所述第一类信号端相连接的反馈支路，所以在与所述第二类信号端相连接的反馈支路数量较多时，放大电路的噪声系数会增大。在实际应用中，可以调节所述第一类信号端相连接的反馈支路的个数，同时结合实际的工艺生产厂商给出的电路参数模型，作详尽的分析优化，可以达到设计预期。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种放大电路，其特征在于，包括：放大电路输入端、放大电路输出端、第一放大单元、第二放大单元、第一缓冲单元、第二缓冲单元以及多环反馈单元，其中：

所述多环反馈单元包括第一类信号端、第二类信号端和第三信号端；

所述第一放大单元的输入端和第二放大单元的输入端均适于耦接所述放大电路输入端；

所述第一放大单元的输出端经由第一缓冲单元耦接至至少二个第一放大单元输出支路的输出端；

所述第二放大单元的输出端经由第二缓冲单元耦接至至少二个第二放大单元输出支路的输出端；

所述第一放大单元的输出端适于经由不同的所述第一放大单元输出支路的输出端耦接所述多环反馈单元的第一类信号端和第二类信号端；

所述第二放大单元的输出端适于经由不同的所述第二放大单元输出支路的输出端耦接所述多环反馈单元的第一类信号端和第二类信号端；

所述多环反馈单元的第三信号端适于输出反馈信号至所述第一放大单元或第二放大单元的输入端；

所述第二类信号端中至少一个信号端耦接至所述放大电路输出端。

2.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述多环反馈单元包括至少两个反馈支路；

每个所述反馈支路的反馈信号输出端耦接至所述第三信号端；

每个所述反馈支路的输入端耦接至所述第一类信号端或第二类信号端；其中，至少一个所述反馈支路的输入端连接至所述第一类信号端，至少一个所述反馈支路的输入端连接至所述第二类信号端。

3.根据权利要求2所述的放大电路，其特征在于，所述第二类信号端中至少一个信号端耦接至所述放大电路输出端包括：所述连接至所述第二类信号端中的至少一个反馈支路的输入端均通过开关单元连接至所述放大电路输出端。

4.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述第一缓冲单元包括：

MOS管；

所述MOS管跨接在所述第一放大单元的输出端与所述第一放大单元输出支路的输出端之间。

5.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述第二缓冲单元包括：

MOS管；

所述MOS管跨接在所述第二放大单元的输出端与所述第二放大单元输出支路的输出端之间。

6.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，还包括：匹配电路；

所述匹配电路的输入端作为所述放大电路输入端，所述匹配电路的输出端耦接至所述第一放大单元和所述第二放大单元的输入端。

7.根据权利要求2所述的放大电路，其特征在于，所述反馈支路包括：有源反馈支路、无源反馈支路。

8.根据权利要求7所述的放大电路，其特征在于，所述无源反馈支路包括：

电阻；

所述电阻跨接于所述反馈支路的所述输入端和反馈信号输出端之间。

9.根据权利要求7所述的放大电路，其特征在于，所述有源反馈支路包括：

MOS管；

所述MOS管跨接于所述反馈支路的所述输入端和反馈信号输出端之间。

10.根据权利要求7所述的放大电路，其特征在于，所述有源反馈支路包括：

第一晶体管；

在与所述第一类信号端相连接的反馈支路中，所述第一晶体管的发射极连接至所述反馈支路的输入端，所述第一晶体管的集电极连接至所述反馈支路的反馈信号输出端；

在与所述第二类信号端相连接的反馈支路中，所述第一晶体管的集电极连接至所述反馈支路的输入端，所述第一晶体管的发射极连接至所述反馈支路的反馈信号输出端。

11.根据权利要求10所述的放大电路，其特征在于，所述有源反馈支路还包括：

第二晶体管；

所述第二晶体管的发射极与所述第一晶体管的集电极相连接；

所述第二晶体管的集电极与所述第一晶体管的发射极相连接。

12.根据权利要求2所述的放大电路，其特征在于，所述反馈支路包括：电压传输反馈支路、电流传输反馈支路或功率传输反馈支路。

13.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述第一放大单元包括以下任一种：电压放大单元、电流放大单元或功率放大单元；

所述第二放大单元包括以下任一种：电压放大单元、电流放大单元或功率放大单元。