CN108183693A - 一种低噪声微波放大器电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低噪声微波放大器电路，具有电路结构简单且易于实现，高电平触发关断放大器抗外界干扰能力强。为了抗外界干扰，本发明采用了高电平触发关断微波放大器。当输入的使能控制信号小于门限判决电平时，门限判决电路输出低电平，偏置输出电路输出低电平，导致放大器关断；当输入的使能控制信号大于门限判决电平时，门限判决电路输出高电平，偏置输出电路输出高电平，放大器正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯系统技术领域，尤其涉及低噪声微波放大器的射频集成 电路技术领域。
背景技术
在无线通信系统中，低噪声微波放大器是接收链路中必不可少的一个模块。 随着电磁环境的恶化，对时分复用的低噪声微波放大器的抗干扰能力，噪声系数 以及线性度提出了更高的要求。
例如中国专利CN101034871A公开的一种场效应管微波放大器电源电路，电 路采用闭环运算放大器U3A、U4A和U3B、U4B，U3B的同相输入端，由电阻分压 取得，其反相输入端经电阻送至U4A的同相输入端，U4A的输出经电阻R6连接 至场效应管漏极，作为漏极电压；U3A的同相输入端也由电阻分压取得，其输出 端经电阻送至U4B的反相输入端，U4B的的输出，经隔离二极管与场效应管的栅 极连接，作为栅极电压。缺点是：产品结构复杂，在增加成本的同时，不利于产 品小型化、轻薄化。
又例如中国专利CN1315074A公开的一种微波放大器，结构为，将电感器和 电阻并联接入场效应晶体管的源极和地之间。由于电感器具有寄生成分，电感器 以共振频率fo共振。但是，由于场效应晶体管的源极通过与电感器并联连接的 电阻接地，所以即使在电感器通过共振而开路时，场效应晶体管也正常工作。缺 点是：采用该电路会使得微波放大器的噪声系数和线性度较差。
目前，时分复用的低噪声微波放大器，使能控制信号一般是低电平有效，微 波放大器关断；使能控制信号高电平时，微波放大器开启。一款典型的WiFi射 频前端模块RFFM8505，其使能控制信号的低电平为0V～0.2V，这种低电平有效的 关断微波放大器，在外界电磁环境干扰下，使得使能控制信号易受影响，很难保 证系统的正常工作。为了减小这种串扰，往往需要在产生使能控制信号的链路上 串联或者并联防电磁干扰滤波器或电源滤波器，不仅增加了产品的成本，不利于 产品的小型化，轻薄化，还无形中提高了产品的设计难度。另一种方法，大多采 用使用外部电平转换器，使高低电平互相切换，这种设计不仅需要外部电平转换 器，还需其他的外围元器件，使得设计复杂化。
因此，迫切需要一种高电平触发时关断放大器的使能控制偏置电路，这个使 能控制偏置电路同时还能进一步改善放大器的噪声系数和线性度。
发明内容
为克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种低噪声微波放大器电 路。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种低噪声微波放大器电路，包括 使能控制输入端口、射频输入端口、射频输出端口、一号直流电源端口、低噪声 微波放大器电路、门限判决电路和偏置输出电路，所述偏置输出电路包括偏置电 路的输出端口和偏置电路的输入端口，其特征在于：所述门限判决电路包括二号 直流电源端口、使能信号输入端口、输出端口、一号N型场效应晶体管、第一 电阻器、二号N型场效应晶体管、第二电阻器、流过二号N型场效应晶体管的 电流和流过一号N型场效应晶体管的电流，所述一号N型场效应晶体管包括一 号N型场效应晶体管的源极端、一号N型场效应晶体管的栅极端和一号N型场效应晶体管的漏极端，所述二号N型场效应晶体管包括二号N型场效应晶体管 的漏极端、二号N型场效应晶体管的源极端和二号N型场效应管的栅极端，所 述使能信号输入端口的一端与使能控制输入端口相连接，所述使能信号输入端口 的另一端与第二电阻器的一端相连接，所述第二电阻器的另一端与二号N型场 效应晶体管的源极端相连接，所述二号N型场效应晶体管的漏极端与二号直流 电源端口相连接，所述二号直流电源端口同时和第一电阻器的一端相连接，所述 第一电阻器的另一端与一号N型场效应晶体管的漏极端相连接，所述一号N型 场效应晶体管的源极端接入大地，所述一号N型场效应晶体管的栅极端接入二 号N型场效应晶体管的源极端和第二电阻器之间，所述二号N型场效应管的栅 极端接入第一电阻器和一号N型场效应晶体管的漏极端之间，所述二号N型场 效应管的栅极端、一号N型场效应晶体管的漏极端和第一电阻器均与输出端口 相连接。
在此基础上，所述输出端口与偏置电路的输入端口相连接。
在此基础上，所述低噪声微波放大器电路包括三号N型场效应晶体管、第 一电感器、第二电感器、第三电感器、输出电容器、输入电容器和偏置电阻器， 所述三号N型场效应晶体管包括三号N型场效应晶体管的源极端、三号N型场 效应晶体管的漏极端和三号N型场效应晶体管的栅极端，所述输入电容器一端 与射频输入端口相连接，另一端与第一电感器相连接，所述第一电感器的另一端 与三号N型场效应晶体管的栅极端相连接，所述偏置电阻器的一端并联接在第 一电感器和输入电容器之间，所述偏置电阻器的另一端与偏置电路的输出端口相 连接，所述第二电感器的一端与三号N型场效应晶体管的源极端相连接，另一 端接地，所述第三电感器和输出电容器并联接入到三号N型场效应晶体管的漏 极端上，所述第三电感器的另一端与一号直流电源端口相连接，所述输出电容器 的另一端与射频输出端口相连接。
在此基础上，所述一号N型场效应晶体管、二号N型场效应晶体管和三号N 型场效应晶体管的物理结构类型均为结型场效应晶体管，金属-氧化物半导体场 效应晶体管，异质结场效应晶体管或其他场效应晶体管。
在此基础上，所述一号N型场效应晶体管、二号N型场效应晶体管和三号N 型场效应晶体管的构成材料均为硅，锗，砷化镓，氮化镓，磷化铟，Ⅲ-Ⅴ族化 合物半导体或者其他掺杂半导体材料中一种或者多种。
在此基础上，所述一号N型场效应晶体管、二号N型场效应晶体管、三号N 型场效应晶体管、第一电阻器、第二电阻器和偏置电阻器的实现形式均为分离式 器件，单片集成电路，混合集成电路或者其他形式的电路。
在此基础上，所述输出电容器和输入电容器的构造均为片式多层陶瓷电容 器，金属-绝缘层-金属电容或金属-氧化物-金属电容。
在此基础上，所述第一电感器、第二电感器和第三电感器的实现形式均为片 式叠层电感，片式绕线电感，片上集成电感，键合线电感或晶圆级重新布线电感。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用了一种门限判决电路控 制使能信号，使得使能信号能够在较大的输入范围内工作，进一步地防止了外界 对使能信号电平的串扰，提高了抗干扰能力，当输入的使能控制信号小于门限判 决电平时，门限判决电路输出低电平，偏置输出电路输出低电平，导致放大器关 断；当输入的使能控制信号大于门限判决电平时，门限判决电路输出高电平，偏 置输出电路输出高电平，放大器正常工作，实现了微波放大器的关断功能。
附图说明
图1是本发明的简要结构示意图；
图2使能控制低噪声微波放大器的工作状态转换示意图；
图3是门限判决电路的简要结构示意图；
图4偏置输出电路的功能示意图；
图5是低噪声微波放大器的电路结构示意图；
图中：1、使能控制输入端口，2、射频输入端口，3、射频输出端口，4、一 号直流电源端口，5、低噪声微波放大器电路，6、门限判决电路，7、偏置输出 电路，61、二号直流电源端口，62、使能信号输入端口，63、输出端口，64、一 号N型场效应晶体管，R1、第一电阻器，65、二号N型场效应晶体管，R2、第 二电阻器，I2、流过二号N型场效应晶体管的电流，I1、流过一号N型场效应晶 体管的电流，641、一号N型场效应晶体管的源极端，642、一号N型场效应晶体管的栅极端，643、一号N型场效应晶体管的漏极端，651、二号N型场效应 晶体管的漏极端，652、二号N型场效应晶体管的源极端，653、二号N型场效 应管的栅极端，71、偏置电路的输出端口，72、偏置电路的输入端口，51、三号 N型场效应晶体管，52、第一电感器，53、第二电感器，54、第三电感器，55、 输出电容器，56、输入电容器，57、偏置电阻器，511、三号N型场效应晶体管 的源极端，512、三号N型场效应晶体管的漏极端，513、三号N型场效应晶体 管的栅极端，201、使能控制端口输入的最大工作电平，202、使能控制端口输入 的最低工作电平，203、门限判决电路中的门限判决电平，204、使能控制端口输 入信号的一个下降沿，205、使能控制端口输入信号的一个上升沿。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，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。
如图1-图5所示，本发明示意性的示出了一种低噪声微波放大器电路。
本发明披露了一种低噪声微波放大器电路，如图1所示，包括使能控制输入 端口1、射频输入端口2、射频输出端口3、一号直流电源端口4、低噪声微波放 大器电路5、门限判决电路6和偏置输出电路7。
如图2所示，图中有使能控制端口输入的最大工作电平201、使能控制端口 输入的最低工作电平202、门限判决电路中的门限判决电平203、使能控制端口 输入信号的一个下降沿204和使能控制端口输入信号的一个上升沿205。
如图3所示，门限判决电路6包括二号直流电源端口61、使能信号输入端口 62、输出端口63、一号N型场效应晶体管64、第一电阻器R1、二号N型场效 应晶体管65、第二电阻器R2、流过二号N型场效应晶体管65的电流I2和流过 一号N型场效应晶体管64的电流I1，一号N型场效应晶体管64包括一号N型 场效应晶体管的源极端641、一号N型场效应晶体管的栅极端642和一号N型场 效应晶体管的漏极端643，二号N型场效应晶体管65包括二号N型场效应晶体 管的漏极端651、二号N型场效应晶体管的源极端652和二号N型场效应管的栅 极端653，使能信号输入端口62的一端与使能控制输入端口1相连接，使能信 号输入端口62的另一端与第二电阻器R2的一端相连接，第二电阻器R2的另一 端与二号N型场效应晶体管的源极端652相连接，二号N型场效应晶体管的漏 极端651与二号直流电源端口61相连接，二号直流电源端口61同时和第一电阻 器R1的一端相连接，第一电阻器R1的另一端与一号N型场效应晶体管的漏极 端643相连接，一号N型场效应晶体管的源极端641接入大地，一号N型场效 应晶体管的栅极端642接入二号N型场效应晶体管的源极端652和第二电阻器 R2之间，二号N型场效应管的栅极端653接入第一电阻器R1和一号N型场效 应晶体管的漏极端643之间，二号N型场效应管的栅极端653、一号N型场效应 晶体管的漏极端643和第一电阻器R1均与输出端口63相连接。
如图4所示，偏置输出电路7包括偏置电路的输出端口71和偏置电路的输 入端口72。
如图5所示，低噪声微波放大器电路5包括三号N型场效应晶体管51、第 一电感器52、第二电感器53、第三电感器54、输出电容器55、输入电容器56 和偏置电阻器57，三号N型场效应晶体管51包括三号N型场效应晶体管的源极 端511、三号N型场效应晶体管的漏极端512和三号N型场效应晶体管的栅极端 513，输入电容器56一端与射频输入端口2相连接，另一端与第一电感器52相 连接，第一电感器52的另一端与三号N型场效应晶体管的栅极端513相连接， 偏置电阻器57的一端并联接在第一电感器52和输入电容器56之间，偏置电阻器57的另一端与偏置电路的输出端口71相连接，为三号N型场效应晶体管51 提供偏置电压，第二电感器53的一端与三号N型场效应晶体管的源极端511相 连接，另一端接地，第三电感器54和输出电容器55并联接入到三号N型场效 应晶体管的漏极端512上，第三电感器54的另一端与一号直流电源端口4相连 接，输出电容器55的另一端与射频输出端口3相连接。
图3和图5中，一号N型场效应晶体管64、二号N型场效应晶体管65和三 号N型场效应晶体管51的物理结构类型均为结型场效应晶体管，金属-氧化物半 导体场效应晶体管，异质结场效应晶体管或其他场效应晶体管。一号N型场效 应晶体管64、二号N型场效应晶体管65和三号N型场效应晶体管51的构成材 料均为硅，锗，砷化镓，氮化镓，磷化铟，Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体或者其他掺杂 半导体材料中一种或者多种。一号N型场效应晶体管64、二号N型场效应晶体 管65、三号N型场效应晶体管51、第一电阻器R1、第二电阻器R2和偏置电阻器57的实现形式均为分离式器件，单片集成电路，混合集成电路或者其他形式 的电路。
图5中，输出电容器55和输入电容器56的构造均为片式多层陶瓷电容器， 金属-绝缘层-金属电容或金属-氧化物-金属电容。第一电感器52、第二电感器53 和第三电感器54的实现形式均为片式叠层电感，片式绕线电感，片上集成电感， 键合线电感或晶圆级重新布线电感。
本发明的工作原理是：
微波放大器处于开启状态时，一号N型场效应晶体管64和二号N型场效应 晶体管65处于晶体管的饱和区，此时满足以下三个关系：
VEN+I2×R2＞Vth1
VEN+I2×R2-Vth1＜VDD-I1×R1
VDD-I1×R1-VEN-I2×R2＞Vth2
其中Vth1是一号N型场效应晶体管64的阈值电压，Vth2是二号N型场效应 晶体管65的阈值电压，VEN是使能信号输入端口62的电压，VDD是二号直流电 源端口61的电压。
微波放大器处于关断状态时，一号N型场效应晶体管64和二号N型场效应 晶体管65处于晶体管的线性区，使能信号输入端口62的电压VEN随着使能控制 端口输入信号的一个上升沿205上升，一号N型场效应晶体管64慢慢开启，流 过第一电阻器R1的电流逐渐增大，导致输出端口63电压逐渐减小，二号N型场 效应晶体管65关闭。
在低噪声微波放大器电路5中，可以通过调整输入电容器56的电容，第二 电感器53和第一电感器52的感值，以及三号N型场效应管51的外围尺寸和偏 置电压的电压值大小，来控制低噪声微波放大器的工作电流，小信号增益，噪声 系数，线性度以及输入阻抗的匹配度。通过调整输出电容器55的电容，第三电 感器54的感值大小，来控制工作频点以及输出阻抗的匹配度。
本发明采用了一种门限判决电路控制使能信号，使得使能信号能够在较大的 输入范围内工作，进一步地防止了外界对使能信号电平的串扰，提高了抗干扰能 力。如图2所示，图中有使能控制端口输入的最大工作电平201、使能控制端口 输入的最低工作电平202、门限判决电路中的门限判决电平203、使能控制端口 输入信号的一个下降沿204和使能控制端口输入信号的一个上升沿205。当输入 的使能控制信号处于门限判决电平以上，门限判决电路的输出驱动偏置输出电 路，使微波放大器处于关断状态；当输入的使能控制信号处于门限判决电平以下， 门限判决电路的输出驱动偏置输出电路，使微波放大器处于开启状态，实现了微 波放大器的关断功能，输入的使能控制信号可以是周期信号，也可以是非周期信 号，取决于控制系统，随着输入的使能控制信号的周期性或非周期性的变换，微 波放大器的工作状态也随之转换，便于实现微波放大器的自我控制。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并 非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其 他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关 领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的 精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种低噪声微波放大器电路，包括使能控制输入端口(1)、射频输入端口(2)、射频输出端口(3)、一号直流电源端口(4)、低噪声微波放大器电路(5)、门限判决电路(6)和偏置输出电路(7)，所述偏置输出电路(7)包括偏置电路的输出端口(71)和偏置电路的输入端口(72)，其特征在于：所述门限判决电路(6)包括二号直流电源端口(61)、使能信号输入端口(62)、输出端口(63)、一号N型场效应晶体管(64)、第一电阻器(R1)、二号N型场效应晶体管(65)、第二电阻器(R2)、流过二号N型场效应晶体管(65)的电流(I2)和流过一号N型场效应晶体管(64)的电流(I1)，所述一号N型场效应晶体管(64)包括一号N型场效应晶体管的源极端(641)、一号N型场效应晶体管的栅极端(642)和一号N型场效应晶体管的漏极端(643)，所述二号N型场效应晶体管(65)包括二号N型场效应晶体管的漏极端(651)、二号N型场效应晶体管的源极端(652)和二号N型场效应管的栅极端(653)，所述使能信号输入端口(62)的一端与使能控制输入端口(1)相连接，所述使能信号输入端口(62)的另一端与第二电阻器(R2)的一端相连接，所述第二电阻器(R2)的另一端与二号N型场效应晶体管的源极端(652)相连接，所述二号N型场效应晶体管的漏极端(651)与二号直流电源端口(61)相连接，所述二号直流电源端口(61)同时和第一电阻器(R1)的一端相连接，所述第一电阻器(R1)的另一端与一号N型场效应晶体管的漏极端(643)相连接，所述一号N型场效应晶体管的源极端(641)接入大地，所述一号N型场效应晶体管的栅极端(642)接入二号N型场效应晶体管的源极端(652)和第二电阻器(R2)之间，所述二号N型场效应管的栅极端(653)接入第一电阻器(R1)和一号N型场效应晶体管的漏极端(643)之间，所述二号N型场效应管的栅极端(653)、一号N型场效应晶体管的漏极端(643)和第一电阻器(R1)均与输出端口(63)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种低噪声微波放大器电路，其特征在于：所述输出端口(63)与偏置电路的输入端口(72)相连接。
3.根据权利要求2所述的一种低噪声微波放大器电路，其特征在于：所述低噪声微波放大器电路(5)包括三号N型场效应晶体管(51)、第一电感器(52)、第二电感器(53)、第三电感器(54)、输出电容器(55)、输入电容器(56)和偏置电阻器(57)，所述三号N型场效应晶体管(51)包括三号N型场效应晶体管的源极端(511)、三号N型场效应晶体管的漏极端(512)和三号N型场效应晶体管的栅极端(513)，所述输入电容器(56)一端与射频输入端口(2)相连接，另一端与第一电感器(52)相连接，所述第一电感器(52)的另一端与三号N型场效应晶体管的栅极端(513)相连接，所述偏置电阻器(57)的一端并联接在第一电感器(52)和输入电容器(56)之间，所述偏置电阻器(57)的另一端与偏置电路的输出端口(71)相连接，所述第二电感器(53)的一端与三号N型场效应晶体管的源极端(511)相连接，另一端接地，所述第三电感器(54)和输出电容器(55)并联接入到三号N型场效应晶体管的漏极端(512)上，所述第三电感器(54)的另一端与一号直流电源端口(4)相连接，所述输出电容器(55)的另一端与射频输出端口(3)相连接。
4.根据权利要求3所述的一种低噪声微波放大器电路，其特征在于：所述一号N型场效应晶体管(64)、二号N型场效应晶体管(65)和三号N型场效应晶体管(51)的物理结构类型均为结型场效应晶体管，金属-氧化物半导体场效应晶体管，异质结场效应晶体管或其他场效应晶体管。
5.根据权利要求4所述的一种低噪声微波放大器电路，其特征在于：所述一号N型场效应晶体管(64)、二号N型场效应晶体管(65)和三号N型场效应晶体管(51)的构成材料均为硅，锗，砷化镓，氮化镓，磷化铟，Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体或者其他掺杂半导体材料中一种或者多种。
6.根据权利要求5所述的一种低噪声微波放大器电路，其特征在于：所述一号N型场效应晶体管(64)、二号N型场效应晶体管(65)、三号N型场效应晶体管(51)、第一电阻器(R1)、第二电阻器(R2)和偏置电阻器(57)的实现形式均为分离式器件，单片集成电路，混合集成电路或者其他形式的电路。
7.根据权利要求6所述的一种低噪声微波放大器电路，其特征在于：所述输出电容器(55)和输入电容器(56)的构造均为片式多层陶瓷电容器，金属-绝缘层-金属电容或金属-氧化物-金属电容。
8.根据权利要求7所述的一种低噪声微波放大器电路，其特征在于：所述第一电感器(52)、第二电感器(53)和第三电感器(54)的实现形式均为片式叠层电感，片式绕线电感，片上集成电感，键合线电感或晶圆级重新布线电感。
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