CN109391236B - 一种信号放大电路及毫米波信号放大电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种信号放大电路，包括信号放大模块和直流偏置生成模块；其中，所述直流偏置生成模块用于提供第一偏置电压V1和第二偏置电压V2；所述信号放大模块包括射频信号输入端RFin、射频信号输出端RFout、第一电压输入端VDD1、第一偏置电压输入端V1in和第二偏置电压输入端V2in，用于基于第一偏置电压输入端V1in输入的第一偏置电压V1和第二偏置电压输入端V2in输入的第二偏置电压V2对所述射频信号输入端RFin输入的射频信号进行低噪声放大，本发明还公开了一种包括该信号放大电路的毫米波信号放大电路，本发明可降低信号放大电路的噪声，提升信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及毫米波信号处理技术领域。更具体地，涉及一种信号放大电路及毫米波信号放大电路。
背景技术
在雷达、通信等系统中，低噪声放大器位处接收模块的最前端，在保证低噪声系数的同时要提供足够高的增益来压制后级电路的噪声，以此来获得更高的输出信噪比。随着雷达及通信等系统的发展，电路系统的抗干扰能力、穿透能力、分辨力要求越来越高，因此超宽带电路系统应用而生。不论是军用领域，还是民用方面，传统的窄带低噪声放大器已经无法满足超宽带、低噪声和高集成度的要求。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种信号放大电路，降低信号放大电路的噪声，提升信噪比，本发明的另一个目的在于提供一种毫米波信号放大电路。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明一方面公开了一种信号放大电路，包括信号放大模块和直流偏置生成模块；
其中，所述直流偏置生成模块用于提供第一偏置电压V1和第二偏置电压 V2；
所述信号放大模块包括射频信号输入端RFin、射频信号输出端RFout、第一电压输入端VDD1、第一偏置电压输入端V1in和第二偏置电压输入端 V2in，用于基于第一偏置电压输入端V1in输入的第一偏置电压V1和第二偏置电压输入端V2in输入的第二偏置电压V2对所述射频信号输入端RFin输入的射频信号进行低噪声放大。
优选地，所述信号放大模块包括第一晶体管元件M1、第二晶体管元件 M2、信号放大单元和反馈单元；
所述第一晶体管元件M1的栅极与所述射频信号输入端RFin连接，其第一端与所述第二晶体管元件M2的第二端连接，其第二端接地Vcom；
所述第二晶体管元件M2的栅极与所述第二偏置电压输入端V2in连接，其第一端与所述信号放大单元和所述第一偏置电压输入端V1in分别连接；
所述信号放大单元与所述第一压电输入端和所述射频信号输出端RFout 连接。
优选地，所述信号放大单元包括第一电感器L1、第二电感器L2、第三电感器L3、第一电容器C1、第二电容器C2和第三电容器C3；
其中，所述第一电容器C1的第一端与所述第一电压输入端VDD1连接，第二端接地Vcom；
所述第一电感器L1的第一端与所述第一电压输入端VDD1连接，第二端与所述第二电感器L2的第一端和所述第二电容器C2的第一端分别连接；
所述第二电感器L2的第二端与所述反馈单元和所述第二晶体管元件M2 的第一端分别连接；
所述第二电容器C2的第二端与所述第三电感器L3的第一端连接；
所述第三电感器L3的第二端与所述第四电感器L4的第一端和所述第三电容器C3的第一端连接；
所述第三电容器C3的第二端接地Vcom；
所述第四电感器L4的第二端与所述射频信号输出端RFout连接。
优选地，所述反馈单元包括第一电阻器R1和第四电容器C4；
所述第一电阻器R1的第一端与所述第一偏置电压输入端V1in连接，第二端与所述第一晶体管元件M1的栅极连接；
所述第四电容器C4的第一端与所述第一偏置电压输入端V1in连接，第二端与所述信号放大单元和所述第二晶体管元件M2的第一端连接。
优选地，所述射频信号输入端RFin与所述第一晶体管单元的栅极间进一步设有隔直单元；
所述隔直单元包括第五电容器C5、第六电容器C6和第五电感器L5；
所述第五电容器C5的第一端与所述射频信号输入端RFin连接，第二端与所述第六电容器C6的第一端和所述第五电感器L5的第一端分别连接；
所述第六电容器C6的第二端接地Vcom；
所述第五电感器L5的第二端与所述第一晶体管元件M1的栅极连接。
优选地，所述电路进一步包括第七电容器C7；
所述第七电容器C7的第一端与所述第二晶体管元件M2的栅极和所述第二偏置电压输入端V2in连接，第二端接地Vcom。
优选地，所述直流偏置生成模块包括第二电压输入端VDD2、与所述第一偏置电压输入端V1in连接的第一偏置电压V1输出端V1out、与所述第二偏置电压输入端V2in连接的第二偏置电压V2输出端V2out、第一偏置电压生成单元和第二偏置电压生成单元；
第一偏置电压生成单元与所述第二电压输入端VDD2和所述第一偏置电压V1输出端V1out连接；
第二偏置电压生成单元与所述第二电压输入端VDD2和所述第二偏置电压V2输出端V2out连接。
优选地，所述第一偏置电压生成单元21包括第二电阻器R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4和第三晶体管元件M3；
所述第二电阻器R2的第一端与第二电压输入端VDD2连接，第二端与所述第三电阻器R3的第一端和第四电阻器R4的第二端连接；
所述第三电阻器R3的第二端与第三晶体管元件M3的栅极和第一端连接；
所述第三晶体管元件M3的第二端接地Vcom；
所述第四电阻器R4的第一端与所述第一偏置电压V1输出端V1out连接；
所述第二偏置电压生成单元包括第五电阻器R5、第六电阻器R6、第七电阻器R7和第四晶体管元件M4；
所述第五电阻器R5的第一端与第二电压输入端VDD2连接，第二端与所述第六电阻器R6的第一端和第七电阻器R7的第一端连接；
所述第六电阻器R6的第二端与第四晶体管元件M4的栅极和第一端连接；
所述第四晶体管元件M4的第二端接地Vcom；
所述第七电阻器R7的第二端与所述第二偏置电压V2输出端V2out连接。
优选地，所述第一电压输入端VDD1和所述第二电压输入端VDD2为同一电压输入端。
本发明另一方面公开了一种毫米波信号放大电路，包括如上所述的信号放大电路。
本发明的有益效果如下：
本发明的信号放大电路可在实现超宽带信号放大的基础上，提供足够的增益、提供最优噪声匹配，降低放大电路噪声系数，提升信噪比，从而更好地实现压制后级电路噪声，在超宽频带内提升信号收发系统的噪声性能。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明一种信号放大电路一个具体实施例的示意图。
图2示出本发明一种信号放大电路一个具体实施例信号放大模块1的示意图。
图3示出本发明一种信号放大电路一个具体实施例直流偏置生成模块2 的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，根据本发明的一个目的，本实施例公开了一种信号放大电路。本实施例中，信号放大电路包括信号放大模块1和直流偏置生成模块2。其中，所述直流偏置生成模块2可提供第一偏置电压V1和第二偏置电压V2，所述信号放大模块1包括射频信号输入端RFin、射频信号输出端RFout、第一电压输入端VDD1、第一偏置电压输入端V1in和第二偏置电压输入端V2in，信号放大模块1可基于第一偏置电压输入端V1in输入的第一偏置电压V1和第二偏置电压输入端V2in输入的第二偏置电压V2对所述射频信号输入端RFin 输入的射频信号进行低噪声放大。本发明的信号放大电路可在实现超宽带信号放大的基础上，提供足够的增益、提供最优噪声匹配，降低放大电路噪声系数，提升信噪比，从而更好地实现压制后级电路噪声，在超宽频带内提升信号收发系统的噪声性能。其中，第一晶体管元件M1和第二晶体管元件M2 可选用增强型场效应管，M1和M2可构成共源共栅放大结构，M1管将交流电压信号转变为电流交流信号，而共栅结构的M2管可以增大输出阻抗，交流电流信号通过后被转换为交流电压信号，由于M1管的压控电流源有电流放大作用，M2管有输出阻抗放大作用，因此M1管的输入电压信号被放大为 M2管漏极的输出电压信号，从而实现交流信号的放大。
在优选的实施方式中，如图2所示，所述信号放大模块1可包括第一晶体管元件M1、第二晶体管元件M2、信号放大单元11和反馈单元12。
具体的，所述第一晶体管元件M1的栅极与所述射频信号输入端RFin连接，其第一端与所述第二晶体管元件M2的第二端连接，其第二端接地Vcom。所述第二晶体管元件M2的栅极与所述第二偏置电压输入端V2in连接，其第一端与所述信号放大单元11和所述第一偏置电压输入端V1in分别连接。所述信号放大单元11与所述第一压电输入端和所述射频信号输出端RFout连接。
在优选的实施方式中，所述信号放大单元11可包括第一电感器L1、第二电感器L2、第三电感器L3、第一电容器C1、第二电容器C2和第三电容器 C3。
其中，所述第一电容器C1的第一端与所述第一电压输入端VDD1连接，第二端接地Vcom。所述第一电感器L1的第一端与所述第一电压输入端VDD1 连接，第二端与所述第二电感器L2的第一端和所述第二电容器C2的第一端分别连接。所述第二电感器L2的第二端与所述反馈单元12和所述第二晶体管元件M2的第一端分别连接。所述第二电容器C2的第二端与所述第三电感器L3的第一端连接。所述第三电感器L3的第二端与所述第四电感器L4的第一端和所述第三电容器C3的第一端连接，所述第三电容器C3的第二端接地 Vcom，所述第四电感器L4的第二端与所述射频信号输出端RFout连接。
在优选的实施方式中，所述反馈单元12可包括第一电阻器R1和第四电容器C4。R1与C4构成了密勒反馈环路以增强稳定性，电感L1和L2构成了并联峰化结构，配合电感L3构成了T型匹配网络来拓展电路带宽。其中，所述第一电阻器R1的第一端与所述第一偏置电压输入端V1in连接，第二端与所述第一晶体管元件M1的栅极连接，所述第四电容器C4的第一端与所述第一偏置电压输入端V1in连接，第二端与所述信号放大单元11和所述第二晶体管元件M2的第一端连接。
在优选的实施方式中，所述射频信号输入端RFin与所述第一晶体管单元的栅极间进一步设有隔直单元13，用以隔离直流电流，去除前级电路直流项对放大电路的影响。
具体的，所述隔直单元13可第五电容器C5、第六电容器C6和第五电感器L5。其中，所述第五电容器C5的第一端与所述射频信号输入端RFin连接，第二端与所述第六电容器C6的第一端和所述第五电感器L5的第一端分别连接；所述第六电容器C6的第二端接地Vcom；所述第五电感器L5的第二端与所述第一晶体管元件M1的栅极连接。
在优选的实施方式中，所述电路进一步包括第七电容器C7。所述第七电容器C7的第一端与所述第二晶体管元件M2的栅极和所述第二偏置电压输入端V2in连接，第二端接地Vcom。
在优选的实施方式中，如图3所示，所述直流偏置生成模块2可包括第二电压输入端VDD2、与所述第一偏置电压输入端V1in连接的第一偏置电压 V1输出端V1out、与所述第二偏置电压输入端V2in连接的第二偏置电压V2 输出端V2out、第一偏置电压生成单元21和第二偏置电压生成单元22。放大电路中的M1管和偏置电路中的M3管共同构成了电流输入-电压输出型负反馈结构，当M1管和M3管的跨导受到工艺、电压和温度(PVT)因素影响时， M3管可以通过负反馈影响M1管偏置电压，从而部分抵消放大电路中M1管跨导的变化，降低PVT因素对低噪声放大器性能的影响。
具体的，第一偏置电压生成单元21可与所述第二电压输入端VDD2和所述第一偏置电压V1输出端V1out连接，第二偏置电压生成单元22可与所述第二电压输入端VDD2和所述第二偏置电压V2输出端V2out连接。
在优选的实施方式中，所述第一偏置电压生成单元21可包括第二电阻器 R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4和第三晶体管元件M3。其中，所述第二电阻器R2的第一端与第二电压输入端VDD2连接，第二端与所述第三电阻器R3的第一端和第四电阻器R4的第二端连接，所述第三电阻器R3的第二端与第三晶体管元件M3的栅极和第一端连接，所述第三晶体管元件M3的第二端接地Vcom，所述第四电阻器R4的第一端与所述第一偏置电压V1输出端V1out连接，所述第二偏置电压生成单元22包括第五电阻器R5、第六电阻器R6、第七电阻器R7和第四晶体管元件M4，所述第五电阻器R5的第一端与第二电压输入端VDD2连接，第二端与所述第六电阻器R6的第一端和第七电阻器R7的第一端连接，所述第六电阻器R6的第二端与第四晶体管元件 M4的栅极和第一端连接，所述第四晶体管元件M4的第二端接地Vcom，所述第七电阻器R7的第二端与所述第二偏置电压V2输出端V2out连接。M3 和M4采用二极管接法将栅极与漏极短接，源极接地，等效为一个1/gm的电阻
在优选的实施方式中，所述第一电压输入端VDD1和所述第二电压输入端VDD2为同一电压输入端。
根据本发明的另一个目的，本实施例还公开了一种毫米波信号放大电路，该电路包括如本实施例所述的信号放大电路。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种信号放大电路，其特征在于，包括信号放大模块和直流偏置生成模块；
其中，所述直流偏置生成模块用于提供第一偏置电压V1和第二偏置电压V2；
所述信号放大模块包括射频信号输入端RFin、射频信号输出端RFout、第一电压输入端VDD1、第一偏置电压输入端V1in和第二偏置电压输入端V2in，用于基于第一偏置电压输入端V1in输入的第一偏置电压V1和第二偏置电压输入端V2in输入的第二偏置电压V2对所述射频信号输入端RFin输入的射频信号进行低噪声放大，
其中，所述直流偏置生成模块包括第二电压输入端VDD2、与所述第一偏置电压输入端V1in连接的第一偏置电压V1输出端V1out、与所述第二偏置电压输入端V2in连接的第二偏置电压V2输出端V2out、第一偏置电压生成单元和第二偏置电压生成单元；
第一偏置电压生成单元与所述第二电压输入端VDD2和所述第一偏置电压V1输出端V1out连接；
第二偏置电压生成单元与所述第二电压输入端VDD2和所述第二偏置电压V2输出端V2out连接，
其中，所述第一偏置电压生成单元21包括第二电阻器R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4和第三晶体管元件M3；
所述第二电阻器R2的第一端与第二电压输入端VDD2连接，第二端与所述第三电阻器R3的第一端和第四电阻器R4的第二端连接；
所述第三电阻器R3的第二端与第三晶体管元件M3的栅极和第一端连接；
所述第三晶体管元件M3的第二端接地Vcom；
所述第四电阻器R4的第一端与所述第一偏置电压V1输出端V1out连接；
所述第二偏置电压生成单元包括第五电阻器R5、第六电阻器R6、第七电阻器R7和第四晶体管元件M4；
所述第五电阻器R5的第一端与第二电压输入端VDD2连接，第二端与所述第六电阻器R6的第一端和第七电阻器R7的第一端连接；
所述第六电阻器R6的第二端与第四晶体管元件M4的栅极和第一端连接；
所述第四晶体管元件M4的第二端接地Vcom；
所述第七电阻器R7的第二端与所述第二偏置电压V2输出端V2out连接。
2.根据权利要求1所述的信号放大电路，其特征在于，所述信号放大模块包括第一晶体管元件M1、第二晶体管元件M2、信号放大单元和反馈单元；
所述第一晶体管元件M1的栅极与所述射频信号输入端RFin连接，其第一端与所述第二晶体管元件M2的第二端连接，其第二端接地Vcom；
所述第二晶体管元件M2的栅极与所述第二偏置电压输入端V2in连接，其第一端与所述信号放大单元和所述第一偏置电压输入端V1in分别连接；
所述信号放大单元与所述第一电压输入端和所述射频信号输出端RFout连接。
3.根据权利要求2所述的信号放大电路，其特征在于，所述信号放大单元包括第一电感器L1、第二电感器L2、第三电感器L3、第四电感器L4、第一电容器C1、第二电容器C2和第三电容器C3；
其中，所述第一电容器C1的第一端与所述第一电压输入端VDD1连接，第二端接地Vcom；
所述第一电感器L1的第一端与所述第一电压输入端VDD1连接，第二端与所述第二电感器L2的第一端和所述第二电容器C2的第一端分别连接；
所述第二电感器L2的第二端与所述反馈单元和所述第二晶体管元件M2的第一端分别连接；
所述第二电容器C2的第二端与所述第三电感器L3的第一端连接；
所述第三电感器L3的第二端与所述第四电感器L4的第一端和所述第三电容器C3的第一端连接；
所述第三电容器C3的第二端接地Vcom；
所述第四电感器L4的第二端与所述射频信号输出端RFout连接。
4.根据权利要求2所述的信号放大电路，其特征在于，所述反馈单元包括第一电阻器R1和第四电容器C4；
所述第一电阻器R1的第一端与所述第一偏置电压输入端V1in连接，第二端与所述第一晶体管元件M1的栅极连接；
所述第四电容器C4的第一端与所述第一偏置电压输入端V1in连接，第二端与所述信号放大单元和所述第二晶体管元件M2的第一端连接。
5.根据权利要求2所述的信号放大电路，其特征在于，所述射频信号输入端RFin与第一晶体管单元的栅极间进一步设有隔直单元；
所述隔直单元包括第五电容器C5、第六电容器C6和第五电感器L5；
所述第五电容器C5的第一端与所述射频信号输入端RFin连接，第二端与所述第六电容器C6的第一端和所述第五电感器L5的第一端分别连接；
所述第六电容器C6的第二端接地Vcom；
所述第五电感器L5的第二端与所述第一晶体管元件M1的栅极连接。
6.根据权利要求2所述的信号放大电路，其特征在于，所述电路进一步包括第七电容器C7；
所述第七电容器C7的第一端与所述第二晶体管元件M2的栅极和所述第二偏置电压输入端V2in连接，第二端接地Vcom。
7.根据权利要求1所述的信号放大电路，其特征在于，所述第一电压输入端VDD1和所述第二电压输入端VDD2为同一电压输入端。
8.一种毫米波信号放大电路，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的信号放大电路。
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