CN109450395B - 非线性反馈电路及采用其的低噪声放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了非线性反馈电路，包括至少一个二极管。本发明还公开了采用该非线性反馈电路的低噪声放大器。本发明通过二极管的负温度特性来对低噪声放大器的增益变化进行温度补偿，从而实现增益稳定。此外，通过二极管的非线性特征也能够为低噪声放大器提供高次谐波，高次谐波的相互对消与加成能够提高低噪声放大器的OIP3。

Description

非线性反馈电路及采用其的低噪声放大器
技术领域
本发明涉及低噪声放大器，特别是涉及非线性反馈电路及采用其的低噪声放大器。
背景技术
现在随着市场需求的不断增加，放大器芯片经常被使用在很多不同的环境温度下。但是在不同的环境温度下，pHemt管的特性会产生一定的变化，这会导致放大器的增益有较大的波动，其中一般小信号增益波动为1-3dB。普通的分压式供电方法在温度变化下会使得放大器的增益变化较大。功率放大器工作在饱和状态且较高偏置点下，随着温度的升高，电流是降低的。现有技术中，对于增强型pHemt管，一般用电流镜来实现温度补偿，但是此种温度补偿电路往往只适用于功率放大器，不适用于低噪声放大器。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种非线性反馈电路及采用其的低噪声放大器，能够解决现有技术中温度补偿电路不适用于低噪声放大器的问题。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的非线性反馈电路，包括至少一个二极管；当二极管只有一个时，二极管的阴极用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极，二极管的阳极用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极；当二极管有两个或者两个以上时，所有二极管都是串联的，其中，第一个二极管的阳极用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极，第一个二极管的阴极连接第二个二极管的阳极，最后一个二极管的阴极用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极。
进一步，还包括第一电阻R1；当二极管只有一个时，第一电阻R1的一端连接二极管的阴极；当二极管有两个或者两个以上时，第一电阻R1的一端连接最后一个二极管的阴极；第一电阻R1的另一端用于接地。这样能够将二极管的负温度特性和第一电阻R1的正温度特性互补起来，防止仅采用二极管时难以补偿到合适温度。并且还能够提高P1dB。
进一步，还包括第二电阻R2；当二极管只有一个时，第二电阻R2与二极管串联，第二电阻R2与二极管组成的串联电路的一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极，第二电阻R2与二极管组成的串联电路的另一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极；当二极管有两个或者两个以上时，第二电阻R2与所有二极管均串联，第二电阻R2与所有二极管组成的串联电路的一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极，第二电阻R2与所有二极管组成的串联电路的另一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极。这样能够将二极管的负温度特性和第二电阻R2的正温度特性互补起来，防止仅采用二极管时难以补偿到合适温度。并且还能够提高P1dB。
进一步，还包括第三电阻R3和第一电感L1；当二极管只有一个时，第三电阻R3的一端连接二极管的阴极，第一电感L1的一端连接二极管的阳极；当二极管有两个或者两个以上时，第三电阻R3的一端连接最后一个二极管的阴极，第一电感L1的一端连接第一个二极管的阳极；第三电阻R3的另一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极，第一电感L1的另一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极。通过第三电阻R3能够形成高阻状态，防止直流信号耦合到射频端。通过第一电感L1可以利用L1的感性阻止直流信号耦合到射频。
进一步，还包括第一电容C1和第二电容C2；当二极管只有一个时，第一电容C1的一端连接二极管的阳极，第二电容C2的一端连接二极管的阴极；当二极管有两个或者两个以上时，第一电容C1的一端连接第一个二极管的阳极，第二电容C2的一端连接最后一个二极管的阴极；第一电容C1的另一端和第二电容C2的另一端均用于接地。这样能够通过第一电容C1和第二电容C2滤除直流端耦合到射频端的电流。
采用本发明所述的非线性反馈电路的低噪声放大器，包括增强型pHemt管Q1，增强型pHemt管Q1的栅极连接至少一个二极管：当二极管只有一个时，二极管的阴极连接增强型pHemt管Q1的栅极，二极管的阳极和增强型pHemt管Q1的漏极均连接电压源DC1的一端；当二极管有两个或者两个以上时，第一个二极管的阳极和增强型pHemt管Q1的漏极均连接电压源DC1的一端，第一个二极管的阴极连接第二个二极管的阳极，最后一个二极管的阴极连接增强型pHemt管Q1的栅极；增强型pHemt管Q1的源极和电压源DC1的另一端均接地。
进一步，还包括第一电阻R1；当二极管只有一个时，第一电阻R1的一端连接二极管的阴极；当二极管有两个或者两个以上时，第一电阻R1的一端连接最后一个二极管的阴极；第一电阻R1的另一端接地。这样能够将二极管的负温度特性和第一电阻R1的正温度特性互补起来，防止仅采用二极管时难以补偿到合适温度。并且还能够提高P1dB。
进一步，还包括第二电阻R2；当二极管只有一个时，第二电阻R2与二极管串联，第二电阻R2与二极管组成的串联电路的一端连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极，第二电阻R2与二极管组成的串联电路的另一端连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极；当二极管有两个或者两个以上时，第二电阻R2与所有二极管均串联，第二电阻R2与所有二极管组成的串联电路的一端连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极，第二电阻R2与所有二极管组成的串联电路的另一端连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极。这样能够将二极管的负温度特性和第二电阻R2的正温度特性互补起来，防止仅采用二极管时难以补偿到合适温度。并且还能够提高P1dB。
进一步，还包括第三电阻R3和第一电感L1；当二极管只有一个时，第三电阻R3的一端连接二极管的阴极，第一电感L1的一端连接二极管的阳极；当二极管有两个或者两个以上时，第三电阻R3的一端连接最后一个二极管的阴极，第一电感L1的一端连接第一个二极管的阳极；第三电阻R3的另一端连接增强型pHemt管Q1的栅极，第一电感L1的另一端连接增强型pHemt管Q1的漏极。通过第三电阻R3能够形成高阻状态，防止直流信号耦合到射频端。通过第一电感L1可以利用L1的感性阻止直流信号耦合到射频的。
进一步，还包括第一电容C1和第二电容C2；当二极管只有一个时，第一电容C1的一端连接二极管的阳极，第二电容C2的一端连接二极管的阴极；当二极管有两个或者两个以上时，第一电容C1的一端连接第一个二极管的阳极，第二电容C2的一端连接最后一个二极管的阴极；第一电容C1的另一端和第二电容C2的另一端均接地。这样能够通过第一电容C1和第二电容C2滤除直流端耦合到射频端的电流。
有益效果：本发明公开了一种非线性反馈电路及采用其的低噪声放大器，通过二极管的负温度特性来对低噪声放大器中增强型pHemt管Q1进行温度补偿，从而实现增益稳定。此外，通过二极管的非线性特征也能够为低噪声放大器提供高次谐波，高次谐波的相互对消与加成能够提高低噪声放大器的OIP3。
附图说明
图1为现有技术中采用了温度补偿电路的功率放大器的电路图；
图2为本发明具体实施方式中低噪声放大器的电路图；
图3为本发明具体实施方式中各种情形下的增益与频率的关系曲线；
图4为本发明具体实施方式中各种情形下的OIP3和P1dB与频率的关系曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
图1为现有技术中采用了温度补偿电路的功率放大器的电路图，此温度补偿电路可以让增强型pHemt管Q21的变化状态与增强型pHemt管Q11一致。在温度升高时，增强型pHemt管Q21的电流减小，落在第四电阻R4上的分压减小。此时增强型pHemt管Q21的Vds和Vgs会升高，会反向增大增强型pHemt管Q21的电流，使得增强型pHemt管Q21电流在高低温保持不变。同时增强型pHemt管Q11的电流也随着增强型pHemt管Q11的Vgs的升高而保持不变。但是现有技术中的这个温度补偿电路并不能用在低噪声放大器中，如果用在低噪声放大器中，则高低温偏差会更大，效果会更差。
因此，本具体实施方式公开了一种非线性反馈电路，如图2所示，包括至少一个二极管；当二极管只有一个时，二极管的阴极用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极，二极管的阳极用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极；当二极管有两个或者两个以上时，如图2中的D1、D2、……、Dn，共有n个二极管，n＞1，所有二极管都是串联的，其中，第一个二极管D1的阳极用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极，第一个二极管D1的阴极连接第二个二极管D2的阳极，最后一个二极管Dn的阴极用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极。
本非线性反馈电路还可以包括第一电阻R1，如图2所示；当二极管只有一个时，第一电阻R1的一端连接二极管的阴极；当二极管有两个或者两个以上时，第一电阻R1的一端连接最后一个二极管的阴极；第一电阻R1的另一端用于接地。
本非线性反馈电路还可以包括第二电阻R2，如图2所示；当二极管只有一个时，第二电阻R2与二极管串联，第二电阻R2与二极管组成的串联电路的一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极，第二电阻R2与二极管组成的串联电路的另一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极；当二极管有两个或者两个以上时，第二电阻R2与所有二极管均串联，第二电阻R2与所有二极管组成的串联电路的一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极，第二电阻R2与所有二极管组成的串联电路的另一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极。
本非线性反馈电路还可以包括第三电阻R3，如图2所示；当二极管只有一个时，第三电阻R3的一端连接二极管的阴极；当二极管有两个或者两个以上时，第三电阻R3的一端连接最后一个二极管的阴极；第三电阻R3的另一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极。
本非线性反馈电路还可以包括第一电感L1，如图2所示；当二极管只有一个时，第一电感L1的一端连接二极管的阳极；当二极管有两个或者两个以上时，第一电感L1的一端连接第一个二极管的阳极；第一电感L1的另一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极。
本非线性反馈电路还可以包括第一电容C1，如图2所示；当二极管只有一个时，第一电容C1的一端连接二极管的阳极；当二极管有两个或者两个以上时，第一电容C1的一端连接第一个二极管的阳极；第一电容C1的另一端用于接地。
本非线性反馈电路还可以包括第二电容C2；当二极管只有一个时，第二电容C2的一端连接二极管的阴极；当二极管有两个或者两个以上时，第二电容C2的一端连接最后一个二极管的阴极；第二电容C2的另一端用于接地。
本具体实施方式还公开了采用上述非线性反馈电路的低噪声放大器，如图2所示，包括增强型pHemt管Q1，增强型pHemt管Q1的栅极连接至少一个二极管：当二极管只有一个时，二极管的阴极连接增强型pHemt管Q1的栅极，二极管的阳极和增强型pHemt管Q1的漏极均连接电压源DC1的一端；当二极管有两个或者两个以上时，第一个二极管的阳极和增强型pHemt管Q1的漏极均连接电压源DC1的一端，第一个二极管的阴极连接第二个二极管的阳极，最后一个二极管的阴极连接增强型pHemt管Q1的栅极；增强型pHemt管Q1的源极和电压源DC1的另一端均接地。
本低噪声放大器还可以包括第一电阻R1，如图2所示；当二极管只有一个时，第一电阻R1的一端连接二极管的阴极；当二极管有两个或者两个以上时，第一电阻R1的一端连接最后一个二极管的阴极；第一电阻R1的另一端接地。
本低噪声放大器还可以包括第二电阻R2，如图2所示；当二极管只有一个时，第二电阻R2与二极管串联，第二电阻R2与二极管组成的串联电路的一端连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极，第二电阻R2与二极管组成的串联电路的另一端连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极；当二极管有两个或者两个以上时，第二电阻R2与所有二极管均串联，第二电阻R2与所有二极管组成的串联电路的一端连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极，第二电阻R2与所有二极管组成的串联电路的另一端连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极。
本低噪声放大器还可以包括第三电阻R3，如图2所示；当二极管只有一个时，第三电阻R3的一端连接二极管的阴极；当二极管有两个或者两个以上时，第三电阻R3的一端连接最后一个二极管的阴极；第三电阻R3的另一端连接增强型pHemt管Q1的栅极。
本低噪声放大器还可以包括第一电感L1，如图2所示；当二极管只有一个时，第一电感L1的一端连接二极管的阳极；当二极管有两个或者两个以上时，第一电感L1的一端连接第一个二极管的阳极；第一电感L1的另一端连接增强型pHemt管Q1的漏极。
本低噪声放大器还可以包括第一电容C1，如图2所示；当二极管只有一个时，第一电容C1的一端连接二极管的阳极；当二极管有两个或者两个以上时，第一电容C1的一端连接第一个二极管的阳极；第一电容C1的另一端接地。
本低噪声放大器还可以包括第二电容C2，如图2所示；当二极管只有一个时，第二电容C2的一端连接二极管的阴极；当二极管有两个或者两个以上时，第二电容C2的一端连接最后一个二极管的阴极；第二电容C2的另一端接地。
当然，本低噪声放大器还可以包括与增强型pHemt管Q1栅极连接的输入匹配电路，也可以包括与增强型pHemt管Q1漏极连接的输出匹配电路，如图2所示。
其中，二极管的个数可以根据实际电路需要进行调整，使电路产生合适的压降，保证在常温时候增强型pHemt管Q1的Vg与所期望的相同。例如，一个二极管能提供约0.9V的压降，随着温度升高，压降会降低，变化约在0.1V～0.2V之间，其负温度特性比较明显。第二电阻R2的温度变化是与二极管相反的，随着温度升高阻值会增大，也即提供的压降会增大，是正温度特性。并且，第二电阻R2的压降随温度变化的幅度较小，可以给二极管的温度变化起到微调和补充的作用。在设计的时候，可以首先根据需要的压降大致选择二极管的数量，例如4V则选择4个二极管。再加入第二电阻R2进行微调和补充，若发现二极管带来的温度补偿过大，可删减二极管的数量，增加第二电阻R2的阻值。第一电阻R1的阻值可以直接影响到反馈电路上的直流电流与增强型pHemt管Q1的Vg，需要与第二电阻R2进行协调仿真调试。仿真时需要同时参考OIP3的变化，可在该反馈电路上提取出电压电流波形，保证OIP3在链路调节中同样也可以达到很好的补偿效果。
图3为本发明具体实施方式中各种情形下的增益与频率的关系曲线。其中，
“without_-55”表示不采用第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时-55℃低噪声放大器的增益，“without_25”表示不采用第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时25℃低噪声放大器的增益，“without_85”表示不采用第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时85℃低噪声放大器的增益，“New_-55”表示采用第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时-55℃低噪声放大器的增益，“New_25”表示采用第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时25℃低噪声放大器的增益，“New_85”表示采用第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时85℃低噪声放大器的增益，“Traditional_-55”表示将图1中温度补偿电路用到低噪声放大器中的-55℃时低噪声放大器的增益，“Traditional_25”表示将图1中温度补偿电路用到低噪声放大器中的25℃时低噪声放大器的增益，“Traditional_85”表示将图1中温度补偿电路用到低噪声放大器中的85℃时低噪声放大器的增益。“Diode_-55”表示不采用第一电阻R1和第二电阻R2，仅采用二极管的低噪声放大器在-55℃时低噪声放大器的增益，“Diode_25”表示不采用第一电阻R1和第二电阻R2，仅采用二极管的低噪声放大器在25℃时低噪声放大器的增益，“Diode_85”表示不采用第一电阻R1和第二电阻R2，仅采用二极管的低噪声放大器在85℃时低噪声放大器的增益。可见，在不采用第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时，高低温的增益差为1.2dB左右。在加入了第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时，高低温的增益差为0.2dB左右，很大程度地保持了低噪声放大器在高低温时增益的一致性。在加入了二极管时，高低温的增益差为1dB左右。将图1中温度补偿电路用到低噪声放大器中，高低温的增益差为2.5dB。由此可见，加入了第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管后，低噪声放大器在高低温的增益差缩小了很多。不采用第一电阻R1和第二电阻R2，仅采用二极管时，低噪声放大器在高低温的增益差也缩小了不少。
图4为本发明具体实施方式中各种情形下的OIP3和P1dB与频率的关系曲线，其中“OIP3_Without”表示不采用第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时低噪声放大器的OIP3，“OIP3_New”表示采用第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时低噪声放大器的OIP3，“OIP3_Diode”表示不采用第一电阻R1和第二电阻R2，仅采用二极管时低噪声放大器的OIP3，“P1dB_Without”表示不采用第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时低噪声放大器的P1dB，“P1dB_New”表示采用第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时低噪声放大器的P1dB，“P1dB_Diode”表示不采用第一电阻R1和第二电阻R2，仅采用二极管时低噪声放大器的P1dB。可见，不采用第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时，低噪声放大器的输出OIP3为26～28.7dBm左右，OIP3比P1dB高10dB。采用了第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管之后，低噪声放大器的输出OIP3为31～33dBm左右，相比不采用第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时增加了3-7dB，OIP3比P1dB高14dB，有了非常显著的提升。不采用第一电阻R1和第二电阻R2，仅采用二极管时，低噪声放大器的输出OIP3为26dBm左右，相比不采用第一电阻R1、第二电阻R2和所有二极管时的OIP3差不多，OIP3比P1dB增加了14dB，也有了较大的提升。同时也可以看出，R1和R2的加入后，P1dB_New的P1dB比P1dB_Diode在高频上要提高了8dB。因为如果仅用二极管，不用R1和R2，会导致二极管数量很多，寄生电容值过大，产生容性反馈，使得芯片的P1dB降低。

Claims (8)

1.非线性反馈电路，其特征在于：包括至少一个二极管；当二极管只有一个时，二极管的阴极用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极，二极管的阳极用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极；当二极管有两个或者两个以上时，所有二极管都是串联的，其中，第一个二极管的阳极用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极，第一个二极管的阴极连接第二个二极管的阳极，最后一个二极管的阴极用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极；
还包括第二电阻R2；当二极管只有一个时，第二电阻R2与二极管串联，第二电阻R2与二极管组成的串联电路的一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极，第二电阻R2与二极管组成的串联电路的另一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极；当二极管有两个或者两个以上时，第二电阻R2与所有二极管均串联，第二电阻R2与所有二极管组成的串联电路的一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极，第二电阻R2与所有二极管组成的串联电路的另一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极。
2.根据权利要求1所述的非线性反馈电路，其特征在于：还包括第一电阻R1；当二极管只有一个时，第一电阻R1的一端连接二极管的阴极；当二极管有两个或者两个以上时，第一电阻R1的一端连接最后一个二极管的阴极；第一电阻R1的另一端用于接地。
3.根据权利要求1所述的非线性反馈电路，其特征在于：还包括第三电阻R3和第一电感L1；当二极管只有一个时，第三电阻R3的一端连接二极管的阴极，第一电感L1的一端连接二极管的阳极；当二极管有两个或者两个以上时，第三电阻R3的一端连接最后一个二极管的阴极，第一电感L1的一端连接第一个二极管的阳极；第三电阻R3的另一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的栅极，第一电感L1的另一端用于连接低噪声放大器中增强型pHemt管Q1的漏极。
4.根据权利要求1所述的非线性反馈电路，其特征在于：还包括第一电容C1和第二电容C2；当二极管只有一个时，第一电容C1的一端连接二极管的阳极，第二电容C2的一端连接二极管的阴极；当二极管有两个或者两个以上时，第一电容C1的一端连接第一个二极管的阳极，第二电容C2的一端连接最后一个二极管的阴极；第一电容C1的另一端和第二电容C2的另一端均用于接地。
5.采用根据权利要求1所述的非线性反馈电路的低噪声放大器，其特征在于：包括增强型pHemt管Q1，增强型pHemt管Q1的栅极连接至少一个二极管：当二极管只有一个时，二极管的阴极连接增强型pHemt管Q1的栅极，二极管的阳极和增强型pHemt管Q1的漏极均连接电压源DC1的一端；当二极管有两个或者两个以上时，第一个二极管的阳极和增强型pHemt管Q1的漏极均连接电压源DC1的一端，第一个二极管的阴极连接第二个二极管的阳极，最后一个二极管的阴极连接增强型pHemt管Q1的栅极；增强型pHemt管Q1的源极和电压源DC1的另一端均接地。
6.根据权利要求5所述的采用非线性反馈电路的低噪声放大器，其特征在于：还包括第一电阻R1；当二极管只有一个时，第一电阻R1的一端连接二极管的阴极；当二极管有两个或者两个以上时，第一电阻R1的一端连接最后一个二极管的阴极；第一电阻R1的另一端接地。
7.根据权利要求5所述的采用非线性反馈电路的低噪声放大器，其特征在于：还包括第三电阻R3和第一电感L1；当二极管只有一个时，第三电阻R3的一端连接二极管的阴极，第一电感L1的一端连接二极管的阳极；当二极管有两个或者两个以上时，第三电阻R3的一端连接最后一个二极管的阴极，第一电感L1的一端连接第一个二极管的阳极；第三电阻R3的另一端连接增强型pHemt管Q1的栅极，第一电感L1的另一端连接增强型pHemt管Q1的漏极。
8.根据权利要求5所述的采用非线性反馈电路的低噪声放大器，其特征在于：还包括第一电容C1和第二电容C2；当二极管只有一个时，第一电容C1的一端连接二极管的阳极，第二电容C2的一端连接二极管的阴极；当二极管有两个或者两个以上时，第一电容C1的一端连接第一个二极管的阳极，第二电容C2的一端连接最后一个二极管的阴极；第一电容C1的另一端和第二电容C2的另一端均接地。
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