CN110138345A - 一种宽带放大电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种宽带放大电路，包括：信号放大单元，用于对输入射频信号进行放大，输出放大后的射频信号；直流偏置单元，用于向所述信号放大单元输出偏置电压。本发明在实现了对射频信号放大的基础上，提供了足够高的增益，降低了宽带放大电路中的噪声系数，提高了宽带放大电路的线性度，从而在宽频带内改善收发系统的噪声性能和线性度。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理领域，特别是涉及一种宽带放大电路。
背景技术
随着半导体技术和工艺愈发成熟，单片微波集成电路不断发展，其中，射频GaAs芯片已经大量应用在雷达、射电天文、电子战、遥感遥控等系统中，是通信系统的关键电路。
放大器主要应用于通信系统的收发通道中，它提供一定的增益并实现微波信号的放大，将信号送至下一级电路，放大电路的噪声系数低、增益足够高，就可以有效地抑制后级电路的噪声，放大电路的线性度对系统的线性度也有较大影响，放大器两端与其他芯片直接相连，需要实现50欧姆阻抗匹配，目前多数产品上使用的放大电路的缺点在于工作频带较窄、噪声系数高、线性度低、驻波差。
发明内容
为解决背景技术中提出的技术问题，本发明提出一种宽带放大电路，包括：
信号放大单元，用于对输入射频信号进行放大，输出放大后的射频信号；
直流偏置单元，用于向所述信号放大单元输出偏置电压。
优选地，所述信号放大单元包括：
第一电感器，所述第一电感器的第一端与信号输入端连接；
第一增强型场效应晶体管，所述第一增强型场效应晶体管的栅极与所述第一电感器的第二端连接，所述第一增强型场效应晶体管的源极接收第一电压；
第二电感器，所述第二电感器的第一端与所述第一增强型场效应晶体管的漏极连接；
第一电容器，所述第一电容器的第一端与所述第二电感器的第二端连接；
第一电阻器，所述第一电阻器的第一端与所述第一电容器的第二端连接，所述第一电阻器的第二端与所述第一增强型场效应晶体管的栅极连接；
第二电阻器，所述第二电阻器的第一端与所述第一电阻器的第二端连接；
第三电感器，所述第三电感器的第一端与所述第二电感器的第二端连接，所述第三电感器的第二端接收所述直流偏置单元输出的偏置电压；
第二电容器，所述第二电容器的第一端与所述第二电感器的第二端连接；
第三电阻器，所述第三电阻器的第一端与所述第二电容器的第二端连接，所述第三电阻器的第二端与所述第二电阻器的第二端连接；
第三电容器，所述第三电容器的第一端与所述第二电容器的第二端连接；
第四电阻器，所述第四电阻器的第一端与所述第三电容器的第二端连接，所述第四电阻器的第二端与所述第三电容器的第一端连接；
第二增强型场效应晶体管，所述第二增强型场效应晶体管的栅极与所述第三电容器的第二端连接，所述第二增强型场效应晶体管的源极接收第二电压；
第四电感器，所述第四电感器的第一端与所述第二增强型场效应晶体管的漏极连接；
第五电感器，所述第五电感器的第一端与所述第四电感器的第二端连接，所述第五电感器的第二端与所述第三电感器的第二端连接；
第六电感器，所述第六电感器的第一端与所述第四电感器的第二端连接；
第四电容器，所述第四电容器的第一端与所述第六电感器的第二端连接，所述第四电容器的第二端接收第三电压；
第五电容器，所述第五电容器的第一端与所述第四电容器的第二端连接，所述第五电容器的第二端与信号输出端连接。
优选地，还包括：
第六电容器，所述第六电容器的第一端与信号输入端连接，所述第六电容器的第二端与第一电感器的第一端连接。
优选地，还包括：
第七电感器，所述第七电感器的第二端与所述第一增强型场效应晶体管的源极连接，所述第七电感器接收第一电压。
优选地，所述直流偏置单元包括：
第五电阻器，所述第五电阻器的第一端接收工作电压，且与第三电感器的第二端连接，所述第五电阻器的第二端分别与所述第二电阻器的第二端以及所述第三电阻器的第二端连接；
第六电阻器，所述第六电阻器的第一端连接第五电阻器的第二端；
第三增强型场效应晶体管，所述第三增强型场效应晶体管的栅极以及漏极分别与第六电阻器的第二端连接，所述第三增强型场效应晶体管的源极接收第四电压；
第七电容器，所述第七电容器的第一端与所述第五电感器的第二端连接，所述第七电容器的第二端接收第五电压。
本发明的有益效果如下：
本发明在实现了对射频信号放大的基础上，提供了足够高的增益，降低了宽带放大电路中的噪声系数，提高了宽带放大电路的线性度，从而在宽频带内改善收发系统的噪声性能和线性度。
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示出本发明中提出的一种宽带放大电路的结构框图；
图2示出本发明中的宽带放大电路的电路图。
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。
图1示出本发明提出的一种宽带放大电路的结构框图，如图1所示，所述电路包括：信号放大单元以及直流偏置单元。
特别说明的是，在图1的示例中，VDD端为工作电压的输入端，RFin为射频信号的信号输入端，RFout为射频信号的信号输出端。
具体的，信号放大单元主要用于基于信号输入端所输入的射频信号来进行方法，通过信号输出端输出放大后的射频信号，直流偏置单元基于VDD端所输入端的工作电压来向信号放大单元输出偏置电压，本发明在实现了对射频信号放大的基础上，提供了足够高的增益，降低了宽带放大电路中的噪声系数，提高了宽带放大电路的线性度，从而在宽频带内改善收发系统的噪声性能和线性度。
图2示出本发明中的宽带放大电路的电路图，在图2的具体示例中，上述的信号放大单元包括：
第一电感器L1，所述第一电感器L1的第一端与信号输入端RFin连接；
第一增强型场效应晶体管M1，所述第一增强型场效应晶体管M1的栅极与所述第一电感器L1的第二端连接，所述第一增强型场效应晶体管M1的源极接收第一电压；
第二电感器L2，所述第二电感器L2的第一端与所述第一增强型场效应晶体管M1的第一端连接；
第一电容器C1，所述第一电容器C1的第一端与所述第二电感器C2的第二端连接；
第一电阻器R1，所述第一电阻器R1的第一端与所述第一电容器C1的第二端连接，所述第一电阻器R1的第二端与所述第一增强型场效应晶体管M1的栅极连接；
第二电阻器R2，所述第二电阻器R2的第一端与所述第一电阻器R1的第二端连接；
第三电感器L3，所述第三电感器L3的第一端与所述第二电感器L2的第二端连接，所述第三电感器L3的第二端接收所述直流偏置单元输出的偏置电压；
第二电容器C2，所述第二电容器C2的第一端与所述第二电感器L2的第二端连接；
第三电阻器R3，所述第三电阻器R3的第一端与所述第二电容器C2的第二端连接，所述第三电阻器R3的第二端与所述第二电阻器R2的第二端连接；
第三电容器C3，所述第三电容器C3的第一端与所述第二电容器C2的第二端连接；
第四电阻器R4，所述第四电阻器R4的第一端与所述第三电容器C3的第二端连接，所述第四电阻器R4的第二端与所述第三电容器C3的第一端连接；
第二增强型场效应晶体管M2，所述第二增强型场效应晶体管M2的栅极与所述第三电容器C3的第二端连接，所述第二增强型场效应晶体管M2的源极接收第二电压；
第四电感器R4，所述第四电感器R4的第一端与所述第二增强型场效应晶体管M2的漏极连接；
第五电感器L5，所述第五电感器L5的第一端与所述第四电感器L4的第二端连接，所述第五电感器L5的第二端与所述第三电感器L3的第二端连接；
第六电感器L6，所述第六电感器L6的第一端与所述第四电感器L4的第二端连接；
第四电容器C4，所述第四电容器C4的第一端与所述第六电感器L6的第二端连接，所述第四电容器C4的第二端接收第三电压；
第五电容器C5，所述第五电容器C5的第一端与所述第四电容器C4的第二端连接，所述第五电容器C5的第二端与信号输出端RFout连接。
第一增强型场效应晶体管M1的源极用于接收第一电压，在图2的具体示例中，第一增强型场效应晶体管M1的源极接地，即第一电压为0。
第三电感器L3的第二端用于接收直流偏置单元输出的偏置电压，在图2的具体示例中，第三电感器L3的第二端与第五电阻器R5的第一端连接，因此，偏置电压为第五电阻器R5所输出的电压。
第二增强型场效应晶体管M2的源极用于接收第二电压，在图2的具体示例中，第二增强型场效应晶体管M2的源极接地，即第二电压为0。
第四电容器C4的第二端用于接收第三电压，在图2的具体示例中，第四电容器C4的第二端接地，即第三电压为0。
进一步的，所述电路还包括：
第六电容器C6，所述第六电容器C6的第一端与信号输入端RFin连接，所述第六电容器C6的第二端与第一电感器L1的第一端连接。
在本发明中，第六电容器C6能够起到隔离直流电流的作用，去除前级电路直流项对所述宽带放大电路的影响。
进一步的，还包括：
第七电感器L7，所述第七电感器L7的第二端与所述第一增强型场效应晶体管M1的源极连接，所述第七电感器L7接收第一电压。
在图2的具体示例中，所述直流偏置单元包括：
第五电阻器R5，所述第五电阻器R5的第一端接收工作电压，且与第三电感器L3的第二端连接，所述第五电阻器R5的第二端分别与所述第二电阻器R2的第二端以及所述第三电阻器R3的第二端连接；
第六电阻器R6，所述第六电阻器R6的第一端连接第五电阻器R5的第二端；
第三增强型场效应晶体管M3，所述第三增强型场效应晶体管M3的栅极以及第一端分别与第六电阻器R6的第二端连接，所述第三增强型场效应晶体管M3的源极接收第四电压；
第七电容器C7，所述第七电容器C7的第一端与所述第五电感器L5的第二端连接，所述第七电容器C7的第二端接收第五电压。
第三增强型场效应晶体管M3的源极用于接收第四电压，在图2的具体示例中，第三增强型场效应晶体管M3的源极接地，即第四电压为0。
第七电容器C7的第二端用于接收第五电压，在图2的具体示例中第七电容器C7的第二端接地，即第五电压为0。
参看图2，在信号放大单元中，RFin端与第六电容器C6连接，第六电容器C6能够起到隔离直流电流的作用，去除前级电路直流项对所述宽带放大电路的影响，第六电容器C6的另一端与第一电感器L1连接；RFout端与第五电容器C5连接，第五电容器C5的另一端与第六电感器L6、第四电容器C4连接，第一增强型场效应晶体管M1的栅极与第一电感器L1连接，第一增强型场效应晶体管M1的漏极与第二电感器L2连接，第二电感器L2的另一端与第一电容器C1、第三电感器L3、第二电容器C2连接，第一电容器C1、第一电阻器R1和第二电感器L2串联接在第一增强型场效应晶体管M1的漏极与栅极之间构成反馈环路以拓展带宽，第一增强型场效应晶体管M1的源极与第七电感器L7连接，第七电感器L7的另一端与地GND连接；第二增强型场效应晶体管M2的栅极与第三电容器C3、第四电阻器R4连接，第三电容器C3与第四电阻器R4为并联连接关系，第三电容器C3与第四电阻器R4的另一端与第二电容器C2连接，第二增强型场效应晶体管M2的源极与地GND连接，第二增强型场效应晶体管M2的漏极与第四电感器L4连接，第四电感器L4的另一端与第五电感器L5、第六电感器L6连接，第六电感器L6的另一端与第四电容器C4、第五电容器C5连接，第四电感器L4、第五电感器L5以及第六电感器L6构成了T型匹配网络来拓展电路带宽。
直流偏置单元中，VDD端与第五电阻器R5、第七电容器C7、第三电感器L3、第五电感器L5连接，第七电容器C7的另一端与地GND连接，第五电阻器R5的另一端与第六电阻器R6、第二电阻器R2、第三电阻器R3连接，第六电阻器R6的另一端与第三增强型场效应晶体管M3的栅极和漏极连接，第三增强型场效应晶体管M3的源极与地GND连接，第三增强型场效应晶体管M3的栅极和漏极短接、源极接地的形式，使得第三增强型场效应晶体管M3等效为一个1/gm的电阻。第二电阻器R2的另一端与第一增强型场效应晶体管M1的栅极、第一电阻器R1连接，第三电阻器R3的另一端与第四电阻器R4、第二电容器C2、以及第三电容器C3连接。
信号放大单元中的第一增强型场效应晶体管M1和直流偏置单元中的第三增强型场效应晶体管M3共同构成了电流输入-电压输出型负反馈，当第一增强型场效应晶体管M1和第三增强型场效应晶体管M3的跨导受到工艺、电压和温度(PVT)因素影响时，第三增强型场效应晶体管M3可以通过负反馈改变第一增强型场效应晶体管M1的偏置电压，从而抵消一部分信号放大单元中第一增强型场效应晶体管M1跨导的变化带来的影响，降低工艺、电压和温度(PVT)因素对放大电路性能的影响。
同理，信号放大单元中的第二增强型场效应晶体管M2和直流偏置单元中的第三增强型场效应晶体管M3共同构成了电流输入-电压输出型负反馈，当第二增强型场效应晶体管M2和第三增强型场效应晶体管M3的跨导受到工艺、电压和温度(PVT)因素影响时，第三增强型场效应晶体管M3可以通过负反馈改变第二增强型场效应晶体管M2的偏置电压，从而抵消一部分信号放大单元中第二增强型场效应晶体管M2跨导的变化带来的影响，降低工艺、电压和温度(PVT)因素对放大电路性能的影响。
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 (5)
1.一种宽带放大电路，其特征在于，包括：
信号放大单元，用于对输入射频信号进行放大，输出放大后的射频信号；
直流偏置单元，用于向所述信号放大单元输出偏置电压。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述信号放大单元包括：
第一电感器，所述第一电感器的第一端与信号输入端连接；
第一增强型场效应晶体管，所述第一增强型场效应晶体管的栅极与所述第一电感器的第二端连接，所述第一增强型场效应晶体管的源极接收第一电压；
第二电感器，所述第二电感器的第一端与所述第一增强型场效应晶体管的漏极连接；
第一电容器，所述第一电容器的第一端与所述第二电感器的第二端连接；
第一电阻器，所述第一电阻器的第一端与所述第一电容器的第二端连接，所述第一电阻器的第二端与所述第一增强型场效应晶体管的栅极连接；
第二电阻器，所述第二电阻器的第一端与所述第一电阻器的第二端连接；
第三电感器，所述第三电感器的第一端与所述第二电感器的第二端连接，所述第三电感器的第二端接收所述直流偏置单元输出的偏置电压；
第二电容器，所述第二电容器的第一端与所述第二电感器的第二端连接；
第三电阻器，所述第三电阻器的第一端与所述第二电容器的第二端连接，所述第三电阻器的第二端与所述第二电阻器的第二端连接；
第三电容器，所述第三电容器的第一端与所述第二电容器的第二端连接；
第四电阻器，所述第四电阻器的第一端与所述第三电容器的第二端连接，所述第四电阻器的第二端与所述第三电容器的第一端连接；
第二增强型场效应晶体管，所述第二增强型场效应晶体管的栅极与所述第三电容器的第二端连接，所述第二增强型场效应晶体管的源极接收第二电压；
第四电感器，所述第四电感器的第一端与所述第二增强型场效应晶体管的漏极连接；
第五电感器，所述第五电感器的第一端与所述第四电感器的第二端连接，所述第五电感器的第二端与所述第三电感器的第二端连接；
第六电感器，所述第六电感器的第一端与所述第四电感器的第二端连接；
第四电容器，所述第四电容器的第一端与所述第六电感器的第二端连接，所述第四电容器的第二端接收第三电压；
第五电容器，所述第五电容器的第一端与所述第四电容器的第二端连接，所述第五电容器的第二端与信号输出端连接。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，还包括：
第六电容器，所述第六电容器的第一端与信号输入端连接，所述第六电容器的第二端与第一电感器的第一端连接。
4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，还包括：
第七电感器，所述第七电感器的第二端与所述第一增强型场效应晶体管的源极连接，所述第七电感器接收第一电压。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述直流偏置单元包括：
第五电阻器，所述第五电阻器的第一端接收工作电压，且与第三电感器的第二端连接，所述第五电阻器的第二端分别与所述第二电阻器的第二端以及所述第三电阻器的第二端连接；
第六电阻器，所述第六电阻器的第一端连接第五电阻器的第二端；
第三增强型场效应晶体管，所述第三增强型场效应晶体管的栅极以及漏极分别与第六电阻器的第二端连接，所述第三增强型场效应晶体管的源极接收第四电压；
第七电容器，所述第七电容器的第一端与所述第五电感器的第二端连接，所述第七电容器的第二端接收第五电压。
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