CN111147032A

CN111147032A - 放大器及射频集成电路

Info

Publication number: CN111147032A
Application number: CN201911394268.7A
Authority: CN
Inventors: 张晓朋; 王文娟; 高博; 曲韩宾; 赵亚
Original assignee: Hebei Xinhuabei Integrated Circuit Co ltd
Current assignee: Hebei Xinhuabei Integrated Circuit Co ltd
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-05-12

Abstract

本发明适用于电子电路技术领域，提供了一种放大器及射频集成电路，其中放大器包括：放大单元、第一偏置单元、第二偏置单元及第一反馈单元；其中，放大单元包括第一场效应晶体管和第二场效应晶体管；第一场效应晶体管与第二场效应晶体管串联连接；第一偏置单元为第一场效应晶体管提供偏置电压，第二偏置单元为第二场效应晶体管提供偏置电压；第一反馈单元为第一场效应晶体管提供反馈电压信号；本发明放大单元采用共源共栅结构，同时通过第一反馈单元引入反馈信号，使得放大器噪声低且在较宽的频带范围内具有较好的增益平坦度，同时满足低噪声、宽频带及高增益的需求。

Description

放大器及射频集成电路

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，尤其涉及一种放大器及射频集成电路。

背景技术

随着第五代移动通信技术的发展，通信系统对射频前端芯片的需求越来越复杂，频带要求越来越宽。放大器作为射频前端芯片中的常见部件，也对其提出了更高的要求。

现有的共源极低噪声放大器噪声系数良好，但频带宽度及信号增益方面存在不足，不能同时满足通信系统对射频前端放大器低噪声、宽频带及高增益的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种放大器及射频集成电路，以解决现有技术中放大器不能同时满足低噪声、宽频带及高增益的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种放大器，包括：放大单元、第一偏置单元、第二偏置单元及第一反馈单元；

其中，放大单元包括第一场效应晶体管和第二场效应晶体管；第一场效应晶体管与第二场效应晶体管串联连接；

第一偏置单元与放大单元的第一端连接，用于为第一场效应晶体管提供偏置电压；

第二偏置单元与放大单元的第二端连接，用于为第二场效应晶体管提供偏置电压；

第一反馈单元的第一端与放大单元的第四端连接；第一反馈单元的第二端与放大单元的第一端连接，用于为第一场效应晶体管提供反馈电压信号；

放大单元的第三端输入射频信号，放大单元的第四端输出放大后的射频信号。

可选的，第二偏置单元包括：第三场效应晶体管、第六电阻、第七电阻、第八电阻及第七电容；

第三场效应晶体管，栅极分别与第七电阻的第一端、第七电容的第一端及第八电阻的第一端连接，漏极分别与第七电阻的第二端及第六电阻的第一端连接，源极接地；

第七电容的第二端接地；第八电阻的第二端与放大单元的第二端连接；第六电阻的第二端与第二电源端连接。

可选的，第三场效应晶体管为砷化镓基增强型赝配高电子迁移率晶体管。

可选的，第二偏置单元包括：第四场效应晶体管、第五场效应晶体管、第九电阻、第十电阻、第八电容及第九电容；

第四场效应晶体管，栅极分别与第九电阻的第一端、第八电容的第一端及第五场效应晶体管的漏极连接，漏极分别与第二电源端及第九电阻的第二端连接，源极分别与第五场效应晶体管的栅极、第九电容的第一端及第十电阻的第一端连接；

第五场效应晶体管的源极接地；第十电阻的第二端与放大单元的第二端连接；第八电容的第二端及第九电容的第二端均接地。

可选的，第四场效应晶体管及第五场效应晶体管均为砷化镓基增强型赝配高电子迁移率晶体管。

可选的，第一偏置单元包括：第四电阻及第五电阻；

第四电阻，第一端与第一电源端VCC连接，第二端分别与第五电阻的第一端及放大单元的第一端连接；

第五电阻的第二端接地。

可选的，第一反馈单元包括：第二电阻、第三电阻、第五电容及第六电容；

第五电容，第一端与第二电阻的第一端连接，第二端分别与第三电阻的第一端及第一反馈单元的第二端连接；

第六电容，第一端与第三电阻的第二端连接，第二端接地；

第二电阻的第二端与第一反馈单元的第一端连接。

可选的，放大单元还包括：第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容及第一电阻；

第一场效应晶体管，栅极分别与放大单元的第一端及第二电容的第一端连接，漏极与第三电感的第一端连接，源极分别与第一电容的第一端、第二电感的第一端及第三电容的第一端连接；

第二场效应晶体管，栅极分别与放大单元的第三端及第一电阻的第一端连接，漏极分别与第二电感的第二端、第二电容的第二端及第四电容的第一端连接，源极通过第一电感接地；

第三电感的第二端分别与第二电源端及放大单元的第四端连接；第三电容的第二端及第四电容的第二端均接地；第一电容的第二端分别与第一电阻的第二端及放大单元的第二端连接。

可选的，第一场效应晶体管和第二场效应晶体管均为砷化镓基增强型赝配高电子迁移率晶体管。

本发明实施例的第二方面提供了一种射频集成电路，包括如本发明实施例第一方面提供的放大器。

本发明实施例提供了一种放大器及射频集成电路，其中放大器包括：放大单元、第一偏置单元、第二偏置单元及第一反馈单元；其中，放大单元包括第一场效应晶体管和第二场效应晶体管；第一场效应晶体管与第二场效应晶体管串联连接；第一偏置单元为第一场效应晶体管提供偏置电压，第二偏置单元为第二场效应晶体管提供偏置电压；第一反馈单元为第一场效应晶体管提供反馈电压信号；本发明放大单元采用共源共栅结构，增益较高且噪声低，同时第一反馈单元引入反馈，提高了电路的线性度和稳定性，使得放大器噪声低且在较宽的频带范围内具有较好的增益平坦度，同时满足低噪声、宽频带及高增益的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种放大器的电路结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种放大器的电路原理图；

图3是本发明实施例提供的又一种放大器的电路原理图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参考图1，本发明实施例提供了一种放大器，包括：放大单元11、第一偏置单元12、第二偏置单元13及第一反馈单元14；

其中，放大单元11包括第一场效应晶体管E1和第二场效应晶体管E2；第一场效应晶体管E1与第二场效应晶体管E2串联连接；

第一偏置单元12与放大单元11的第一端连接，用于为第一场效应晶体管E1提供偏置电压；

第二偏置单元13与放大单元11的第二端连接，用于为第二场效应晶体管E2提供偏置电压；

第一反馈单元14的第一端与放大单元11的第四端连接；第一反馈单元14的第二端与放大单元11的第一端连接，用于为第一场效应晶体管E1提供反馈电压信号；

放大单元11的第三端输入射频信号，放大单元11的第四端输出放大后的射频信号。

本发明实施例的放大单元采用共源共栅结构，增益高且噪声低，同时，第一反馈单元引入反馈机制，提高了电路的线性度和稳定性，使得放大器噪声低且在较宽的频带范围内具有较好的增益平坦度，可同时满足低噪声、宽频带及高增益的需求。

一些实施例中，参考图2，第二偏置单元13可以包括：第三场效应晶体管E3、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8及第七电容C7。

第三场效应晶体管E3，栅极分别与第七电阻R7的第一端、第七电容C7的第一端及第八电阻R8的第一端连接，漏极分别与第七电阻R7的第二端及第六电阻R6的第一端连接，源极接地；第七电容C7的第二端接地；第八电阻R8的第二端与放大单元11的第二端连接；第六电阻R6的第二端与第二电源端Vbias连接。

第八电阻R8为栅极馈电电阻，第七电容C7为去耦电容。流过第六电阻R6的电流近似等于第三场效应晶体管E3的漏极电流，流过第六电阻R6的电流I_ref＝(Vbias-Vgs)/R6，其中，Vbias为第二电源端Vbias的电压，Vgs为第三场效应晶体管E3的栅源偏置电压。第三场效应晶体管E3通过第八电阻R8为放大单元11的第二场效应晶体管E2提供栅极电压，第三场效应晶体管E3与第二场效应晶体管E2的栅极电压一致，第三场效应晶体管E3的与第二场效应晶体管E2成镜像，第二场效应晶体管E2的漏极电流I_d与第三场效应晶体管E3的漏极电流I_ref成镜像，I_d＝I_ref＝(Vbias-Vgs)/R6。由此可知，第二场效应晶体管E2的漏极电流仅与第六电阻R6有关，提高了放大器的温度一致性和工艺一致性。可通过第六电阻R6对第二场效应晶体管E2的静态工作点进行调节。

一些实施例中，第三场效应晶体管E3可以为砷化镓基增强型赝配高电子迁移率晶体管(砷化镓增强型PHEMT晶体管)。砷化镓基增强型赝配高电子迁移率晶体管噪声低、增益高、线性度好等特点，可有效的降低放大器的噪声，提高放大器的增益及线性度。

一些实施例中，参考图3，第二偏置单元13可以包括：第四场效应晶体管E4、第五场效应晶体管E5、第九电阻R9、第十电阻R10、第八电容C8及第九电容C9；

第四场效应晶体管E4，栅极分别与第九电阻R9的第一端、第八电容C8的第一端及第五场效应晶体管E5的漏极连接，漏极分别与第二电源端Vbias及第九电阻R9的第二端连接，源极分别与第五场效应晶体管E5的栅极、第九电容C9的第一端及第十电阻R10的第一端连接；第五场效应晶体管E5的源极接地；第十电阻R10的第二端与放大单元11的第二端连接；第八电容C8的第二端及第九电容C9的第二端均接地。

第四场效应晶体管E4驱动第五场效应晶体管E5的栅极，第八电容C8及第九电容C9均为去耦电容。第五场效应晶体管E5和第二场效应晶体管E2组成镜像，同上，第二场效应晶体管E2的漏极电流仅与第九电阻R9有关，提高了放大器的温度一致性和工艺一致性。可通过第六电阻R9对第二场效应晶体管E2的静态工作点进行调节。耦合到第四场效应晶体管E4源极的射频信号一部分通过第四场效应晶体管E4的栅极肖特基二极管和第八电容C8耦合至地，一部分通过第九电容C9耦合至地，使整体偏置电路具有动态补偿特性，提升了电路射频性能。

一些实施例中，第四场效应晶体管E4及第五场效应晶体管E5均可以为砷化镓基增强型赝配高电子迁移率晶体管。砷化镓基增强型赝配高电子迁移率晶体管噪声低、增益高和线性度好等特点，可有效的降低放大器的噪声，提高放大器的增益及线性度。

参考图2和图3，一些实施例中第一偏置单元12可以包括：第四电阻R4及第五电阻R5。

第四电阻R4，第一端与第一电源端VCC连接，第二端分别与第五电阻R5的第一端及放大单元11的第一端连接；第五电阻R5的第二端接地。

一些实施例中，第一反馈单元14可以包括：第二电阻R2、第三电阻R3、第五电容C5及第六电容C6。

第五电容C5，第一端与第二电阻R2的第一端连接，第二端分别与第三电阻R3的第一端及第一反馈单元14的第二端连接；第六电容C6，第一端与第三电阻R3的第二端连接，第二端接地；第二电阻R2的第二端与第一反馈单元14的第一端连接。

第二电阻R2及第五电容C5可将放大后的射频信号反馈给第一场效应晶体管E1的栅极，调节第一场效应晶体管E1的栅极电压的相位，提高了放大器的线性度。第三电阻R3及第五电容C5可提高第一场效应晶体管E1的栅极的对地阻抗，提高了放大器的频率范围。通过增加第一反馈单元14，提高了电路的高频稳定性、降低噪声系数、减小非线性失真及提高电路的稳定性。

一些实施例中，放大单元11还可以包括：第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4及第一电阻R1。

第一场效应晶体管E1，栅极分别与放大单元11的第一端及第二电容C2的第一端连接，漏极与第三电感L3的第一端连接，源极分别与第一电容C1的第一端、第二电感L2的第一端及第三电容C3的第一端连接。

第二场效应晶体管E2，栅极分别与放大单元11的第三端及第一电阻R1的第一端连接，漏极分别与第二电感L2的第二端、第二电容C2的第二端及第四电容C4的第一端连接，源极通过第一电感L1接地。

第三电感L3的第二端分别与第二电源端Vbias及放大单元11的第四端连接；第三电容C3的第二端及第四电容C4的第二端均接地；第一电容C1的第二端分别与第一电阻R1的第二端及放大单元11的第二端连接。

第二电源端Vbias及放大单元11的第四端(输出放大后的射频信号)连接，第二电源端与射频信号输出复用，简化了设备结构。

第二场效应晶体管E2为第一级共源放大级，第一场效应晶体管E1为第二级共栅放大级，流过第一场效应晶体管E1和第二场效应晶体管E2的电流相同。第二电容C2为两级间的射频耦合电容，第三电容C3为第一场效应晶体管E1的源极旁路电容，第四电容C4为第二场效应晶体管E2的漏极匹配电容。第二电感L2是两级间的匹配电感。第一电阻R1和第一电容C1组成第二反馈单元，用于为第二场效应晶体管E2提供反馈，提高了电路的稳定性和带宽。

合理设置各元器件的器件值，当工作频率较低时，第二电感L2的阻抗相对于第二电容C2较小，第三电容C3的射频阻抗较高，此时，信号通过第二电感L2耦合到第一场效应晶体管E1的源极，第一场效应晶体管E1工作在共栅放大状态；工作频率较高时，第二电感L2的阻抗相对于第二电容C2的阻抗较大，第三电容C3的射频阻抗降低，第一场效应晶体管E1的源极通过C3旁路到地，信号通过第二电容C2耦合到第一场效应晶体管E1的栅极，此时第一场效应晶体管E1工作在共源放大状态。由于共源级电路相对于共栅级电路具有更高的电压增益，本发明实施例提供的放大单元在工作频率较高时，输出增益较大，即，提高了高频段的增益特性，从而提高了电路全频段的增益平坦度。

一些实施例中，第一场效应晶体管E1和第二场效应晶体管E2均可以为砷化镓基增强型赝配高电子迁移率晶体管。

砷化镓基增强型赝配高电子迁移率晶体管噪声低和线性度高，可有效的降低放大器的噪声，提高放大器的线性度。

一些实施例中，第一电源端VCC的电压可以为+5V，第二电源端Vbias的电压可以由第一电源端VCC的电压分压得到。

本发明实施例还提供了一种射频集成电路，包括上述实施例中的放大器。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种放大器，其特征在于，包括：放大单元、第一偏置单元、第二偏置单元及第一反馈单元；

其中，所述放大单元包括第一场效应晶体管和第二场效应晶体管；所述第一场效应晶体管与所述第二场效应晶体管串联连接；

所述第一偏置单元与所述放大单元的第一端连接，用于为所述第一场效应晶体管提供偏置电压；

所述第二偏置单元与所述放大单元的第二端连接，用于为所述第二场效应晶体管提供偏置电压；

所述第一反馈单元的第一端与所述放大单元的第四端连接；所述第一反馈单元的第二端与所述放大单元的第一端连接，用于为所述第一场效应晶体管提供反馈电压信号；

所述放大单元的第三端输入射频信号，所述放大单元的第四端输出放大后的射频信号。

2.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述第二偏置单元包括：第三场效应晶体管、第六电阻、第七电阻、第八电阻及第七电容；

所述第三场效应晶体管，栅极分别与所述第七电阻的第一端、所述第七电容的第一端及所述第八电阻的第一端连接，漏极分别与所述第七电阻的第二端及所述第六电阻的第一端连接，源极接地；

所述第七电容的第二端接地；所述第八电阻的第二端与所述放大单元的第二端连接；所述第六电阻的第二端与第二电源端连接。

3.如权利要求2所述的放大器，其特征在于，所述第三场效应晶体管为砷化镓基增强型赝配高电子迁移率晶体管。

4.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述第二偏置单元包括：第四场效应晶体管、第五场效应晶体管、第九电阻、第十电阻、第八电容及第九电容；

所述第四场效应晶体管，栅极分别与所述第九电阻的第一端、所述第八电容的第一端及所述第五场效应晶体管的漏极连接，漏极分别与第二电源端及所述第九电阻的第二端连接，源极分别与所述第五场效应晶体管的栅极、所述第九电容的第一端及第十电阻的第一端连接；

所述第五场效应晶体管的源极接地；所述第十电阻的第二端与所述放大单元的第二端连接；所述第八电容的第二端及所述第九电容的第二端均接地。

5.如权利要求4所述的放大器，其特征在于，所述第四场效应晶体管及所述第五场效应晶体管均为砷化镓基增强型赝配高电子迁移率晶体管。

6.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述第一偏置单元包括：第四电阻及第五电阻；

所述第四电阻，第一端与第一电源端连接，第二端分别与所述第五电阻的第一端及所述放大单元的第一端连接；

所述第五电阻的第二端接地。

7.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述第一反馈单元包括：第二电阻、第三电阻、第五电容及第六电容；

所述第五电容，第一端与所述第二电阻的第一端连接，第二端分别与所述第三电阻的第一端及所述第一反馈单元的第二端连接；

所述第六电容，第一端与所述第三电阻的第二端连接，第二端接地；

所述第二电阻的第二端与所述第一反馈单元的第一端连接。

8.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述放大单元还包括：第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容及第一电阻；

所述第一场效应晶体管，栅极分别与所述放大单元的第一端及所述第二电容的第一端连接，漏极与所述第三电感的第一端连接，源极分别与所述第一电容的第一端、所述第二电感的第一端及所述第三电容的第一端连接；

所述第二场效应晶体管，栅极分别与所述放大单元的第三端及所述第一电阻的第一端连接，漏极分别与所述第二电感的第二端、第二电容的第二端及第四电容的第一端连接，源极通过第一电感接地；

所述第三电感的第二端分别与第二电源端及所述放大单元的第四端连接；所述第三电容的第二端及所述第四电容的第二端均接地；所述第一电容的第二端分别与所述第一电阻的第二端及所述放大单元的第二端连接。

9.如权利要求1至8任一项所述的放大器，其特征在于，所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管均为砷化镓基增强型赝配高电子迁移率晶体管。

10.一种射频集成电路，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的放大器。