CN112187190A - 一种宽带放大电路 - Google Patents

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陆雨茜
张晶
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Abstract

本发明公开了一种宽带放大电路，包括：工作电压输入端、射频信号输入端、信号放大单元、直流偏置单元和射频信号输出端，其中，工作电压输入端为所述直流偏置单元提供电源电压；直流偏置单元用于向所述信号放大单元输出偏置电压；射频信号输入端用于将射频信号输入到信号放大单元；信号放大单元用于对输入的射频信号进行放大，输出放大后的射频信号；射频信号输出端用于将所述放大后的射频信号输出。本发明在实现了对射频信号放大的基础上，极大地降低了功耗，提供了足够高的增益，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功耗性能和线性度。

Description

一种宽带放大电路
技术领域
本发明涉及信号处理领域，更具体地，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，放大电路的功耗足够低、增益足够高，就可以有效地提高系统的功耗性能，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窄、功耗高、线性度低、驻波差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带放大电路，以实现对射频信号放大的基础上，提供足够高的增益，降低宽带放大电路中的功耗，提高宽带放大电路的线性度。
为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
本发明公开了一种宽带放大电路，包括：工作电压输入端、射频信号输入端、信号放大单元、直流偏置单元和射频信号输出端，其中，
所述工作电压输入端为所述直流偏置单元提供电源电压；
所述直流偏置单元用于向所述信号放大单元输出偏置电压；
所述射频信号输入端用于将射频信号输入到信号放大单元；
所述信号放大单元用于对输入的射频信号进行放大，输出放大后的射频信号；
所述射频信号输出端用于将所述放大后的射频信号输出。
在一个具体实施例中，所述信号放大单元包括：第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第五电容器、第六电容器、第七电容器、第八电容器、第一电感器、第二电感器、第三电感器、第四电感器、第五电感器、第一增强型场效应晶体管、第二增强型场效应晶体管、第一电阻器和第八电阻器；
其中，
射频信号输入端连接第一电容器的第一端，第一电容器的第二端连接第二电容器的第一端和第一电感器的第一端；
第二电容器的第二端接地，第一电感器的第二端连接第一电阻器的第一端和第一增强型场效应晶体管的栅极，第一电阻器的第二端连接第四电容器的第一端，第四电容器的第二端连接第二增强型场效应晶体管的漏极和第二电感器的第一端，第一增强型场效应晶体管的漏极连接第二增强型场效应晶体管的源极和第三电容器的第一端；
第三电容器的第二端接地，第一增强型场效应晶体管的源极接地，第二增强型场效应晶体管的栅极连接第五电容器的第一端和直流偏置单元，第五电容器的第二端接地，第二电感器的第二端连接第三电感器的第一端和第六电容器的第一端；
第三电感器的第二端连接工作电压输入端的第一端和第八电容器的第一端，第八电容器的第二端连接第八电阻器的第一端，第八电阻器的第二端接地；
第六电容器的第二端连接第四电感器的第一端，第四电感器的第二端连接第五电感器的第一端和第七电容器的第一端，第七电容器的第二端接地，第五电感器的第二端连接射频信号的输出端。
在一个具体实施例中，所述直流偏置单元包括：第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器、第五电阻器、第六电阻器、第七电阻器、第三增强型场效应晶体管和第四增强型场效应晶体管；
其中，
工作电压输入端的第二端连接第六电阻器的第一端和第三电阻器的第一端，第六电阻器的第二端连接第七电阻器的第一端和第五电阻器的第一端；
第七电阻器的第二端连接第四增强型场效应晶体管的栅极和漏极，第四增强型场效应晶体管的栅极和漏极短接、源极接地；
第五电阻器的第二端连接信号放大单元中第五电容器的第一端和第二增强型场效应晶体管的栅极；
第三电阻器的第二端连接第四电阻器的第一端和第二电阻器的第一端，第四电阻器的第二端连接第三增强型场效应晶体管的栅极和漏极，第三增强型场效应晶体管的栅极和漏极短接、源极接地；
第二电阻器的第二端连接信号放大单元中第一电阻器的第二端和第四电容器的第一端。
在一个具体实施例中，所述信号放大单元中的第一增强型场效应晶体管和直流偏置单元中的第三增强型场效应晶体管共同构成了电流输入-电压输出型负反馈。
在一个具体实施例中，所述信号放大单元中的第二增强型场效应晶体管和直流偏置单元中的第四增强型场效应晶体管共同构成了电流输入-电压输出型负反馈。
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功耗，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功耗性能和线性度。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明一个实施例一种宽带放大电路的结构框图。
图2示出本发明一个实施例一种宽带放大电路的电路图。
具体实施方式
为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明的一个实施例提供一种宽带放大电路，如图1所示，所述电路包括：工作电压输入端VDD、射频信号输入端RFin、信号放大单元、直流偏置单元和射频信号输出端RFout，其中，
所述工作电压输入端为所述直流偏置单元提供电源电压；
所述直流偏置单元用于向所述信号放大单元输出偏置电压；
所述射频信号输入端用于将射频信号输入到信号放大单元；
所述信号放大单元用于对输入的射频信号进行放大，输出放大后的射频信号；
所述射频信号输出端用于将所述放大后的射频信号输出。
在一个具体实施例中，如图2所示，所述信号放大单元包括：第一电容器C1、第二电容器C2、第三电容器C3、第四电容器C4、第五电容器C5、第六电容器C6、第七电容器C7、第八电容器C8、第一电感器L1、第二电感器L2、第三电感器L3、第四电感器L4、第五电感器L5、第一增强型场效应晶体管M1、第二增强型场效应晶体管M2、第一电阻器R1和第八电阻器R8；
其中，
射频信号输入端RFin连接第一电容器C1的第一端，第一电容器C1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，第一电容器C1的第二端连接第二电容器C2的第一端和第一电感器L1的第一端；
第二电容器C2的第二端接地，第一电感器L1的第二端连接第一电阻器R1的第一端和第一增强型场效应晶体管M1的栅极，第一电阻器R1的第二端连接第四电容器C4的第一端，第四电容器C4的第二端连接第二增强型场效应晶体管M2的漏极和第二电感器L2的第一端，第一增强型场效应晶体管M1的漏极连接第二增强型场效应晶体管M2的源极和第三电容器C3的第一端，第四电容器C4和第一电阻器R1串联接在第一增强型场效应晶体管M1的栅极与第二增强型场效应晶体管M2的漏极之间构成反馈环路以拓展带宽；
第三电容器C3的第二端接地，第一增强型场效应晶体管的源极接地，第二增强型场效应晶体管M2的栅极连接第五电容器C5的第一端和直流偏置单元中第五电阻器R5的第二端，第五电容器C5的第二端接地，第二电感器L2的第二端连接第三电感器L3的第一端和第六电容器C6的第一端；
第三电感器L3的第二端连接工作电压输入端VDD的第一端和第八电容器C8的第一端，第八电容器C8的第二端连接第八电阻器R8的第一端，第八电阻器R8的第二端接地；
第六电容器C6的第二端连接第四电感器L4的第一端，第四电感器L4的第二端连接第五电感器L5的第一端和第七电容器C7的第一端，第七电容器C7的第二端接地，第五电感器L5的第二端连接射频信号的输出端RFout。
在一个具体实施例中，所述直流偏置单元包括：第二电阻器R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4、第五电阻器R5、第六电阻器R6、第七电阻器R7、第三增强型场效应晶体管M3和第四增强型场效应晶体管M4；
其中，
工作电压输入端VDD的第二端连接第六电阻器R6的第一端和第三电阻器R3的第一端，第六电阻器R6的第二端连接第七电阻器R7的第一端和第五电阻器R5的第一端；
第七电阻器R7的第二端连接第四增强型场效应晶体管M4的栅极和漏极，第四增强型场效应晶体管M4的栅极和漏极短接、源极接地，第四增强型场效应晶体管M4的栅极和漏极短接、源极接地的形式，使得第四增强型场效应晶体管M4等效为一个1/跨导的电阻；
第五电阻器R5的第二端连接信号放大单元中第五电容器C5的第一端和第二增强型场效应晶体管M2的栅极；
第三电阻器R3的第二端连接第四电阻器R4的第一端和第二电阻器R2的第一端，第四电阻器R4的第二端连接第三增强型场效应晶体管M3的栅极和漏极，第三增强型场效应晶体管M3的栅极和漏极短接、源极接地，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/跨导的电阻；
第二电阻器R2的第二端连接信号放大单元中第一电阻器R1的第二端和第四电容器C4的第一端。
在一个具体实施例中，所述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、电压和温度因素对放大电路性能的影响。
同理，所述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四增强型场效应晶体管M4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和第第四增强型场效应晶体管M4的跨导受到工艺、电压和温度因素影响时，第四增强型场效应晶体管M4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：工作电压输入端(VDD)、射频信号输入端(RFin)、信号放大单元、直流偏置单元和射频信号输出端(RFout)，其中，
所述工作电压输入端为所述直流偏置单元提供电源电压；
所述直流偏置单元用于向所述信号放大单元输出偏置电压；
所述射频信号输入端用于将射频信号输入到信号放大单元；
所述信号放大单元用于对输入的射频信号进行放大，输出放大后的射频信号；
所述射频信号输出端用于将所述放大后的射频信号输出。
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：第一电容器(C1)、第二电容器(C2)、第三电容器(C3)、第四电容器(C4)、第五电容器(C5)、第六电容器(C6)、第七电容器(C7)、第八电容器(C8)、第一电感器(L1)、第二电感器(L2)、第三电感器(L3)、第四电感器(L4)、第五电感器(L5)、第一增强型场效应晶体管(M1)、第二增强型场效应晶体管(M2)、第一电阻器(R1)和第八电阻器(R8)；
其中，
射频信号输入端连接第一电容器的第一端，第一电容器的第二端连接第二电容器的第一端和第一电感器的第一端；
第二电容器的第二端接地，第一电感器的第二端连接第一电阻器的第一端和第一增强型场效应晶体管的栅极，第一电阻器的第二端连接第四电容器的第一端，第四电容器的第二端连接第二增强型场效应晶体管的漏极和第二电感器的第一端，第一增强型场效应晶体管的漏极连接第二增强型场效应晶体管的源极和第三电容器的第一端；
第三电容器的第二端接地，第一增强型场效应晶体管的源极接地，第二增强型场效应晶体管的栅极连接第五电容器的第一端和直流偏置单元，第五电容器的第二端接地，第二电感器的第二端连接第三电感器的第一端和第六电容器的第一端；
第三电感器的第二端连接工作电压输入端的第一端和第八电容器的第一端，第八电容器的第二端连接第八电阻器的第一端，第八电阻器的第二端接地；
第六电容器的第二端连接第四电感器的第一端，第四电感器的第二端连接第五电感器的第一端和第七电容器的第一端，第七电容器的第二端接地，第五电感器的第二端连接射频信号输出端。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述直流偏置单元包括：第二电阻器(R2)、第三电阻器(R3)、第四电阻器(R4)、第五电阻器(R5)、第六电阻器(R6)、第七电阻器(R7)、第三增强型场效应晶体管(M3)和第四增强型场效应晶体管(M4)；
其中，
工作电压输入端的第二端连接第六电阻器的第一端和第三电阻器的第一端，第六电阻器的第二端连接第七电阻器的第一端和第五电阻器的第一端；
第七电阻器的第二端连接第四增强型场效应晶体管的栅极和漏极，第四增强型场效应晶体管的栅极和漏极短接、源极接地；
第五电阻器的第二端连接信号放大单元中第五电容器的第一端和第二增强型场效应晶体管的栅极；
第三电阻器的第二端连接第四电阻器的第一端和第二电阻器的第一端，第四电阻器的第二端连接第三增强型场效应晶体管的栅极和漏极，第三增强型场效应晶体管的栅极和漏极短接、源极接地；
第二电阻器的第二端连接信号放大单元中第一电阻器的第二端和第四电容器的第一端。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述信号放大单元中的第一增强型场效应晶体管和直流偏置单元中的第三增强型场效应晶体管共同构成了电流输入-电压输出型负反馈。
5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，信号放大单元中的第二增强型场效应晶体管和直流偏置单元中的第四增强型场效应晶体管共同构成了电流输入-电压输出型负反馈。
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