CN112583369A - 一种双频毫米波低噪声放大器 - Google Patents

一种双频毫米波低噪声放大器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双频毫米波低噪声放大器，包括宽带输入匹配网络、宽带输入放大级、宽带级间匹配网络、可重构双频段高增益放大级和宽带输出匹配网络五个模块，并且五个模块按照先后顺序依次连接，信号从宽带输入匹配网络的输入端进入，从宽带输出匹配网络的输出端输出。本发明的有益效果为，(1)两个工作频段的匹配是在可重构双频段高增益放大级分开独立地实现，因此可较为容易地独立控制两个频段的中心频率和工作带宽；(2)两个工作频段的切换，是依靠控制共源共栅结构中共栅极的栅极电压来实现，不需要额外的开关切换电路，一方面避免了开关损耗对电路带来的性能恶化，另一方面，降低了电路的复杂度。

Description

一种双频毫米波低噪声放大器
技术领域
本发明涉及微波与毫米波太赫兹集成电路领域，尤其涉及一种双频毫米波低噪声放大器。
背景技术
低噪声放大器作为通信系统接收链路中的关键电路模块，其性能优劣决定了接收机的灵敏度等性能的高低。但不同的毫米波频段通常有不同的应用需求和不同的通信标准，比如目前24G、77GHz、79GHz频段常用于毫米波车载雷达，60GHz频段常用于高速无线短距离通信，28GHz、39GHz、43GHz等频段拟定用于5G毫米波通信。因此，能工作在双频段工作模式的毫米波低噪声放大器具有广阔的应用前景。
传统的双频段低噪声放大器，多采用切换匹配电路中的电感、电容元件值来实现，但在毫米波频段，切换开关引入的额外损耗会明显恶化低噪声放大器的性能，并且对于中心频率距离较远的不同频段，也难以在多个频段内同时实现较好的性能。因此，传统的双频段低噪声放大器技术已经不能满足目前双频段毫米波通信系统的需求。
发明内容
基于上述需求，同时为了克服传统双频放大器技术的缺陷，本发明提出了一种双频毫米波低噪声放大器，可切换工作于两个不同的毫米波频段。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种双频毫米波低噪声放大器，包括宽带输入匹配网络、宽带输入放大级、宽带级间匹配网络、可重构双频段高增益放大级和宽带输出匹配网络五个模块，并且五个模块按照先后顺序依次连接，信号从宽带输入匹配网络的输入端进入，从宽带输出匹配网络的输出端输出。
其中，
所述宽带输入匹配网络包括由第一电感L1和第二电感L2组成的变压器，所述第一电感L1串接在偏置电压Vbias和第一MOS管M1的栅极之间，所述第二电感L2串接在第一MOS管M1的源极和地之间。
其中，
所述宽带输入放大级包括第一MOS管M1和第二MOS管M2组成的共源共栅结构，所述第一MOS管M1的漏极和第二MOS管M2的源极连接。
其中，
所述宽带级间匹配网络包括第三电感L3、第四电感L4、第二电容C2和第五电感L5，所述第三电感L3与第四电感L4串联后连接至MOS管M2的漏极，所述第二电容C2的一端连接至第三电感L3与第四电感L4的公共端，所述第二电容C2的另一端连接至第三MOS管M3的栅极，所述第五电感L5串接至第三MOS管M3的源极与地之间。
其中，
所述可重构双频段高增益放大级包括四组共源共栅结构和两组级间匹配电路，四组共源共栅结构分别是第三MOS管M3与第四MOS管M4a、第三MOS管M3与第四MOS管M4b，第五MOS管M5a与第六MOS管M6a，第五MOS管M5b与第六MOS管M6b，所述第三MOS管M3的漏极与第四MOS管M4a的源极连接，所述第三MOS管M3的漏极与第四MOS管M4b的源极连接，所述第五MOS管M5a的漏极与第六M6a的源极连接，所述第五MOS管M5b的漏极与第六MOS管M6b的源极连接，所述第六MOS管M6a的漏极与第六MOS管M6b的漏极连接；所述的一组级间匹配电路包括第六电感L6、第四电容C4、第八电感L8，所述的另外一组级间匹配电路包括第七电感L7、第三电容C3、第九电感L9，所述第六电感L6串接至电源和第四MOS管M4a的漏极之间，所述第四电容C4串接至第四MOS管M4a的漏极和第五MOS管M5a的栅极之间，所述第八电感L8串接至第五MOS管M5a的源极和地之间，所述第七电感L7串接至电源和第四MOS管M4b的漏极之间，所述第三电容C3串接至第四MOS管M4b的漏极和第五MOS管M5b的栅极之间，所述第九电感L9串接至第五MOS管M5b的源极和地之间。
其中，
所述宽带输出匹配网络包括第十电感L10、第十一电感L11、第五电容C5，所述第十电感L10与第十一电感L11串联后串接至电源和第六MOS管M6a、M6b的漏极，所述第五电容C5一端连接至第十电感L10与第十一电感L11的公共端，所述第五电容C5另一端连接至输出端口。
与现有技术相比，本发明的有益效果为，
(1)两个工作频段的匹配是在可重构双频段高增益放大级分开独立地实现，因此可较为容易地独立控制两个频段的中心频率和工作带宽；
(2)两个工作频段的切换，是依靠控制共源共栅结构中共栅极的栅极电压来实现，不需要额外的开关切换电路，一方面避免了开关损耗对电路带来的性能恶化，另一方面，降低了电路的复杂度。
附图说明
图1所示为本申请双频毫米波低噪声放大器的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明公开了一种双频毫米波低噪声放大器，包括宽带输入匹配网络、宽带输入放大级、宽带级间匹配网络、可重构双频段高增益放大级和宽带输出匹配网络五个模块，并且按照先后顺序依次连接。
信号从宽带输入匹配网络的进入放大器；
所述宽带输入匹配网络包括由第一电感L1和第二电感L2组成的变压器，所述第一电感L1串接在偏置电压Vbias和第一MOS管M1的栅极之间，所述第二电感L2串接在第一MOS管M1的源极和地之间。
所述宽带输入放大级包括第一MOS管M1和第二MOS管M2组成的共源共栅结构，所述第一MOS管M1的漏极和第二MOS管M2的源极连接。
所述宽带级间匹配网络包括第三电感L3、第四电感L4、第二电容C2和第五电感L5，所述第三电感L3与第四电感L4串联后连接至MOS管M2的漏极，所述第二电容C2的一端连接至第三电感L3与第四电感L4的公共端，所述第二电容C2的另一端连接至第三MOS管M3的栅极，所述第五电感L5串接至第三MOS管M3的源极与地之间。
宽带输入匹配网络、宽带输入放大级和宽带级间匹配网络构成完整的宽带放大器，对两个频段内的信号进行放大。
所述可重构双频段高增益放大级包括四组共源共栅结构和两组级间匹配电路，四组共源共栅结构分别是第三MOS管M3与第四MOS管M4a、第三MOS管M3与第四MOS管M4b，第五MOS管M5a与第六MOS管M6a，第五MOS管M5b与第六MOS管M6b，所述第三MOS管M3的漏极与第四MOS管M4a的源极连接，所述第三MOS管M3的漏极与第四MOS管M4b的源极连接，所述第五MOS管M5a的漏极与第六M6a的源极连接，所述第五MOS管M5b的漏极与第六MOS管M6b的源极连接，所述第六MOS管M6a的漏极与第六MOS管M6b的漏极连接；所述的一组级间匹配电路包括第六电感L6、第四电容C4、第八电感L8，所述的另外一组级间匹配电路包括第七电感L7、第三电容C3、第九电感L9，所述第六电感L6串接至电源和第四MOS管M4a的漏极之间，所述第四电容C4串接至第四MOS管M4a的漏极和第五MOS管M5a的栅极之间，所述第八电感L8串接至第五MOS管M5a的源极和地之间，所述第七电感L7串接至电源和第四MOS管M4b的漏极之间，所述第三电容C3串接至第四MOS管M4b的漏极和第五MOS管M5b的栅极之间，所述第九电感L9串接至第五MOS管M5b的源极和地之间。
可重构双频段高增益放大级对两个频段的信号单独进行放大。
所述宽带输出匹配网络包括第十电感L10、第十一电感L11、第五电容C5，所述第十电感L10与第十一电感L11串联后串接至电源和第六MOS管M6a、M6b的漏极，所述第五电容C5一端连接至第十电感L10与第十一电感L11的公共端，所述第五电容C5另一端连接至输出端口。
信号经过放大后，从宽带输出匹配网络输出至负载。
本发明的有益效果为，
(1)两个工作频段的匹配是在可重构双频段高增益放大级分开独立地实现，因此可较为容易地独立控制两个频段的中心频率和工作带宽；
(2)两个工作频段的切换，是依靠控制共源共栅结构中共栅极的栅极电压来实现，不需要额外的开关切换电路，一方面避免了开关损耗对电路带来的性能恶化，另一方面，降低了电路的复杂度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种双频毫米波低噪声放大器，其特征在于，包括宽带输入匹配网络、宽带输入放大级、宽带级间匹配网络、可重构双频段高增益放大级和宽带输出匹配网络五个模块，并且五个模块按照先后顺序依次连接，信号从宽带输入匹配网络的输入端进入，从宽带输出匹配网络的输出端输出。
2.根据权利要求1所述的一种双频毫米波低噪声放大器，其特征在于，
所述宽带输入匹配网络包括由第一电感L1和第二电感L2组成的变压器，所述第一电感L1串接在偏置电压Vbias和第一MOS管M1的栅极之间，所述第二电感L2串接在第一MOS管M1的源极和地之间。
3.根据权利要求1所述的一种双频毫米波低噪声放大器，其特征在于，
所述宽带输入放大级包括第一MOS管M1和第二MOS管M2组成的共源共栅结构，所述第一MOS管M1的漏极和第二MOS管M2的源极连接。
4.根据权利要求1所述的一种双频毫米波低噪声放大器，其特征在于，
所述宽带级间匹配网络包括第三电感L3、第四电感L4、第二电容C2和第五电感L5，所述第三电感L3与第四电感L4串联后连接至MOS管M2的漏极，所述第二电容C2的一端连接至第三电感L3与第四电感L4的公共端，所述第二电容C2的另一端连接至第三MOS管M3的栅极，所述第五电感L5串接至第三MOS管M3的源极与地之间。
5.根据权利要求1所述的一种双频毫米波低噪声放大器，其特征在于，
所述可重构双频段高增益放大级包括四组共源共栅结构和两组级间匹配电路，四组共源共栅结构分别是第三MOS管M3与第四MOS管M4a、第三MOS管M3与第四MOS管M4b，第五MOS管M5a与第六MOS管M6a，第五MOS管M5b与第六MOS管M6b，所述第三MOS管M3的漏极与第四MOS管M4a的源极连接，所述第三MOS管M3的漏极与第四MOS管M4b的源极连接，所述第五MOS管M5a的漏极与第六M6a的源极连接，所述第五MOS管M5b的漏极与第六MOS管M6b的源极连接，所述第六MOS管M6a的漏极与第六MOS管M6b的漏极连接；所述的一组级间匹配电路包括第六电感L6、第四电容C4、第八电感L8，所述的另外一组级间匹配电路包括第七电感L7、第三电容C3、第九电感L9，所述第六电感L6串接至电源和第四MOS管M4a的漏极之间，所述第四电容C4串接至第四MOS管M4a的漏极和第五MOS管M5a的栅极之间，所述第八电感L8串接至第五MOS管M5a的源极和地之间，所述第七电感L7串接至电源和第四MOS管M4b的漏极之间，所述第三电容C3串接至第四MOS管M4b的漏极和第五MOS管M5b的栅极之间，所述第九电感L9串接至第五MOS管M5b的源极和地之间。
6.根据权利要求1所述的一种双频毫米波低噪声放大器，其特征在于，
所述宽带输出匹配网络包括第十电感L10、第十一电感L11、第五电容C5，所述第十电感L10与第十一电感L11串联后串接至电源和第六MOS管M6a、M6b的漏极，所述第五电容C5一端连接至第十电感L10与第十一电感L11的公共端，所述第五电容C5另一端连接至输出端口。
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