CN112751534A - 一种带温度补偿的有源偏置电路及共源共栅放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高线性共源共栅放大器，包括：射频放大电路、与所述射频放大电路连接的反馈电路、以及与所述射频放大电路连接的偏置电路，所述偏置电路一种带温度补偿的有源偏置电路。本发明与传统电阻分压偏置电路结构的共源共栅放大器相比，不仅具有良好的温度特性还能改善放大电路的线性度。

Description

一种带温度补偿的有源偏置电路及共源共栅放大器
技术领域
本发明属于射频集成电路的技术领域，具体的说，涉及一种带温度补偿的有源偏置电路及共源共栅放大器。
背景技术
放大器是射频前端模组中非常重要的组成部分，其主要的作用是将有用射频信号进行放大。随着通信系统的发展，多数应用场景对放大器的稳定性都具有相应的要求，例如现代通信系统中希望有一种高增益，高线性和高稳定性的有源偏置增益模块能够应用于汽车电子、共用天线电视、卫星通信、无线宽带网、无线局域网、遥控遥测遥感和各类仪器仪表系统等，因为放大器的性能和稳定性会直接影响着整个系统的性能和稳定性。
放大器的性能与放大电路结构有关，共源共栅结构相比于普通的共源结构在很多性能方面具有极大的优势，比如更高的高频增益，更宽的频带，更低的噪声以及更高耐受电压从而拥有更高的P1dB，因此，共源共栅结构被广泛的应用于射频放大器电路。考虑到放大器在实际应用中往往会处于各种不同的环境中，因此放大器性能的稳定显得尤为重要。放大器电路的稳定性除了受到电路的结构和制造工艺影响外还与偏置电压和环境温度有着极大的关系。温度偏高或者偏低会导致晶体管的开启电压发生变化，虽然供电电压保持不变但是电路的整体性能和功耗都会随着环境温度的变化出现明显的差异化。因此，具有温度补偿的偏置电路对共源共栅放大器电路来说极为重要。
电阻分压结构是目前电路中最常用的一种偏置方式，具体结构如图1所示，但是电阻分压偏置对环境的温度十分敏感导致电路的性能受外界环境影响严重。因此，拥有带温度补偿的偏置电路对共源共栅放大器电路而言具有十分重要的意义。
发明内容
本发明提供一种带温度补偿的有源偏置电路及共源共栅放大器，具有温度稳定外还额外的改善了电路的线性度，还极大的优化了共源共栅电路的性能。
为了解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下的技术方案：
本发明提供的实施例，一方面，提供了一种带温度补偿的有源偏置电路，包括晶体管M3和M4，电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7；所述晶体管M3的漏极通过所述电阻R3连接晶体管M1的漏极，所述晶体管M3的栅极同时连接所述电阻R2和R4，所述电阻R2的另一端连接晶体管M1的漏极，所述电阻R4的另一端与所述晶体管M4的漏极连接，所述晶体管M4的栅极同时连接所述晶体管M3的源极、所述电阻R6和R7，所述电阻R6的另一端接地，所述电阻R7的另一端连接晶体管M2的栅极，所述晶体管M4的漏极连接所述电容C4，所述电容C4的另一端接地，所述晶体管M4的源极通过所述电阻R5接地。
本发明提供的实施例，另一方面，还一种高线性共源共栅放大器，包括：射频放大电路、与所述射频放大电路连接的反馈电路、以及与所述射频放大电路连接的偏置电路，所述偏置电路为上述的一种带温度补偿的有源偏置电路。
在本发明提供的实施例中，所述射频放大电路包括：晶体管M1和M2，电阻R8和R9，电容C1和C2，以及电感L；所述晶体管M1的源极与所述晶体管M2的漏极连接，所述晶体管M2的源极接地，所述晶体管M2的栅极连接所述电容C1，所述晶体管M1漏极连接同时连接所述电容C2和电感L下端，所述电感L的上端连接电源VDD，所述晶体管M1的栅极同时连接所述电阻R8和R9，所述电阻R8的另一端与所述晶体管M1的漏极连接，所述电阻R9的另一端接地。
所述电容C1为射频输入端，所述电容C2为射频输出端。
在本发明提供的实施例中，所述反馈电路包括：电阻R1和电容C3；所述电阻R1与所述电容C3串联，所述电阻R1的另一端连接晶体管M1的漏极，所述电容C3的另一端连接晶体管M2的栅极。
本发明与传统电阻分压偏置电路结构的共源共栅放大器相比，不仅具有良好的温度特性还能改善放大电路的线性度。线性度优化的核心思想是利用有源偏置电路中电阻R2、电阻R3、晶体管M3、和电阻R7形成的反馈支路，将输出端的小部分射频信号经过反馈通路进行一定的处理后再反馈到输入端，这部分反馈信号会对输入信号进行补偿从而提高了电路的线性度。此外，当放大电路的输入信号增大到一定程度后使得反馈信号将会抬升整个电路的静态偏置电压，从而进一步的提高了大信号状态下的线性度。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术电路结构图。
图2为本发明实施例的有源偏置电路结构图。
图3为本发明实施例的共源共栅放大器结构图。
图4为本发明电路的输出1dB压缩点仿真结果图。
图5为本发明电路的输出三阶交调点仿真结果图。
图6为本发明电路的静态电流随温度变化的曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明采用带温度补偿的有源偏置电路替代传统的纯电阻分压偏置电路结构，使得共源共栅放大器电路在不同的温度和偏差较大的外部供电电压下仍能保持良好的性能输出。与传统的共源共栅放大器电路相比，本结构除了具有温度稳定外还额外的改善了电路的线性度，还极大的优化了共源共栅电路的性能。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
如图2所示，本发明提供的一种带温度补偿的有源偏置电路30，包括晶体管M3和M4，电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7；所述晶体管M3的漏极通过所述电阻R3连接晶体管M1的漏极，所述晶体管M3的栅极同时连接所述电阻R2和R4，所述电阻R2的另一端连接晶体管M1的漏极，所述电阻R4的另一端与所述晶体管M4的漏极连接，所述晶体管M4的栅极同时连接所述晶体管M3的源极、所述电阻R6和R7，所述电阻R6的另一端接地，所述电阻R7的另一端连接晶体管M2的栅极，所述晶体管M4的漏极连接所述电容C4，所述电容C4的另一端接地，所述晶体管M4的源极通过所述电阻R5接地。
如图3所示，本发明还提供的一种高线性共源共栅放大器，包括：射频放大电路10、与所述射频放大电路10连接的反馈电路20、以及与所述射频放大电路10连接的偏置电路，所述偏置电路为上述的一种带温度补偿的有源偏置电路30。
在本发明提供的实施例中，所述射频放大电路10包括：晶体管M1和M2，电阻R8和R9，电容C1和C2，以及电感L；所述晶体管M1的源极与所述晶体管M2的漏极连接，所述晶体管M2的源极接地，所述晶体管M2的栅极连接所述电容C1，所述晶体管M1漏极连接同时连接所述电容C2和电感L下端，所述电感L的上端连接电源VDD，所述晶体管M1的栅极同时连接所述电阻R8和R9，所述电阻R8的另一端与所述晶体管M1的漏极连接，所述电阻R9的另一端接地。
可以理解，在本发明提供的实施例中，所述电容C1为射频输入端，所述电容C2为射频输出端。
其中射频信号由隔直电容C1进入，经过带有反馈电路的共源共栅放大器放大，最后从隔直电容C2输出。过程中输出端有一部分信号经过有源偏置电路返回到输入端。
在本发明提供的实施例中，所述反馈电路20包括：电阻R1和电容C3；所述电阻R1与所述电容C3串联，所述电阻R1的另一端连接晶体管M1的漏极，所述电容C3的另一端连接晶体管M2的栅极。
在本发明提供的实施例中，工作原理如下：温度补偿是利用偏置电路中晶体管参数随温度的变化特性来弥补环境温度对放大电路静态工作电流的偏移。
电源电压VDD保持不变，当环境温度上升时，晶体管M4的阈值电压也会随之变小，从而导致其漏极的电流变大，电阻R2上的压降增大，同样晶体管M3的栅极压也会下降，即晶体管M4的栅极电压减小。
因此，当温度升高后由于有源偏置电路的存在使得放大管M2的栅极电压下降从而弥补了温度导致放大电路静态电流偏移的问题。
如图4所示，可以看出，在不同温度下，P1dB值比较稳定，其中1号线(图中最上边的线)代表－45℃，2号线(图中中间的线)代表+25℃，3号线(图中最下边的线)代表+85℃。
如图5所示，可以看出，在－45℃时1(1号线)，OIP3的值，在0～200MHz时，呈上升趋势，在200～1750MHz时，呈稳定趋势，在1750～3000MHz时，呈缓慢下降趋势；
在+25℃时2(2号线)，OIP3的值，在0～200MHz时，呈上升趋势，在200～1250MHz时，为先下降再上升的趋势，在1250～3000MHz时，呈下降趋势；
在+85℃时3(3号线)，OIP3的值，在0～200MHz时，呈上升趋势，在200～3000MHz时，呈稳定趋势。
如图6所示，可以看出，静态电流在不同的温度下，电流值比较稳定。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种带温度补偿的有源偏置电路，其特征在于，包括晶体管M3和M4，电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7；所述晶体管M3的漏极通过所述电阻R3连接晶体管M1的漏极，所述晶体管M3的栅极同时连接所述电阻R2和R4，所述电阻R2的另一端连接晶体管M1的漏极，所述电阻R4的另一端与所述晶体管M4的漏极连接，所述晶体管M4的栅极同时连接所述晶体管M3的源极、所述电阻R6和R7，所述电阻R6的另一端接地，所述电阻R7的另一端连接晶体管M2的栅极，所述晶体管M4的漏极连接所述电容C4，所述电容C4的另一端接地，所述晶体管M4的源极通过所述电阻R5接地。
2.一种高线性共源共栅放大器，包括：射频放大电路、与所述射频放大电路连接的反馈电路、以及与所述射频放大电路连接的偏置电路，其特征在于，所述偏置电路为权利要求1所述的一种带温度补偿的有源偏置电路。
3.如权利要求2所述的一种高线性共源共栅放大器，其特征在于，所述射频放大电路包括：晶体管M1和M2，电阻R8和R9，电容C1和C2，以及电感L；所述晶体管M1的源极与所述晶体管M2的漏极连接，所述晶体管M2的源极接地，所述晶体管M2的栅极连接所述电容C1，所述晶体管M1漏极连接同时连接所述电容C2和电感L下端，所述电感L的上端连接电源VDD，所述晶体管M1的栅极同时连接所述电阻R8和R9，所述电阻R8的另一端与所述晶体管M1的漏极连接，所述电阻R9的另一端接地。
4.如权利要求2所述的一种高线性共源共栅放大器，其特征在于，所述电容C1为射频输入端，所述电容C2为射频输出端。
5.如权利要求2所述的一种高线性共源共栅放大器，其特征在于，所述反馈电路包括：电阻R1和电容C3；所述电阻R1与所述电容C3串联，所述电阻R1的另一端连接晶体管M1的漏极，所述电容C3的另一端连接晶体管M2的栅极。
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