CN114172464A - 一种宽带谐波抑制放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带谐波抑制放大器，属于集成电路技术领域，包括输入匹配网络、宽带电流复用放大网络、第一有源偏置网络、谐波抑制均衡匹配网络、宽带共源放大网络、第二有源偏置网络和输出匹配网络。本发明采用宽带电流复用和共源放大网络，配合栅源RLC并联负反馈电路，实现宽频带、高增益以及低功耗的特性，级间采用谐波抑制均衡匹配网络，提高了放大器谐波抑制度的同时还可以兼顾阻抗匹配和增益平坦度，具有工作频带宽、噪声系数低、增益高、谐波抑制度高以及功耗低等优点。

Description

一种宽带谐波抑制放大器
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种宽带谐波抑制放大器。
背景技术
随着无线通信系统的快速发展和广泛普及，对收发机的性能要求越来越高。在宽带通信电子系统的设计中，为了防止系统间的电磁干扰，往往对谐波、杂波抑制提出了非常苛刻的要求。当输入信号经过宽带放大，会导致输出信号中包含大量谐波分量。如果不对谐波分量加以回收和抑制，这不但会造成能量的浪费，降低了其效率，还会对其他信道的信号造成干扰。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种宽带谐波抑制放大器。
本发明的技术方案是：一种宽带谐波抑制放大器包括输入匹配网络、宽带电流复用放大网络、第一有源偏置网络、谐波抑制均衡匹配网络、宽带共源放大网络、第二有源偏置网络和输出匹配网络；
输入匹配网络的输入端作为宽带谐波抑制放大器的输入端，其输出端与宽带电流复用放大网络的第一输入端连接；
输出匹配网络的输出端作为宽带谐波抑制放大器的输出端，其输入端与宽带共源放大网络的输出端连接；
宽带电流复用放大网络的第二输入端与第一有源偏置网络的输出端连接，其输出端与谐波抑制均衡匹配网络的输入端连接；谐波抑制均衡匹配网络的输出端与宽带共源放大网络的第一输入端连接；宽带共源放大网络的第二输入端与第二有源偏置网络的输出端连接。
本发明的有益效果是：本发明采用宽带电流复用和共源放大网络，配合栅源RLC并联负反馈电路，实现宽频带、高增益以及低功耗的特性，级间采用谐波抑制均衡匹配网络，提高了放大器谐波抑制度的同时还可以兼顾阻抗匹配和增益平坦度，具有工作频带宽、噪声系数低、增益高、谐波抑制度高以及功耗低等优点。
进一步地，输入匹配网络包括电容C1和微带线TL1；
电容C1的一端作为输入匹配网络的输入端，其另一端和微带线TL1的一端连接；微带线TL1的另一端作为输入匹配网络的输出端。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，本发明采用的输入匹配网络除了能对射频输入信号进行阻抗匹配以外，还能实现信号自激抑制功能从而提高电路的稳定性。电源馈电部分并联C到地和串联RC到地电路主要实现对电源低频和高频自激不稳定信号进行抑制。
进一步地，第一有源偏置网络包括电阻R1、接地电阻R2、电阻R3、电阻R4、接地电容C5和晶体管M3；
电阻R3的一端作为第一有源偏置网络的输出端，其另一端分别与晶体管M3的漏级、电阻R1的一端和电阻R4的一端连接；晶体管M3的栅极分别与电阻R1的另一端和接地电容C5连接；晶体管M3的源极和接地电阻R2连接；电阻R4的另一端和漏极电压VDD连接。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，本发明采用的有源偏置网络，降低电路对工艺波动的敏感度，同时提高电路的线性度。
进一步地，宽带电流复用放大网络包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、接地电阻R10、电阻R11、接地电容C2、接地电容C3、电容C4、电容C6、接地电容C7、接地电容C8、微带线TL2、微带线TL3、微带线TL4、微带线TL5、微带线TL6、微带线TL8、晶体管M1和晶体管M2；
微带线TL2的一端作为宽带电流复用放大网络的输入端，其另一端和晶体管M1的栅极连接；晶体管M1的源极接地；晶体管M1的漏级分别与微带线TL3的一端和微带线TL4的一端连接；晶体管M2的栅极和微带线TL6的一端连接；晶体管M2的源极分别与接地电容C2和微带线TL3的另一端连接；晶体管M2的漏级分别与电容C6的一端、微带线TL7的一端和微带线TL8的一端连接；微带线TL4的另一端分别与电容C4的一端和电阻R8的一端连接；电阻R8的另一端和接地电容C3连接；电容C4的另一端和微带线TL5的一端连接；微带线TL5的另一端和电阻R5的一端连接；电阻R5的另一端分别与微带线TL6的另一端、电阻R7的一端和电阻R6的一端连接；电阻R6的另一端分别与电阻R9的一端和接地电阻R10连接；电阻R9的另一端分别与微带线TL8的另一端、接地电容C7、电阻R11的一端和漏极电压VDD连接；电阻R11的另一端和接地电容C8连接；电容C6的另一端和电感L1的一端连接；电感L1的另一端和电阻R7的另一端连接；微带线TL7的另一端作为宽带电流复用放大网络的输出端。
进一步地，谐波抑制均衡匹配网络包括电阻R12、电阻R13、电阻R22、电容C9、接地电容C10、接地电容C11、接地电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、接地电容C17、接地电感L2、电感L3、电感L4、接地电感L5和微带线TL9；
电容C9的一端作为谐波抑制均衡匹配网络的输入端，并与电阻R12的一端连接；电阻R12的另一端和接地电容C10连接；电容C9的另一端分别与接地电感L2、接地电容C11、电感L3的一端、电感L4的一端和电容C14的一端连接；电感L3的另一端和电容C13的一端连接；电容C13的另一端分别与电感L4的另一端、电容C14的另一端、接地电感L5、接地电容C12、电阻R13的一端和电容C15的一端连接；电阻R13的另一端分别与电容C15的另一端、电阻R22的一端和电容C16的一端连接；电阻R22的另一端和接地电容C17连接；电容C16的另一端和微带线TL9的一端连接；微带线TL9的另一端作为谐波抑制均衡匹配网络的输出端。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，采用谐波抑制均衡匹配网络对芯片二次谐波和三次谐波等进行抑制，增加芯片的抗干扰能力和稳定性，同时可以优化芯片的增益平坦度。
进一步地，第二有源偏置网络包括电阻R14、接地电阻R15、电阻R16、电阻R17、接地电容C18和晶体管M5；
晶体管M5的栅极分别与接地电容C18和电阻R14的一端连接；晶体管M5的源极和接地电阻R15连接；晶体管M15的漏级分别与电阻R14的另一端、电阻R16的一端和电阻R17的一端连接；电阻R17的另一端和漏极电压VDD连接；电阻R16的另一端作为谐波抑制均衡匹配网络的输出端。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，本发明采用的有源偏置网络，降低电路对工艺波动的敏感度，同时提高电路的线性度。
进一步地，宽带共源放大网络包括电阻R18、电阻R20、电容C19、接地电容C22、接地电容C23、电感L6、微带线TL10、微带线TL12和晶体管M4；
微带线TL10的一端作为宽带共源放大网络的第一输入端，并与电阻R18的一端连接；电阻R18的另一端作为宽带共源放大网络的第二输入端，并与电感L6的一端连接；电感L6的另一端和电容C19的一端连接；晶体管M4的栅极和微带线TL10的另一端连接；晶体管M4的源极接地；晶体管M4的漏级作为宽带共源放大网络的输出端，并分别与电容C19的一端和微带线TL12的一端连接；微带线TL12的另一端分别与电阻R20的一端、接地电容C22和漏极电压VDD连接；电阻R20的另一端和接地电容C23连接。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，本发明采用宽带电流复用+共源放大网络，配合栅源RLC并联负反馈电路，实现宽频带，高增益、低功耗的特性，电路设计时保持第一二级晶体管工作在线性区，同时采用RC抑制电路，增加放大网络的谐波抑制能力。级间采用谐波抑制均衡匹配网络，包含两级RC谐波抑制电路，滤波匹配电路和RC均衡电路，提高放大器谐波抑制度的同时还可以兼顾阻抗匹配和增益平坦度。
进一步地，输出匹配网络包括电阻R19、接地电容C20、电容C21和微带线TL11；
微带线TL11的一端作为输出匹配网络的输入端，其另一端分别与电阻R19的一端和电容C21的一端连接；电阻R19的另一端和接地电容C20连接；电容C21的另一端作为输出匹配网络的输出端。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，输出匹配网络中RC抑制电路还能实现对电源自激不稳定信号进行抑制。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的一种宽带谐波抑制放大器原理框图。
图2所示为本发明实施例提供的一种宽带谐波抑制放大器电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供了一种宽带谐波抑制放大器，包括输入匹配网络、宽带电流复用放大网络、第一有源偏置网络、谐波抑制均衡匹配网络、宽带共源放大网络、第二有源偏置网络和输出匹配网络；
输入匹配网络的输入端作为宽带谐波抑制放大器的输入端，其输出端与宽带电流复用放大网络的第一输入端连接；
输出匹配网络的输出端作为宽带谐波抑制放大器的输出端，其输入端与宽带共源放大网络的输出端连接；
宽带电流复用放大网络的第二输入端与第一有源偏置网络的输出端连接，其输出端与谐波抑制均衡匹配网络的输入端连接；谐波抑制均衡匹配网络的输出端与宽带共源放大网络的第一输入端连接；宽带共源放大网络的第二输入端与第二有源偏置网络的输出端连接。
在本发明实施例中，如图2所示，输入匹配网络包括电容C1和微带线TL1；
电容C1的一端作为输入匹配网络的输入端，其另一端和微带线TL1的一端连接；微带线TL1的另一端作为输入匹配网络的输出端。
在本发明实施例中，如图2所示，第一有源偏置网络包括电阻R1、接地电阻R2、电阻R3、电阻R4、接地电容C5和晶体管M3；
电阻R3的一端作为第一有源偏置网络的输出端，其另一端分别与晶体管M3的漏级、电阻R1的一端和电阻R4的一端连接；晶体管M3的栅极分别与电阻R1的另一端和接地电容C5连接；晶体管M3的源极和接地电阻R2连接；电阻R4的另一端和漏极电压VDD连接。
在本发明实施例中，如图2所示，宽带电流复用放大网络包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、接地电阻R10、电阻R11、接地电容C2、接地电容C3、电容C4、电容C6、接地电容C7、接地电容C8、微带线TL2、微带线TL3、微带线TL4、微带线TL5、微带线TL6、微带线TL8、晶体管M1和晶体管M2；
微带线TL2的一端作为宽带电流复用放大网络的输入端，其另一端和晶体管M1的栅极连接；晶体管M1的源极接地；晶体管M1的漏级分别与微带线TL3的一端和微带线TL4的一端连接；晶体管M2的栅极和微带线TL6的一端连接；晶体管M2的源极分别与接地电容C2和微带线TL3的另一端连接；晶体管M2的漏级分别与电容C6的一端、微带线TL7的一端和微带线TL8的一端连接；微带线TL4的另一端分别与电容C4的一端和电阻R8的一端连接；电阻R8的另一端和接地电容C3连接；电容C4的另一端和微带线TL5的一端连接；微带线TL5的另一端和电阻R5的一端连接；电阻R5的另一端分别与微带线TL6的另一端、电阻R7的一端和电阻R6的一端连接；电阻R6的另一端分别与电阻R9的一端和接地电阻R10连接；电阻R9的另一端分别与微带线TL8的另一端、接地电容C7、电阻R11的一端和漏极电压VDD连接；电阻R11的另一端和接地电容C8连接；电容C6的另一端和电感L1的一端连接；电感L1的另一端和电阻R7的另一端连接；微带线TL7的另一端作为宽带电流复用放大网络的输出端。
在本发明实施例中，如图2所示，谐波抑制均衡匹配网络包括电阻R12、电阻R13、电阻R22、电容C9、接地电容C10、接地电容C11、接地电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、接地电容C17、接地电感L2、电感L3、电感L4、接地电感L5和微带线TL9；
电容C9的一端作为谐波抑制均衡匹配网络的输入端，并与电阻R12的一端连接；电阻R12的另一端和接地电容C10连接；电容C9的另一端分别与接地电感L2、接地电容C11、电感L3的一端、电感L4的一端和电容C14的一端连接；电感L3的另一端和电容C13的一端连接；电容C13的另一端分别与电感L4的另一端、电容C14的另一端、接地电感L5、接地电容C12、电阻R13的一端和电容C15的一端连接；电阻R13的另一端分别与电容C15的另一端、电阻R22的一端和电容C16的一端连接；电阻R22的另一端和接地电容C17连接；电容C16的另一端和微带线TL9的一端连接；微带线TL9的另一端作为谐波抑制均衡匹配网络的输出端。
在本发明实施例中，如图2所示，第二有源偏置网络包括电阻R14、接地电阻R15、电阻R16、电阻R17、接地电容C18和晶体管M5；
晶体管M5的栅极分别与接地电容C18和电阻R14的一端连接；晶体管M5的源极和接地电阻R15连接；晶体管M15的漏级分别与电阻R14的另一端、电阻R16的一端和电阻R17的一端连接；电阻R17的另一端和漏极电压VDD连接；电阻R16的另一端作为谐波抑制均衡匹配网络的输出端。
在本发明实施例中，如图2所示，宽带共源放大网络包括电阻R18、电阻R20、电容C19、接地电容C22、接地电容C23、电感L6、微带线TL10、微带线TL12和晶体管M4；
微带线TL10的一端作为宽带共源放大网络的第一输入端，并与电阻R18的一端连接；电阻R18的另一端作为宽带共源放大网络的第二输入端，并与电感L6的一端连接；电感L6的另一端和电容C19的一端连接；晶体管M4的栅极和微带线TL10的另一端连接；晶体管M4的源极接地；晶体管M4的漏级作为宽带共源放大网络的输出端，并分别与电容C19的一端和微带线TL12的一端连接；微带线TL12的另一端分别与电阻R20的一端、接地电容C22和漏极电压VDD连接；电阻R20的另一端和接地电容C23连接。
在本发明实施例中，如图2所示，输出匹配网络包括电阻R19、接地电容C20、电容C21和微带线TL11；
微带线TL11的一端作为输出匹配网络的输入端，其另一端分别与电阻R19的一端和电容C21的一端连接；电阻R19的另一端和接地电容C20连接；电容C21的另一端作为输出匹配网络的输出端。
下面结合图2对本发明的具体工作原理及过程进行介绍：
射频输入信号通过输入端IN进入放大器的输入匹配网络，经输入匹配网络进行阻抗匹配后进入第一二级电流复用放大网络进行信号放大，电路设计时保持第一二级晶体管工作在线性区，放大后的信号进入谐波抑制均衡匹配网络进行级间匹配和均衡滤波，再进入第三级共源放大网络进行信号放大，最终形成射频输出信号到达输出端OUT。
第一二级电路采用电流复用放大结构，栅源间加入RLC并联负反馈，降低功耗的同时实现良好的阻抗匹配。此外，两个晶体管级间采用RC抑制电路，增加电路的谐波抑制度。
第三级电路采用共源放大加RLC并联负反馈结构，提高放大器的增益及工作带宽。电源滤波部分采用并联C到地和串联RC到地电路，主要实现对电源低频和高频自激不稳定信号进行抑制。
输入匹配网络除了能对射频输入信号进行阻抗匹配以外，还能实现信号自激抑制功能从而提高电路的稳定性。谐波抑制均衡匹配网络采用的是两级RC抑制电路、RC均衡电路和三级滤波电路实现对信号的均衡及谐波抑制。输出匹配网络中RC抑制电路还能实现对电源自激不稳定信号进行抑制。
有源偏置网络在第一二级电流复用放大网络和第三级共源放大网络中均有使用，为晶体管的栅极供电实现了电压自偏，降低电路工艺敏感度，提高电路的线性度的同时，简化了外围供电结构。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种宽带谐波抑制放大器，其特征在于，包括输入匹配网络、宽带电流复用放大网络、第一有源偏置网络、谐波抑制均衡匹配网络、宽带共源放大网络、第二有源偏置网络和输出匹配网络；
所述输入匹配网络的输入端作为宽带谐波抑制放大器的输入端，其输出端与宽带电流复用放大网络的第一输入端连接；
所述输出匹配网络的输出端作为宽带谐波抑制放大器的输出端，其输入端与宽带共源放大网络的输出端连接；
所述宽带电流复用放大网络的第二输入端与第一有源偏置网络的输出端连接，其输出端与谐波抑制均衡匹配网络的输入端连接；所述谐波抑制均衡匹配网络的输出端与宽带共源放大网络的第一输入端连接；所述宽带共源放大网络的第二输入端与第二有源偏置网络的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的宽带谐波抑制放大器，其特征在于，所述输入匹配网络包括电容C1和微带线TL1；
所述电容C1的一端作为输入匹配网络的输入端，其另一端和微带线TL1的一端连接；所述微带线TL1的另一端作为输入匹配网络的输出端。
3.根据权利要求1所述的宽带谐波抑制放大器，其特征在于，所述第一有源偏置网络包括电阻R1、接地电阻R2、电阻R3、电阻R4、接地电容C5和晶体管M3；
所述电阻R3的一端作为第一有源偏置网络的输出端，其另一端分别与晶体管M3的漏级、电阻R1的一端和电阻R4的一端连接；所述晶体管M3的栅极分别与电阻R1的另一端和接地电容C5连接；所述晶体管M3的源极和接地电阻R2连接；所述电阻R4的另一端和漏极电压VDD连接。
4.根据权利要求1所述的宽带谐波抑制放大器，其特征在于，所述宽带电流复用放大网络包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、接地电阻R10、电阻R11、接地电容C2、接地电容C3、电容C4、电容C6、接地电容C7、接地电容C8、微带线TL2、微带线TL3、微带线TL4、微带线TL5、微带线TL6、微带线TL8、晶体管M1和晶体管M2；
所述微带线TL2的一端作为宽带电流复用放大网络的输入端，其另一端和晶体管M1的栅极连接；所述晶体管M1的源极接地；所述晶体管M1的漏级分别与微带线TL3的一端和微带线TL4的一端连接；所述晶体管M2的栅极和微带线TL6的一端连接；所述晶体管M2的源极分别与接地电容C2和微带线TL3的另一端连接；所述晶体管M2的漏级分别与电容C6的一端、微带线TL7的一端和微带线TL8的一端连接；所述微带线TL4的另一端分别与电容C4的一端和电阻R8的一端连接；所述电阻R8的另一端和接地电容C3连接；所述电容C4的另一端和微带线TL5的一端连接；所述微带线TL5的另一端和电阻R5的一端连接；所述电阻R5的另一端分别与微带线TL6的另一端、电阻R7的一端和电阻R6的一端连接；所述电阻R6的另一端分别与电阻R9的一端和接地电阻R10连接；所述电阻R9的另一端分别与微带线TL8的另一端、接地电容C7、电阻R11的一端和漏极电压VDD连接；所述电阻R11的另一端和接地电容C8连接；所述电容C6的另一端和电感L1的一端连接；所述电感L1的另一端和电阻R7的另一端连接；所述微带线TL7的另一端作为宽带电流复用放大网络的输出端。
5.根据权利要求1所述的宽带谐波抑制放大器，其特征在于，所述谐波抑制均衡匹配网络包括电阻R12、电阻R13、电阻R22、电容C9、接地电容C10、接地电容C11、接地电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、接地电容C17、接地电感L2、电感L3、电感L4、接地电感L5和微带线TL9；
所述电容C9的一端作为谐波抑制均衡匹配网络的输入端，并与电阻R12的一端连接；所述电阻R12的另一端和接地电容C10连接；所述电容C9的另一端分别与接地电感L2、接地电容C11、电感L3的一端、电感L4的一端和电容C14的一端连接；所述电感L3的另一端和电容C13的一端连接；所述电容C13的另一端分别与电感L4的另一端、电容C14的另一端、接地电感L5、接地电容C12、电阻R13的一端和电容C15的一端连接；所述电阻R13的另一端分别与电容C15的另一端、电阻R22的一端和电容C16的一端连接；所述电阻R22的另一端和接地电容C17连接；所述电容C16的另一端和微带线TL9的一端连接；所述微带线TL9的另一端作为谐波抑制均衡匹配网络的输出端。
6.根据权利要求1所述的宽带谐波抑制放大器，其特征在于，所述第二有源偏置网络包括电阻R14、接地电阻R15、电阻R16、电阻R17、接地电容C18和晶体管M5；
所述晶体管M5的栅极分别与接地电容C18和电阻R14的一端连接；所述晶体管M5的源极和接地电阻R15连接；所述晶体管M15的漏级分别与电阻R14的另一端、电阻R16的一端和电阻R17的一端连接；所述电阻R17的另一端和漏极电压VDD连接；所述电阻R16的另一端作为谐波抑制均衡匹配网络的输出端。
7.根据权利要求1所述的宽带谐波抑制放大器，其特征在于，所述宽带共源放大网络包括电阻R18、电阻R20、电容C19、接地电容C22、接地电容C23、电感L6、微带线TL10、微带线TL12和晶体管M4；
所述微带线TL10的一端作为宽带共源放大网络的第一输入端，并与电阻R18的一端连接；所述电阻R18的另一端作为宽带共源放大网络的第二输入端，并与电感L6的一端连接；所述电感L6的另一端和电容C19的一端连接；所述晶体管M4的栅极和微带线TL10的另一端连接；所述晶体管M4的源极接地；所述晶体管M4的漏级作为宽带共源放大网络的输出端，并分别与电容C19的一端和微带线TL12的一端连接；所述微带线TL12的另一端分别与电阻R20的一端、接地电容C22和漏极电压VDD连接；所述电阻R20的另一端和接地电容C23连接。
8.根据权利要求1所述的宽带谐波抑制放大器，其特征在于，所述输出匹配网络包括电阻R19、接地电容C20、电容C21和微带线TL11；
所述微带线TL11的一端作为输出匹配网络的输入端，其另一端分别与电阻R19的一端和电容C21的一端连接；所述电阻R19的另一端和接地电容C20连接；所述电容C21的另一端作为输出匹配网络的输出端。
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