CN115378369B - 一种低噪声高线性度驱动放大电路 - Google Patents

一种低噪声高线性度驱动放大电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低噪声高线性度驱动放大电路，属于集成电路技术领域，包括低噪声漏调制驱动网络、变压器网络和差分高功率放大网络。本发明利用阻容性负载端有源电感退化技术改进了四堆叠放大器晶体管，作为驱动放大网络提升了噪声特性和宽带匹配特性，同时基于改进型差分四堆叠放大网络改善输出功率和线性度，从而使得整个电路具有极低噪声、高输出功率、高线性度和高增益的特性。

Description

一种低噪声高线性度驱动放大电路
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种低噪声高线性度驱动放大电路。
背景技术
随着超宽带通信、无线局域网（WLAN）与民用通信市场的快速发展，射频前端接收器也向高性能、高集成和低功耗的方向发展。因此市场迫切的需求超宽带、高增益、高线性度、低功耗、低噪声的射频与微波驱动放大器芯片。
为实现上述功能，现有的典型放大器芯片的解决方案存在一些设计不足，主要体现在：
（1）基于传统行波放大器结构，该放大器的输入和输出端接有标准的50欧姆吸收负载，因此放大器在关断下驻波指标较好，并且传统行波放大器电路频带相应宽。但是，这种结构的芯片尺寸较大，成本较高，效率低功耗高，且增益较低，因此无法满足现有应用。
（2）基于传统平衡型放大器结构，该放大器的输入和输出端接有标准的50欧姆兰格桥或者90度巴伦，也可以实现关断下良好的驻波指标。但是，这种结构引入的兰格桥或者90度巴伦的插损较大，导致噪声系数和输出线性度指标发生恶化，因此无法满足现有应用。
发明内容
本发明为了解决以上问题，提出了一种低噪声高线性度驱动放大电路。
本发明的技术方案是：一种低噪声高线性度驱动放大电路包括低噪声漏调制驱动网络、变压器网络和差分高功率放大网络；
低噪声漏调制驱动网络的输入端作为低噪声高线性度驱动放大电路的输入端，其第一输出端和变压器网络的第一输入端连接，其第二输出端和变压器网络的第二输入端连接；
差分高功率放大网络的输出端作为低噪声高线性度驱动放大电路的输出端，其第一输入端和变压器网络的第一输出端连接，其第二输入端和变压器网络的第二输出端连接。
本发明的有益效果是：本发明利用阻容性负载端有源电感退化技术改进了四堆叠放大器晶体管，作为驱动放大网络提升了噪声特性和宽带匹配特性，同时基于改进型差分四堆叠放大网络改善输出功率和线性度，从而使得整个电路具有极低噪声、高输出功率、高线性度和高增益的特性。
进一步地，低噪声漏调制驱动网络包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、接地电容C2、接地电容C3、接地电容C4、接地电容C5、接地电容C6、接地电容C7、电容C8、电容C9、电感L1、电感L2、电感L3、晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3和晶体管M4；
电容C1的一端作为低噪声漏调制驱动网络的输入端，其另一端分别与电感L1的一端和接地电容C2连接；晶体管M1的栅极分别与电阻R1的一端、电感L1的另一端和电阻R2的一端连接；电阻R1的另一端分别与电感L2的一端和接地电容C3连接；电感L2的另一端分别与接地电容C4和栅极供电电压Vg1连接；晶体管M1的源极接地；晶体管M1的漏极和晶体管M2的源极接地；晶体管M2的栅极分别与电阻R2的另一端、电阻R3的一端和接地电容C5连接；晶体管M2的漏极分别与电感L3的一端和电容C8的一端连接；晶体管M3的栅极分别与电阻R3的另一端、电阻R4的一端和接地电容C6连接；晶体管M3的源极分别与电感L3的另一端和电容C8的另一端连接；晶体管M3的漏极和晶体管M4的源极接地；晶体管M4的栅极分别与电阻R4的另一端、电阻R5的一端和接地电容C7连接；晶体管M4的漏极作为低噪声漏调制驱动网络的第二输出端，并与电容C9的一端连接；电阻R5的另一端作为低噪声漏调制驱动网络的第一输出端，并分别与电容C9的另一端和漏极供电电压Vd1连接。
上述进一步方案的有益效果是：低噪声漏调制驱动网络可以实现宽带输入匹配阻抗和低噪声系数，利用阻容性负载端有源电感退化技术，吸收了输入晶体管的栅漏电容，将阻性和容性负载纳入具有源电感退化的共源级的输入阻抗匹配中。容性负载由谐振频率低于工作频率的LC并联回路产生。负载的电阻部分由级联级的跨导隐含地提供。共源共栅晶体管的栅极增加了一个电感以抑制其噪声，一个具有两个谐振频率的变压器谐振器作为第一级的负载，从而延长了工作时间。
进一步地，变压器网络包括变压器T1；
变压器T1初级线圈的同名端作为变压器网络的第一输入端；变压器T1初级线圈的非同名端作为变压器网络的第二输入端；变压器T1次级线圈的非同名端作为变压器网络的第一输出端；变压器T1次级线圈的同名端作为变压器网络的第二输出端。
上述进一步方案的有益效果是：变压器可以实现级间阻抗变换，具有低插损特点。
进一步地，差分高功率放大网络包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C10、电容C11、接地电容C12、接地电容C13、接地电容C14、接地电容C15、电容C16、接地电容C17、接地电容C18、接地电容C19、接地电容C20、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M7、晶体管M8、晶体管M9、晶体管M10、晶体管M11、晶体管M12和变压器T2；
电容C10的一端作为差分高功率放大网络的第一输入端，并分别与电感L6的一端、电感L7的一端和电容C16的一端连接；电感L6的另一端分别与接地电容C12和栅极供电电压Vg2连接；电容C10的另一端作为差分高功率放大网络的第二输入端，并分别与电感L5的一端和电容C11的一端连接；晶体管M5的栅极分别与电阻R6的一端、电感L4的一端和电阻R7的一端连接；电阻R6的另一端和电感L5的另一端连接；电感L4的另一端和电容C11的另一端连接；晶体管M5的漏极和晶体管M6的源极连接；晶体管M6的栅极分别与电阻R7的另一端、电阻R8的一端和接地电容C13连接；晶体管M6的漏极和晶体管M7的源极连接；晶体管M7的栅极分别与电阻R8的另一端、电阻R9的一端和接地电容C14连接；晶体管M7的漏极和晶体管M8的源极连接；晶体管M8的栅极分别与电阻R9的另一端、电阻R10的一端和接地电容C15连接；晶体管M8的漏极分别与电阻R10的另一端和变压器T2次级线圈的非同名端连接；晶体管M9的栅极分别与电阻R11的一端、电阻R12的一端和电感L8的一端连接；晶体管M9的漏极和晶体管M10的源极连接；电感L8的另一端和电容C16的另一端连接；电阻R11的另一端和电感L7的另一端连接；晶体管M10的栅极分别与电阻R12的另一端、电阻R13的一端和接地电容C17连接；晶体管M10的漏极和晶体管M11的源极连接；晶体管M11的栅极分别与电阻R13的另一端、电阻R14的一端和接地电容C18连接；晶体管M11的漏极和晶体管M12的源极连接；晶体管M12的栅极分别与电阻R14的另一端、电阻R15的一端和接地电容C19连接；晶体管M12的漏极分别与变压器T2次级线圈的第一同名端和电阻R15的另一端连接；变压器T2次级线圈的第二同名端分别与接地电容C20和漏极供电电压Vd2连接；晶体管M5的源极和晶体管M9的源极均接地；变压器T2初级线圈的非同名端接地；变压器T2初级线圈的同名端和电容C21的一端连接；电容C21的另一端作为差分高功率放大网络的输出端。
上述进一步方案的有益效果是：差分高功率放大网络属于改进型差分四堆叠放大网络，可以改善输出功率和线性度，抑制高频寄生参数，提高放大器工作效率。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的一种低噪声高线性度驱动放大电路原理框图。
图2所示为本发明实施例提供的一种低噪声高线性度驱动放大电路电路图。
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，本发明提供了一种低噪声高线性度驱动放大电路，包括低噪声漏调制驱动网络、变压器网络和差分高功率放大网络；
低噪声漏调制驱动网络的输入端作为低噪声高线性度驱动放大电路的输入端，其第一输出端和变压器网络的第一输入端连接，其第二输出端和变压器网络的第二输入端连接；
差分高功率放大网络的输出端作为低噪声高线性度驱动放大电路的输出端，其第一输入端和变压器网络的第一输出端连接，其第二输入端和变压器网络的第二输出端连接。
在本发明实施例中，如图2所示，低噪声漏调制驱动网络包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、接地电容C2、接地电容C3、接地电容C4、接地电容C5、接地电容C6、接地电容C7、电容C8、电容C9、电感L1、电感L2、电感L3、晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3和晶体管M4；
电容C1的一端作为低噪声漏调制驱动网络的输入端，其另一端分别与电感L1的一端和接地电容C2连接；晶体管M1的栅极分别与电阻R1的一端、电感L1的另一端和电阻R2的一端连接；电阻R1的另一端分别与电感L2的一端和接地电容C3连接；电感L2的另一端分别与接地电容C4和栅极供电电压Vg1连接；晶体管M1的源极接地；晶体管M1的漏极和晶体管M2的源极接地；晶体管M2的栅极分别与电阻R2的另一端、电阻R3的一端和接地电容C5连接；晶体管M2的漏极分别与电感L3的一端和电容C8的一端连接；晶体管M3的栅极分别与电阻R3的另一端、电阻R4的一端和接地电容C6连接；晶体管M3的源极分别与电感L3的另一端和电容C8的另一端连接；晶体管M3的漏极和晶体管M4的源极接地；晶体管M4的栅极分别与电阻R4的另一端、电阻R5的一端和接地电容C7连接；晶体管M4的漏极作为低噪声漏调制驱动网络的第二输出端，并与电容C9的一端连接；电阻R5的另一端作为低噪声漏调制驱动网络的第一输出端，并分别与电容C9的另一端和漏极供电电压Vd1连接。
在本发明实施例中，如图2所示，变压器网络包括变压器T1；
变压器T1初级线圈的同名端作为变压器网络的第一输入端；变压器T1初级线圈的非同名端作为变压器网络的第二输入端；变压器T1次级线圈的非同名端作为变压器网络的第一输出端；变压器T1次级线圈的同名端作为变压器网络的第二输出端。
在本发明实施例中，如图2所示，差分高功率放大网络包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C10、电容C11、接地电容C12、接地电容C13、接地电容C14、接地电容C15、电容C16、接地电容C17、接地电容C18、接地电容C19、接地电容C20、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M7、晶体管M8、晶体管M9、晶体管M10、晶体管M11、晶体管M12和变压器T2；
电容C10的一端作为差分高功率放大网络的第一输入端，并分别与电感L6的一端、电感L7的一端和电容C16的一端连接；电感L6的另一端分别与接地电容C12和栅极供电电压Vg2连接；电容C10的另一端作为差分高功率放大网络的第二输入端，并分别与电感L5的一端和电容C11的一端连接；晶体管M5的栅极分别与电阻R6的一端、电感L4的一端和电阻R7的一端连接；电阻R6的另一端和电感L5的另一端连接；电感L4的另一端和电容C11的另一端连接；晶体管M5的漏极和晶体管M6的源极连接；晶体管M6的栅极分别与电阻R7的另一端、电阻R8的一端和接地电容C13连接；晶体管M6的漏极和晶体管M7的源极连接；晶体管M7的栅极分别与电阻R8的另一端、电阻R9的一端和接地电容C14连接；晶体管M7的漏极和晶体管M8的源极连接；晶体管M8的栅极分别与电阻R9的另一端、电阻R10的一端和接地电容C15连接；晶体管M8的漏极分别与电阻R10的另一端和变压器T2次级线圈的非同名端连接；晶体管M9的栅极分别与电阻R11的一端、电阻R12的一端和电感L8的一端连接；晶体管M9的漏极和晶体管M10的源极连接；电感L8的另一端和电容C16的另一端连接；电阻R11的另一端和电感L7的另一端连接；晶体管M10的栅极分别与电阻R12的另一端、电阻R13的一端和接地电容C17连接；晶体管M10的漏极和晶体管M11的源极连接；晶体管M11的栅极分别与电阻R13的另一端、电阻R14的一端和接地电容C18连接；晶体管M11的漏极和晶体管M12的源极连接；晶体管M12的栅极分别与电阻R14的另一端、电阻R15的一端和接地电容C19连接；晶体管M12的漏极分别与变压器T2次级线圈的第一同名端和电阻R15的另一端连接；变压器T2次级线圈的第二同名端分别与接地电容C20和漏极供电电压Vd2连接；晶体管M5的源极和晶体管M9的源极均接地；变压器T2初级线圈的非同名端接地；变压器T2初级线圈的同名端和电容C21的一端连接；电容C21的另一端作为差分高功率放大网络的输出端。
下面结合图2对本发明的具体工作原理及过程进行介绍：
射频信号进入低噪声漏调制驱动网络的输入端，经过输入阻抗匹配后，进入共源共栅晶体管进行放大，同时利用阻容性负载端有源电感退化技术吸收输入晶体管的栅漏电容，实现低噪声放大和堆叠晶体管间阻抗匹配，然后进入上端的共栅共栅放大器进行信号放大后，进入变压器网络进行级间阻抗变换并转化为差分射频信号后，进入差分高功率放大网络，经过差分高功率放大网络的正负两路改进型差分四堆叠放大网络进行放大后，通过巴伦合成为单端信号进入放大器的输入端。
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 (2)

1.一种低噪声高线性度驱动放大电路，其特征在于，包括低噪声漏调制驱动网络、变压器网络和差分高功率放大网络；
所述低噪声漏调制驱动网络的输入端作为低噪声高线性度驱动放大电路的输入端，其第一输出端和变压器网络的第一输入端连接，其第二输出端和变压器网络的第二输入端连接；
所述差分高功率放大网络的输出端作为低噪声高线性度驱动放大电路的输出端，其第一输入端和变压器网络的第一输出端连接，其第二输入端和变压器网络的第二输出端连接；
所述低噪声漏调制驱动网络包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、接地电容C2、接地电容C3、接地电容C4、接地电容C5、接地电容C6、接地电容C7、电容C8、电容C9、电感L1、电感L2、电感L3、晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3和晶体管M4；
所述电容C1的一端作为低噪声漏调制驱动网络的输入端，其另一端分别与电感L1的一端和接地电容C2连接；所述晶体管M1的栅极分别与电阻R1的一端、电感L1的另一端和电阻R2的一端连接；所述电阻R1的另一端分别与电感L2的一端和接地电容C3连接；所述电感L2的另一端分别与接地电容C4和栅极供电电压Vg1连接；所述晶体管M1的源极接地；所述晶体管M1的漏极和晶体管M2的源极接地；所述晶体管M2的栅极分别与电阻R2的另一端、电阻R3的一端和接地电容C5连接；所述晶体管M2的漏极分别与电感L3的一端和电容C8的一端连接；所述晶体管M3的栅极分别与电阻R3的另一端、电阻R4的一端和接地电容C6连接；所述晶体管M3的源极分别与电感L3的另一端和电容C8的另一端连接；所述晶体管M3的漏极和晶体管M4的源极接地；所述晶体管M4的栅极分别与电阻R4的另一端、电阻R5的一端和接地电容C7连接；所述晶体管M4的漏极作为低噪声漏调制驱动网络的第二输出端，并与电容C9的一端连接；所述电阻R5的另一端作为低噪声漏调制驱动网络的第一输出端，并分别与电容C9的另一端和漏极供电电压Vd1连接；
所述差分高功率放大网络包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C10、电容C11、接地电容C12、接地电容C13、接地电容C14、接地电容C15、电容C16、接地电容C17、接地电容C18、接地电容C19、接地电容C20、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M7、晶体管M8、晶体管M9、晶体管M10、晶体管M11、晶体管M12和变压器T2；
所述电容C10的一端作为差分高功率放大网络的第一输入端，并分别与电感L6的一端、电感L7的一端和电容C16的一端连接；所述电感L6的另一端分别与接地电容C12和栅极供电电压Vg2连接；所述电容C10的另一端作为差分高功率放大网络的第二输入端，并分别与电感L5的一端和电容C11的一端连接；所述晶体管M5的栅极分别与电阻R6的一端、电感L4的一端和电阻R7的一端连接；所述电阻R6的另一端和电感L5的另一端连接；所述电感L4的另一端和电容C11的另一端连接；所述晶体管M5的漏极和晶体管M6的源极连接；所述晶体管M6的栅极分别与电阻R7的另一端、电阻R8的一端和接地电容C13连接；所述晶体管M6的漏极和晶体管M7的源极连接；所述晶体管M7的栅极分别与电阻R8的另一端、电阻R9的一端和接地电容C14连接；所述晶体管M7的漏极和晶体管M8的源极连接；所述晶体管M8的栅极分别与电阻R9的另一端、电阻R10的一端和接地电容C15连接；所述晶体管M8的漏极分别与电阻R10的另一端和变压器T2次级线圈的非同名端连接；所述晶体管M9的栅极分别与电阻R11的一端、电阻R12的一端和电感L8的一端连接；所述晶体管M9的漏极和晶体管M10的源极连接；所述电感L8的另一端和电容C16的另一端连接；所述电阻R11的另一端和电感L7的另一端连接；所述晶体管M10的栅极分别与电阻R12的另一端、电阻R13的一端和接地电容C17连接；所述晶体管M10的漏极和晶体管M11的源极连接；所述晶体管M11的栅极分别与电阻R13的另一端、电阻R14的一端和接地电容C18连接；所述晶体管M11的漏极和晶体管M12的源极连接；所述晶体管M12的栅极分别与电阻R14的另一端、电阻R15的一端和接地电容C19连接；所述晶体管M12的漏极分别与变压器T2次级线圈的第一同名端和电阻R15的另一端连接；所述变压器T2次级线圈的第二同名端分别与接地电容C20和漏极供电电压Vd2连接；所述晶体管M5的源极和晶体管M9的源极均接地；所述变压器T2初级线圈的非同名端接地；所述变压器T2初级线圈的同名端和电容C21的一端连接；所述电容C21的另一端作为差分高功率放大网络的输出端。
2.根据权利要求1所述的低噪声高线性度驱动放大电路，其特征在于，所述变压器网络包括变压器T1；
所述变压器T1初级线圈的同名端作为变压器网络的第一输入端；所述变压器T1初级线圈的非同名端作为变压器网络的第二输入端；所述变压器T1次级线圈的非同名端作为变压器网络的第一输出端；所述变压器T1次级线圈的同名端作为变压器网络的第二输出端。
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