CN115378372B - 一种低功耗线性化放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低功耗线性化放大器，属于集成电路技术领域，包括输入匹配稳定网络、电流复用滤波放大网络、基频线性化反馈滤波偏置网络、自偏置滤波供电网络和输出匹配隔直网络。本发明利用基频线性化反馈滤波偏置网络产生的反馈信号将放大器管芯的二阶跨导gm2和三阶跨导gm3分量进行叠加对消，从而改善放大器的三阶互调参数IMD3，提升放大器的线性度指标，同时基于电流复用滤波放大网络改善提高谐波抑制能力，提升线性度指标，从而使得整个电路具有低功耗和高线性度的特性。

Description

一种低功耗线性化放大器
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种低功耗线性化放大器。
背景技术
随着5G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、低功耗的方向发展。因此市场迫切的需求高增益、高线性度、低功耗声的射频与微波驱动放大器芯片。然而，当前传统射频与微波放大器芯片设计中，一直存在一些设计难题，主要体现：低功耗和高线性度指标相互制约：传统共源（或共射）低噪声放大器设计中，高线性度指标需要在固定工艺下选择功率容量高且1dB压缩点高的放大器晶体管，而高功率容量往往需要消耗较大的直流功耗，因此低功耗和线性度两者不能很好的兼容。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种低功耗线性化放大器。
本发明的技术方案是：一种低功耗线性化放大器包括输入匹配稳定网络、电流复用滤波放大网络、基频线性化反馈滤波偏置网络、自偏置滤波供电网络和输出匹配隔直网络；
输入匹配稳定网络的输入端作为低功耗线性化放大器的射频输入端，其输出端与电流复用滤波放大网络的第一输入端连接；
输出匹配隔直网络的输出端作为低功耗线性化放大器的射频输出端，其输入端分别与电流复用滤波放大网络的输出端、基频线性化反馈滤波偏置网络的第一输出端和自偏置滤波供电网络第一输出端连接；
基频线性化反馈滤波偏置网络的第二输出端与电流复用滤波放大网络的第一输入端连接；自偏置滤波供电网络的第二输出端与电流复用滤波放大网络的第二输入端连接；自偏置滤波供电网络的第三输出端与电流复用滤波放大网络的第三输入端连接。
本发明的有益效果是：本发明利用基频线性化反馈滤波偏置网络产生的反馈信号将放大器管芯的二阶跨导gm2和三阶跨导gm3分量进行叠加对消，从而改善放大器的三阶互调参数IMD3，提升放大器的线性度指标，同时基于电流复用滤波放大网络改善提高谐波抑制能力，提升线性度指标，从而使得整个电路具有低功耗和高线性度的特性。
进一步地，输入匹配稳定网络包括电阻R1、电容C1、电容C2、接地电容C3、接地电感L1和电感L2；
电容C1的一端作为输入匹配稳定网络的输入端，并与接地电感L1连接；电容C1的另一端分别与电阻R1的一端和电容C2的一端连接；电阻R1的另一端分别与电感L2的一端、电容C2的另一端和接地电容C3连接；电感L2的另一端作为输入匹配稳定网络的输出端。
上述进一步方案的有益效果是：输入匹配稳定网络可以实现低插损输入匹配阻抗，同时具有ESD保护功能和稳定低频信号的功能，并且具有输入隔直的功能。
进一步地，电流复用滤波放大网络包括电阻R2、电容C4、电容C5、接地电容C6、电感L3、电感L4、接地电感L5、晶体管M1和晶体管M2；
电感L3的一端作为电流复用滤波放大网络的第一输入端，并与电阻R2的一端连接；电阻R2的另一端作为电流复用滤波放大网络的第三输入端；晶体管M1的栅极和电感L3的另一端连接；晶体管M1的源极接地；晶体管M1的漏极分别与电容C4的一端、电容C5的一端和电感L4的一端连接；晶体管M2的栅极作为电流复用滤波放大网络的第二输入端，并与接地电容C6连接；晶体管M2的源极分别与电容C5的另一端和电感L4的另一端连接；晶体管M2的栅极作为电流复用滤波放大网络的输出端；电容C4的另一端和接地电感L5连接。
上述进一步方案的有益效果是：电流复用滤波放大网络可以实现低功耗射频信号放大功能，同时具有高隔离度，利用级间串联LC滤波网络和并联LC谐振网络，提高谐波抑制能力，提升线性度指标。
进一步地，基频线性化反馈滤波偏置网络包括电容C9、接地电容C10、接地电容C11、接地电容C12、电容C13、接地电容C14、接地电容C15、接地电感L6、接地电感L7、电感L8、电感L9、电感L10、微带线TL1和微带线TL2；
微带线TL1的一端作为基频线性化反馈滤波偏置网络的第二输出端，其另一端分别与电容C9的一端、接地电容C15和接地电感L7连接；电容C9的另一端分别与接地电容C10和电感L8的一端连接；电感L8的另一端分别与接地电容C11和电感L9的一端连接；电感L9的另一端分别与接地电容C12、接地电感L6和电容C13的一端连接；电容C13的另一端分别与微带线TL2的一端、接地电容C14和电感L10的一端连接；电感L10的另一端和漏极供电电压Vd连接；微带线TL2的另一端作为基频线性化反馈滤波偏置网络的第一输出端。
上述进一步方案的有益效果是：基频线性化反馈滤波偏置网络可以实现电流复用滤波放大输出网络到输入网络的基频信号的负反馈功能，利用反馈信号将放大器管芯的二阶跨导gm2和三阶跨导gm3分量进行叠加对消，从而改善放大器的三阶互调参数IMD3，提升放大器的线性度指标；同时该网络具备漏极供电功能。
进一步地，自偏置滤波供电网络包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、接地电容C7和接地电容C8；
电阻R4的一端作为自偏置滤波供电网络的第一输出端，其另一端分别与电阻R3的一端、电阻R5的一端和接地电容C8连接；电阻R3的另一端作为自偏置滤波供电网络的第二输出端；电阻R5的另一端作为自偏置滤波供电网络的第三输出端，并分别与电阻R6的一端和接地电容C7连接；电阻R6的另一端和栅极供电电压Vg连接。
上述进一步方案的有益效果是：自偏置滤波供电网络可以实现电流复用滤波放大网络的自偏置供电，简化输出供电网络，同时滤除低频杂波，提高放大器稳定性。
进一步地，输出匹配隔直网络包括接地电容C16、电容C17、接地电感L11、电感L12和电感L13；
电感L12的一端作为输出匹配隔直网络的输入端，其另一端分别与接地电容C16和电感L13的一端连接；电感L13的另一端和电容C17的一端连接；电容C17的另一端作为输出匹配隔直网络的输出端，并与接地电感L11连接。
上述进一步方案的有益效果是：输出匹配隔直网络可以实现低插损输出匹配阻抗，同时具有ESD保护功能和输出隔直的功能。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的一种低功耗线性化放大器原理框图。
图2所示为本发明实施例提供的一种低功耗线性化放大器电路图。
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，本发明提供了一种低功耗线性化放大器，包括输入匹配稳定网络、电流复用滤波放大网络、基频线性化反馈滤波偏置网络、自偏置滤波供电网络和输出匹配隔直网络；
输入匹配稳定网络的输入端作为低功耗线性化放大器的射频输入端，其输出端与电流复用滤波放大网络的第一输入端连接；
输出匹配隔直网络的输出端作为低功耗线性化放大器的射频输出端，其输入端分别与电流复用滤波放大网络的输出端、基频线性化反馈滤波偏置网络的第一输出端和自偏置滤波供电网络第一输出端连接；
基频线性化反馈滤波偏置网络的第二输出端与电流复用滤波放大网络的第一输入端连接；自偏置滤波供电网络的第二输出端与电流复用滤波放大网络的第二输入端连接；自偏置滤波供电网络的第三输出端与电流复用滤波放大网络的第三输入端连接。
在本发明实施例中，如图2所示，输入匹配稳定网络包括电阻R1、电容C1、电容C2、接地电容C3、接地电感L1和电感L2；
电容C1的一端作为输入匹配稳定网络的输入端，并与接地电感L1连接；电容C1的另一端分别与电阻R1的一端和电容C2的一端连接；电阻R1的另一端分别与电感L2的一端、电容C2的另一端和接地电容C3连接；电感L2的另一端作为输入匹配稳定网络的输出端。
在本发明实施例中，如图2所示，电流复用滤波放大网络包括电阻R2、电容C4、电容C5、接地电容C6、电感L3、电感L4、接地电感L5、晶体管M1和晶体管M2；
电感L3的一端作为电流复用滤波放大网络的第一输入端，并与电阻R2的一端连接；电阻R2的另一端作为电流复用滤波放大网络的第三输入端；晶体管M1的栅极和电感L3的另一端连接；晶体管M1的源极接地；晶体管M1的漏极分别与电容C4的一端、电容C5的一端和电感L4的一端连接；晶体管M2的栅极作为电流复用滤波放大网络的第二输入端，并与接地电容C6连接；晶体管M2的源极分别与电容C5的另一端和电感L4的另一端连接；晶体管M2的栅极作为电流复用滤波放大网络的输出端；电容C4的另一端和接地电感L5连接。
在本发明实施例中，如图2所示，基频线性化反馈滤波偏置网络包括电容C9、接地电容C10、接地电容C11、接地电容C12、电容C13、接地电容C14、接地电容C15、接地电感L6、接地电感L7、电感L8、电感L9、电感L10、微带线TL1和微带线TL2；
微带线TL1的一端作为基频线性化反馈滤波偏置网络的第二输出端，其另一端分别与电容C9的一端、接地电容C15和接地电感L7连接；电容C9的另一端分别与接地电容C10和电感L8的一端连接；电感L8的另一端分别与接地电容C11和电感L9的一端连接；电感L9的另一端分别与接地电容C12、接地电感L6和电容C13的一端连接；电容C13的另一端分别与微带线TL2的一端、接地电容C14和电感L10的一端连接；电感L10的另一端和漏极供电电压Vd连接；微带线TL2的另一端作为基频线性化反馈滤波偏置网络的第一输出端。
在本发明实施例中，如图2所示，自偏置滤波供电网络包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、接地电容C7和接地电容C8；
电阻R4的一端作为自偏置滤波供电网络的第一输出端，其另一端分别与电阻R3的一端、电阻R5的一端和接地电容C8连接；电阻R3的另一端作为自偏置滤波供电网络的第二输出端；电阻R5的另一端作为自偏置滤波供电网络的第三输出端，并分别与电阻R6的一端和接地电容C7连接；电阻R6的另一端和栅极供电电压Vg连接。
在本发明实施例中，如图2所示，输出匹配隔直网络包括接地电容C16、电容C17、接地电感L11、电感L12和电感L13；
电感L12的一端作为输出匹配隔直网络的输入端，其另一端分别与接地电容C16和电感L13的一端连接；电感L13的另一端和电容C17的一端连接；电容C17的另一端作为输出匹配隔直网络的输出端，并与接地电感L11连接。
下面结合图2对本发明的具体工作原理及过程进行介绍：
射频信号进入输入匹配稳定网络，经过输入阻抗匹配后，进入电流复用滤波放大网络进行信号放大，之后进入输出匹配隔直网络，经过输出阻抗匹配后，进入放大器的输出端；本发明中的自偏置滤波供电网络为电流复用滤波放大网络提供栅极偏置供电；本发明中的基频线性化反馈滤波偏置网络，实现电流复用滤波放大输出网络到输入网络的基频信号的负反馈功能，利用反馈信号将放大器管芯的二阶跨导gm2和三阶跨导gm3分量进行叠加对消，从而改善放大器的三阶互调参数IMD3，提升放大器的线性度指标，该网络同时具备漏极供电功能。
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 (5)

1.一种低功耗线性化放大器，其特征在于，包括输入匹配稳定网络、电流复用滤波放大网络、基频线性化反馈滤波偏置网络、自偏置滤波供电网络和输出匹配隔直网络；
所述输入匹配稳定网络的输入端作为低功耗线性化放大器的射频输入端，其输出端与电流复用滤波放大网络的第一输入端连接；
所述输出匹配隔直网络的输出端作为低功耗线性化放大器的射频输出端，其输入端分别与电流复用滤波放大网络的输出端、基频线性化反馈滤波偏置网络的第一输出端和自偏置滤波供电网络第一输出端连接；
所述基频线性化反馈滤波偏置网络的第二输出端与电流复用滤波放大网络的第一输入端连接；所述自偏置滤波供电网络的第二输出端与电流复用滤波放大网络的第二输入端连接；所述自偏置滤波供电网络的第三输出端与电流复用滤波放大网络的第三输入端连接；
所述基频线性化反馈滤波偏置网络包括电容C9、接地电容C10、接地电容C11、接地电容C12、电容C13、接地电容C14、接地电容C15、接地电感L6、接地电感L7、电感L8、电感L9、电感L10、微带线TL1和微带线TL2；
所述微带线TL1的一端作为基频线性化反馈滤波偏置网络的第二输出端，其另一端分别与电容C9的一端、接地电容C15和接地电感L7连接；所述电容C9的另一端分别与接地电容C10和电感L8的一端连接；所述电感L8的另一端分别与接地电容C11和电感L9的一端连接；所述电感L9的另一端分别与接地电容C12、接地电感L6和电容C13的一端连接；所述电容C13的另一端分别与微带线TL2的一端、接地电容C14和电感L10的一端连接；所述电感L10的另一端和漏极供电电压Vd连接；所述微带线TL2的另一端作为基频线性化反馈滤波偏置网络的第一输出端。
2.根据权利要求1所述的低功耗线性化放大器，其特征在于，所述输入匹配稳定网络包括电阻R1、电容C1、电容C2、接地电容C3、接地电感L1和电感L2；
所述电容C1的一端作为输入匹配稳定网络的输入端，并与接地电感L1连接；所述电容C1的另一端分别与电阻R1的一端和电容C2的一端连接；所述电阻R1的另一端分别与电感L2的一端、电容C2的另一端和接地电容C3连接；所述电感L2的另一端作为输入匹配稳定网络的输出端。
3.根据权利要求1所述的低功耗线性化放大器，其特征在于，所述电流复用滤波放大网络包括电阻R2、电容C4、电容C5、接地电容C6、电感L3、电感L4、接地电感L5、晶体管M1和晶体管M2；
所述电感L3的一端作为电流复用滤波放大网络的第一输入端，并与电阻R2的一端连接；所述电阻R2的另一端作为电流复用滤波放大网络的第三输入端；所述晶体管M1的栅极和电感L3的另一端连接；所述晶体管M1的源极接地；所述晶体管M1的漏极分别与电容C4的一端、电容C5的一端和电感L4的一端连接；所述晶体管M2的栅极作为电流复用滤波放大网络的第二输入端，并与接地电容C6连接；所述晶体管M2的源极分别与电容C5的另一端和电感L4的另一端连接；所述晶体管M2的栅极作为电流复用滤波放大网络的输出端；所述电容C4的另一端和接地电感L5连接。
4.根据权利要求1所述的低功耗线性化放大器，其特征在于，所述自偏置滤波供电网络包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、接地电容C7和接地电容C8；
所述电阻R4的一端作为自偏置滤波供电网络的第一输出端，其另一端分别与电阻R3的一端、电阻R5的一端和接地电容C8连接；所述电阻R3的另一端作为自偏置滤波供电网络的第二输出端；所述电阻R5的另一端作为自偏置滤波供电网络的第三输出端，并分别与电阻R6的一端和接地电容C7连接；所述电阻R6的另一端和栅极供电电压Vg连接。
5.根据权利要求1所述的低功耗线性化放大器，其特征在于，所述输出匹配隔直网络包括接地电容C16、电容C17、接地电感L11、电感L12和电感L13；
所述电感L12的一端作为输出匹配隔直网络的输入端，其另一端分别与接地电容C16和电感L13的一端连接；所述电感L13的另一端和电容C17的一端连接；所述电容C17的另一端作为输出匹配隔直网络的输出端，并与接地电感L11连接。
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