CN115694383B - 一种放大器及多级放大器 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种放大器和一种多级放大器，其中，所述放大器包括：放大电路和调节电路；其中，所述放大电路具有级联结构，用于对输入的信号进行放大，具有发射极或源极接地的第一晶体管，和基极或者栅极接地的第二晶体管；所述调节电路，一端与所述第二晶体管的基极或者栅极相连接，另一端接地，用于调整所述放大电路的增益。
Description
技术领域
本申请涉及放大技术，尤其涉及一种放大器及多级放大器。
背景技术
5G移动通信技要求移动终端支持多频段、多通道工作，也就意味着射频收发机的复杂度会越来越高。放大器是射频收发机中的关键模块，在5G背景下要求放大器工作带宽大，灵敏度高。增益是恒量放大器好坏的一个关键指标，一方面，越高的增益意味着越好的灵敏度；另一方面，增益越高越能抑制后级电路的噪声贡献，从而降低整个链路的噪声系数，进一步增加链路灵敏度。
目前典型的放大器结构实现的是窄带匹配，如果应用于带宽较高的场景，那么必然会导致工作频率离中心频点较远，进而令其增益较低。放大器增益优化对于宽带设计来说是很大的挑战。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例在于提供一种放大器及多级放大器，至少能够在不增加放大器的电路复杂度的情况下，调整放大器增益以实现预期的放大需求。
本申请实施例的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供了一种放大器，包括：
放大电路和调节电路；其中，所述放大电路具有级联结构，用于对输入的信号进行放大，具有发射极或源极接地的第一晶体管，和基极或者栅极接地的第二晶体管；
所述调节电路，一端与所述第二晶体管的基极或者栅极相连接，另一端接地，用于调整所述放大电路的增益。
本申请实施例还提供了一种多级放大器，包括包括依次连接的多个放大器，所述多个放大器中的相邻两个放大器的前一级放大器的输出信号作为后一级放大器的输入信号，其中，所述多个放大器中的至少一个放大器具有本申请实施例所提供的任一项所述的放大器的结构。
在本申请实施例中，可以通过调整调节电路中的接地电感的大小进而调整放大器的增益，而且该电感体积小，不会增加电路所占用的面积，也不会增加成本，在提高增益的同时不会恶化噪声系数，也不会增加放大器的功耗。
附图说明
图1为本申请实施例所提供的放大器结构示意图一；
图2为本申请实施例所提供的放大器结构示意图二；
图3为本申请实施例所提供的放大器结构示意图三；
图4为本申请实施例所提供的放大器结构示意图四；
图5为本申请实施例所提供的放大器结构示意图五；
图6为本申请实施例所提供的放大器结构示意图六。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。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任意组合。
图1为本申请实施例放大器的结构示意图一，如图1所示，本发明实施例所提供的放大器100包括：放大电路110和调节电路120。
其中，所述放大电路110具有级联结构，用于对输入的信号进行放大，具有发射极或源极接地的第一晶体管，和基极或者栅极接地的第二晶体管。所述调节电路120，一端与所述第二晶体管的基极或者栅极相连接，另一端接地，用于调整所述放大电路的增益。
需要说明的是，放大器既可以为功率放大器（PA），也可以为低噪声放大器（LNA)；晶体管即可以是为双极性晶体管，也可以为场效应晶体管，此处不做限制。
一些实施例中，放大电路的级联结构可以是共源共栅结构，对应的，调节电路的一端与共栅管的栅极或者基极连接，另一端接地。
一些实施例中，放大器也可以包括其他数量的级联晶体管。例如，包括三个级联的晶体管，其中，第一晶体管的发射极或源极接地，第二晶体管、第三晶体管的基极或栅极接地。此时，第二晶体管与调节电路相连接；或者，第二晶体管、第三晶体管的栅极或基极均与一调节电路相连接。
在本申请的其他实施例中，所述放大器100还包括：低通滤波电路，调节电路120通过低通滤波电路与放大电路相连接。
具体地，所述低通滤波电路具第一电容，第一电容一端与偏置信号输入端以及第二晶体管的栅极或基极相连接，另一端接地，调节电路120通过所述第一电容与所述第二晶体管相连接。
调节电路120包括调节电感，所述调节电感一端与所述第一电容相连接，另一端接地。调节电感可以使第二晶体管的输入阻抗偏感性，第一晶体管的输入阻抗容性变小。其他实施例中，调节电路也可以为其他具有感性阻抗的结构。
一方面，调节电路的引入会使得第二晶体管的输入阻抗（也即第一晶体管的负载阻抗）偏感性，使第一晶体管的等效跨导增大；另一方面，调节电路的引入会使第一晶体管的输入阻抗容性变小，进而使区栅管的电流放大倍数变大。因此，会使电路的增益变大，进而增大放大器的带宽，需要说明的是，增益的提升中高频点更明显，并且调节电路的加入不会对滤波器产生影响。
低通滤波电路可以是L型滤波电路、π型滤波电路或T型滤波电路，也可以是多种类型的低通滤波器的组合。
一些实施例中，如图2、图3所示，当所述低通滤波电路是L型滤波电路时，所述低通滤波电路还包括第一电阻，所述第一电阻一端与所述第一电容以及第二晶体管相连接，另一端与偏置信号输入端相连接。此时，调节电路与第一电容相连接。
一些实施例中，当所述低通滤波电路是π型滤波电路时，所述低通滤波电路包括：两个接地的第一电容和位于两个所述第一电容之间的第二电阻；其中一个所述第一电容与所述调节电路相连接，并通过所述调节电路接地；一个所述第一电容的不接地端与所述第二电阻的一端和所述偏置信号输入端相连接，另一个所述第一电容的不接地端与所述第二电阻的另一端和所述第二晶体管的基极或栅极相连接。
具体的，如图4、图5所示，当所述低通滤波电路是π型滤波电路时，所述低通滤波电路包括两个接地的第一电容和位于两个第一电容之间的第二电阻。需要说明的是，当低通滤波电路为π型滤波电路时，调节电路既可以与靠近第二晶体管的第一电容B相连接（如图4所示），也可以与远离第二晶体管的第一电容A相连接（如图5所示），或者第一电容A和第一电容B分别与一个调节电路相连接。
一些实施例中，如图6所示，当所述低通滤波电路是T型滤波电路时，所述低通滤波电路还包括：第三电阻和第四电阻。其中，所述第四电阻一端与所述第一电容连接，另一端与所述第二晶体管的基极或栅极连接；所述第三电阻的一端与所述第一电容连接，另一端与偏置信号输入端连接。此时，调节电路与第一电容相连接。
需要说明的是，偏置信号可以是电压信号，也可以是电流信号，加入低通滤波电路为了降低射频信号对偏置源的高频干扰，本领域技术人员可以根据需要进行设置，本申请对此并不做限定。
在本申请其他实施例中，所述调节电路具有调节单元，所述调节单元的参数可调节，以满足放大器的不同增益需求。例如，当放大器进行放大频段切换时，可通过调节单元进行调节，以令调节电路与切换后的频段进行适配。再如，当放大器需要进行增益调节时，可通过调节单元进行调节。
一些实施例中，调节单元包括感值可调节的调节电感，所述调节电感一端与所述第一电容相连接，另一端接地。其中，可调电感可通过多个并联电感支路的开启或关闭进行调节。
在实际应用时，调节电感可以设置在基板上，即通过基板绕线的方式实现，也可以通过键合线实现。这样，一方面在能在提高增益的同时不恶化噪声系数，另一方面也不会增加放大器的功耗。
一些实施例中，如图3所示，放大电路还包括输入阻抗匹配电路，输入阻抗匹配电路具有第二电容、第一电感和第二电感。其中，第二电容为第一晶体管的寄生电容，第一电感为第二晶体管的源极退化电感。这样利用第一晶体管的寄生电容和退化电感进行阻抗匹配，以节约放大器面积。
具体地，所述第二电容的一端与第一晶体管的栅极或基极连接，所述第二电容的另一端与所述第一电感的第一端连接；所述第一电感的第一端与第一晶体管的源极或发射极连接，所述第一电感的第二端接地；第二电感的第一端与射频信号输入端相连接，第二电感的第二端与所述共源管的栅极或基极连接。
一些实施例中，放大电路还包括与第二电感串联的第三电容，第三电容用于隔直，射频信号通过第三电容输入到第二电感的第一端。
一些实施例中，放大器还包括输出匹配电路，输出匹配电路具有第一负载，所述第一负载的第一端与电源连接，所述第一负载的第二端与所述共栅管的漏极或集电极连接，且所述第一负载的第二端与放大电路的输出端相连接。
一些实施例中，放大器为多级放大器，包括依次连接的多个放大器，所述多个放大器中的相邻两个放大器的前一级放大器的输出信号作为后一级放大器的输入信号，其中，所述多个放大器中的至少一个放大器具有前述实施例中任一所述的放大器的结构。
参考图2、图3，图2为本申请实施例所提供的放大器结构示意图二，图3为本申请实施例所提供的放大器结构示意图三，图2与图3的不同在于，图3相比于图2在放大电路中增加了第一电感、第二电感、第二电容和第三电容，如图3所示，第三电容用于隔直，第二电感为输入匹配电感，第二电容是共源管的寄生电容，第一电感是共源管的源极退化电感。第一电感、第二电感和第二电容形成串联匹配网络；在偏置电路中加入了第一电阻和第一电容，本申请提供额外的一个设计自由度来优化放大器的增益，其自由度来源于共栅管的栅级的调节电感。偏置信号可以是电压源或者电流源；第一电阻和第一电容构成低通滤波器，用来抑制偏置源带来的高频干扰。调整调节电感的值便能改变增益。
参考图4、图5、图6，图4为本申请实施例所提供的放大器结构示意图四，图5为本申请实施例所提供的放大器结构示意图五，图6为本申请实施例所提供的放大器结构示意图六。与图3中的放大器结构不同的是，图4和图5中的放大器的低通滤波电路为π型结构，图6中的放大器的低通滤波电路为T型结构。图4和图5的不同在于，图4中调节电感的设置靠近共栅管，图5中调节电感的设置远离共栅管。需要说明的是，图4至图6也可以包括第一电感、第二电感、第二电容和第三电容，此处不作限制。
下面说明调节放大器增益的原理，以图3作为示例，具体地，电路输入信号幅度为Vin,输出信号幅度为Vout，那么建立Vout与Vin的表达式如下：Vout=Vin*Ain*Gm*AIcg*Zload。式中Ain表示信号到达图3中共源管的基极或栅极时的电压放大倍数，Gm表示共源管的等效跨导，AIcg表示共栅管的电流放大倍数。进一步得到整个电路的增益表达式如下：Av=Ain*Gm*AIcg*Zload。
调节电感的引入对增益的影响主要通过Gm和Ain来体现。一方面，调节电感的引入会使得共栅管的输入阻抗（也即共源管的负载阻抗）偏感性，使Gm增大；另一方面，调节电感的引入会使共源管的输入阻抗容性变小，进而使Ain变大。综合这两项结果会使电路的增益变大，进而增大放大器的带宽，需要说明的是，增益的提升中高频点更明显，并且调节电感的加入不会对滤波电路产生影响。调节电感也可以为可调节结构，可根据增益进行调节，可以理解的是，当放大器为多级放大器时，每级放大器均可设置调节电感。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的电路中还存在另外的相同要素。
以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种放大器，其特征在于，包括：放大电路和调节电路；其中，
所述放大电路具有级联结构，用于对输入的信号进行放大，具有发射极或源极接地的第一晶体管，和基极或者栅极接地的第二晶体管；
所述调节电路，一端与所述第二晶体管的基极或者栅极相连接，另一端接地，用于调整所述放大电路的增益；
其中，所述放大器还包括：低通滤波电路，所述低通滤波电路具有第一电容，所述第一电容一端与偏置信号输入端以及第二晶体管的基极或栅极相连接，另一端与所述调节电路的一端连接，所述调节电路通过所述第一电容与所述第二晶体管相连接；
所述调节电路具有调节单元，所述调节单元的参数可调节，以令所述放大电路具有不同增益；所述调节单元包括感值可调节的调节电感，所述调节电感一端与所述第一电容的另一端相连接，另一端接地；
所述放大器还包括输入阻抗匹配电路，所述输入阻抗匹配电路的一端与射频信号输入端相连接，所述输入阻抗匹配电路的另一端与所述第一晶体管的基极或栅极相连接。
2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述低通滤波电路还包括第一电阻，所述第一电阻一端与所述第一电容的一端以及第二晶体管的基极或栅极相连接，另一端与偏置信号输入端连接。
3.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述低通滤波电路为π型结构；
所述低通滤波电路包括：两个接地的第一电容和位于两个所述第一电容之间的第二电阻，以形成π型结构；
其中一个所述第一电容的第一端与所述偏置信号输入端相连接，并通过第二电阻与所述第二晶体管的基极或栅极相连接，另一个所述第一电容的第一端与所述第二晶体管的基极或栅极相连接，并通过所述第二电阻与所述偏置信号输入端相连接，两个所述第一电容的第二端接地；
至少其中一个所述第一电容的第二端与所述调节电路相连接，并通过所述调节电路接地。
4.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述低通滤波电路为T型结构；
所述低通滤波电路还包括：第三电阻和第四电阻；其中，所述第四电阻一端与所述第一电容的一端连接，另一端与所述第二晶体管的基极或栅极连接；所述第三电阻的一端与所述第一电容的一端连接，另一端与所述偏置信号输入端连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的放大器，其特征在于，所述调节电感设置于基板上或者通过键合线实现。
6.一种多级放大器，其特征在于，包括依次连接的多个放大器，所述多个放大器中的相邻两个放大器的前一级放大器的输出信号作为后一级放大器的输入信号，其中，所述多个放大器中的至少一个放大器具有权利要求1至5中任一项所述的放大器的结构。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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