CN116073772A - 一种超宽带低噪声放大器及通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超宽带低噪声放大器及通信设备，其中放大器包括：输入级，用于实现宽带的输入匹配，接收输入信号，以及对输入信号进行放大；输入级包括第一变压器、第二变压器和第一晶体管，第一变压器包括第一电感和第二电感，第一电感连接在第一晶体管的栅极上，第二电感连接在第一晶体管的漏极上；第二变压器包括第三电感和第四电感，第三电感连接在第一晶体管的栅极上，第四电感连接在第一晶体管的源极上；放大后的输入信号通过第二电感输出；输出级，用于实现宽带的输出匹配，输出放大后的信号。本发明通过双变压器技术实现宽带的输入匹配和噪声匹配，实现了宽带的输入匹配，且增加了输入级跨导。本发明可广泛应用于毫米波通信技术领域。

Description

一种超宽带低噪声放大器及通信设备

技术领域

本发明涉及毫米波通信技术领域，尤其涉及一种超宽带低噪声放大器及通信设备。

背景技术

无线通信技术经过几十年的发展和沉淀，从第一代移动通信技术（1G）到第四代移动通信技术（4G）不断的提升通信速率。5G毫米波通信具有更快的传输速率，更低的时延，更宽的带宽。全球范围内被批准使用的5G通信毫米波频段覆盖到24-43GHz的频率范围，45-53GHz频段也可以在部分国家地区用于5G及国际移动通信系统。为了避免非重复的开发成本，并在运营商或不同国家实现可重用性。应用于5G毫米波的宽带、低功耗的相控阵接收机的研究受到广泛的关注。低噪声放大器作为相控阵接收机的第一级，决定了整个接收机的噪声系数。低噪声放大器不仅需要低的噪声系数，还需要较高的增益抑制后级电路的噪声。在毫米波频段实现良好的噪声系数和平坦增益宽带的低噪声放大器面临着巨大的挑战。

但是，目前现有的宽带低噪声放大器尚存有以下问题：（1）现有的宽带低噪声放大器通过单个变压器或分离的无源网络对输入进行匹配，受到输入变压器匝数比和面积等限制，仍然存在各样的问题；（2）难以实现带宽、增益和噪声系数之间的折衷；难以实现宽带的输入匹配、输出匹配以及宽带平坦的增益曲线。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种超宽带低噪声放大器及通信设备。

本发明所采用的技术方案是：

根据本发明的第一方面实施例的一种超宽带低噪声放大器，包括：

输入级，用于实现宽带的输入匹配和噪声匹配，接收输入信号，以及对所述输入信号进行放大；所述输入级包括第一变压器、第二变压器和第一晶体管，所述第一变压器包括第一电感和第二电感，所述第一电感连接在所述第一晶体管的栅极上，所述第二电感连接在所述第一晶体管的漏极上；所述第二变压器包括第三电感和第四电感，所述第三电感连接在所述第一晶体管的栅极上，所述第四电感连接在所述第一晶体管的源极上；放大后的所述输入信号通过所述第二电感输出；

输出级，用于实现宽带的输出匹配，输出放大后的信号。

根据本发明的一种超宽带低噪声放大器，至少具有如下有益效果：本发明提出新型的嵌入跨导增强双变压器技术实现宽带的输入匹配和噪声匹配，通过双变压器和第一晶体管形成了宽带的匹配网络，能够提供良好输入匹配实部和虚部，实现了宽带的输入匹配；另外，嵌入跨导增强双变压器技术实现宽带输入匹配的同时，还极大的增加了输入级跨导，在有双变压器技术的跨导值在带内均大于无双变压器技术单个管子的跨导，增大了低噪声放大器带内的增益，降低了噪声系数。

根据本发明的一些实施例，所述第一变压器为并联-串联栅漏变压器；

所述第一晶体管的栅极连接所述第三电感的正端，所述第三电感的负端连接所述第一电感的正端，所述第一电感的负端连接第一直流偏置；所述输入信号经过隔直电容后，输入至所述第三电感的负端；

所述第一晶体管的漏极连接所述第二电感的正端，所述第二电感的负端作为所述输入级的输出端；

所述第一晶体管的源极连接所述第四电感的正端，所述第四电感的负端接地。

基于电流复用的共源-共源结构，第一变压器设计为并联-串联栅漏变压器，即第一电感与第一晶体管的栅极并联，第二电感串联在第一晶体管的漏极上。第三电感和第四电感构成第二个变压器，即嵌入跨导增强变压器。双变压器和第一晶体管形成了宽带的匹配网络，提供了良好输入匹配实部和虚部，从而实现了宽带的输入匹配。嵌入跨导增强双变压器技术实现宽带输入匹配的同时，还极大的增加了输入级跨导，在有双变压器技术的跨导值在带内均大于无双变压器技术单个管子的跨导，增大了低噪声放大器带内的增益，降低了噪声系数。

根据本发明的一些实施例，所述第一变压器为串联-串联栅漏变压器；

所述第一晶体管的栅极均连接所述第一电感的正端和所述第三电感的正端，所述第三电感的负端连接第一直流偏置；所述输入信号经过隔直电容后，输入至所述第一电感的负端；

所述第一晶体管的漏极连接所述第二电感的正端，所述第二电感的负端作为所述输入级的输出端；

所述第一晶体管的源极连接所述第四电感的负端，所述第四电感的正端接地。

基于电流复用的共源-共源结构，第一变压器设计为串联串联栅漏变压器，即第一电感与第一晶体管的栅极串联，第二电感与第一晶体管的漏极串联。第三电感和第四电感构成第二个变压器，即嵌入跨导增强变压器。双变压器和第一晶体管形成了宽带的匹配网络，提供了良好输入匹配实部和虚部，从而实现了宽带的输入匹配。嵌入跨导增强双变压器技术实现宽带输入匹配的同时，还极大的增加了输入级跨导，在有双变压器技术的跨导值在带内均大于无双变压器技术单个管子的跨导，增大了低噪声放大器带内的增益，降低了噪声系数。

根据本发明的一些实施例，所述超宽带低噪声放大器还包括中间级，所述中间级的输入端与所述输入级的输出端连接，所述中间级的输出端与所述输出级的输入端连接，所述中间级用于优化放大器电路的级间匹配。

通过设置中间级，能够优化电路的级间匹配，能够降低带内的增益变化，实现平坦的宽带增益曲线。可选地，通过中间级能够对输入级输出的信号进一步的放大，能够提高放大器的增益。

根据本发明的一些实施例，所述中间级包括第一偏置电路和中间级匹配网络；

所述第一偏置电路包括第九电感、第二电容、第一电阻和第三晶体管；

所述中间级匹配网络包括第二晶体管、第三电容、第五电感和第六电感；

所述输入级的输出端均连接所述第九电感的一端和所述第二电容的一端，所述第九电感的另一端连接所述第二晶体管的源极，所述第二电容的另一端连接所述第二晶体管的栅极，所述第二晶体管的栅极通过所述第一电阻连接电源VDD，所述第二晶体管的衬底接地；

所述第二晶体管的漏极均连接所述第五电感的正端和所述第三电容的一端，所述第五电感的负端连接电源VDD，所述第三电容的另一端连接第六电感的正端，所述第六电感的负端连接所述第三晶体管的栅极；其中，所述第五电感和所述第六电感构成第三变压器；

所述第三晶体管的源极和衬底均接地，所述第三晶体管的漏极作为所述中间级的输出端。

该中间级匹配网络为基于变压器的带通滤波器的中间级匹配网络，由第二晶体管、第五电感、第六电感和第三电容组成，其中，第五电感和第六电感之间进行耦合形成变压器（即第三变压器），与第三电容和第二晶体管的漏级电容构成一个带通滤波器，能够有效优化电路的级间匹配，降低了带内的增益变化，实现平坦的宽带增益曲线。

根据本发明的一些实施例，所述中间级包括第一偏置电路和中间级匹配网络；

所述第一偏置电路包括第十一电感、第二电容、第二晶体管、第一电阻、第三电容和第三晶体管；

所述中间级匹配网络包括第五电感、第六电感和第七电感；

所述输入级的输出端均连接所述第十一电感的一端和所述第二电容的一端，所述第十一电感的另一端连接所述第二晶体管的源极，所述第二电容的另一端连接所述第二晶体管的栅极，所述第二晶体管的栅极通过所述第一电阻连接电源VDD，所述第二晶体管的衬底接地；

所述第二晶体管的漏极连接所述第六电感的负端，所述第六电感的正端均连接所述第五电感的负端和第七电感的一端，所述第五电感的正端连接电源VDD；其中，所述第五电感和所述第六电感构成第三变压器；

所述第七电感的另一端通过所述第三电容连接所述第三晶体管的栅极，所述第三晶体管的源极接地，所述第三晶体管的漏极作为所述中间级的输出端。

该中间级匹配网络是基于L型匹配网络实现的对称L型匹配网络，提供了宽带的级间匹配，其中第五电感和第六电感之间进行耦合形成变压机（即第三变压器），第六电感的正端均连接所述第五电感的负端和第七电感的一端，第七电感的另一端输出，最终形成整个中间级匹配网络，实现宽带的级间匹配，平坦的宽带增益曲线。

根据本发明的一些实施例，所述输出级包括第二偏置电路和宽带输出匹配网络；

所述第二偏置电路包括第十电感、第四电容和第五电容；

所述宽带输出匹配网络包括第四晶体管、第二电阻、第七电感和第八电感；

所述第十电感的一端作为所述输出级的输入端，所述第十电感的另一端连接所述第四晶体管的源极；

所述第四晶体管的栅极连接所述第七电感的正端，所述第七电感的负端均连接所述第二电阻的一端和所述第四电容的一端，所述第二电阻的另一端连接电源VDD，所述第四电容的另一端连接所述第十电感的一端；

所述第四晶体管的漏极均连接所述第八电感的正端和所述第五电容的一端，所述第八电感的负端连接电源VDD，所述第五电容的另一端作为输出级的输出端；所述第四晶体管的衬底接地；

其中，所述第七电感和所述第八电感构成第四变压器。

由第七电感和第八电感构成栅漏变压器（即第四变压器），最终该变压器与第四晶体管构成宽带的输出匹配。由于毫米波频率较高，晶体管的漏极寄生电容Cds、互连线及输出焊盘的寄生容性相当明显，使得输出阻抗与50Ohm负载阻抗失配，造成功率反射，降低电路增益。采用第七电感能够在特定频率下与寄生电容谐振产生纯阻性，但通常由谐振得到的输出阻抗相对较大，与负载阻抗匹配程度不够高。而发明的输出级由第七电感和第八电感构成的栅漏变压器能够把输入端的阻抗通过耦合关系传递到输出端与原输出阻抗进行并联，得到接近50 Ohm宽带的输出阻抗，实现宽带的输出匹配。

根据本发明的一些实施例，所述输出级包括第二偏置电路和宽带输出匹配网络；

所述第二偏置电路包括第十二电感、第四电容、第四晶体管、第八电感和第二电阻；

所述宽带输出匹配网络包括第九电感、第十电感和第五电容；

所述第十二电感的一端作为所述输出级的输入端，所述第十二电感的另一端连接所述第四晶体管的源极，所述第四晶体管的栅极连接所述第八电感的一端，所述第八电感的另一端均连接所述第四电容的一端和所述第二电阻的一端，所述第四电容的另一端连接所述第十二电感的一端，所述第二电阻的另一端连接电源VDD；所述第四晶体管的衬底接地；

所述第四晶体管的漏极连接所述第十电感的正端，所述第十电感的负端均连接所述第九电感的负端和所述第五电容的一端，所述第九电感的正端连接电源VDD，所述第五电容的另一端作为输出级的输出端；其中，所述第九电感和所述第十电感构成第四变压器。

该输出级主要包括了第八电感实现了增益峰化，可提升宽带的高频增益性能，同时输出的第四变压器和第四晶体管的漏级寄生电容实现了宽带的输出匹配性能。

根据本发明的一些实施例，所述第一晶体管的衬底通过第三电阻连接到地。

所述的第三电阻将第一晶体管衬底短接到地，相对与传统的衬底直接接地可以进一步的优化低噪声放大器的噪声性能。

根据本发明的第二方面实施例的一种通信设备，包括天线和信号处理模块，所述信号处理模块包括如上所述的一种超宽带低噪声放大器。

根据本发明的一种通信设备，至少具有如下有益效果：天线在接收到无线信号后，传输至信号处理模块，该信号处理模块中的超宽带低噪声放大器，基于新型的嵌入跨导增强双变压器技术实现宽带的输入匹配和噪声匹配。其中，通过双变压器和第一晶体管形成了宽带的匹配网络，能够提供良好输入匹配实部和虚部，实现了宽带的输入匹配；另外，嵌入跨导增强双变压器技术实现宽带输入匹配的同时，还极大的增加了输入级跨导，在有双变压器技术的跨导值在带内均大于无双变压器技术单个管子的跨导，增大了低噪声放大器带内的增益，降低了噪声系数。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。

图1是本发明实施例中一种超宽带低噪声放大器的第一种实现方式的电路图；

图2是本发明实施例中一种超宽带低噪声放大器的第二种实现方式的电路图；

图3是本发明实施例中输入实部和虚部仿真结果示意图；

图4是本发明实施例中跨导增强性能仿真结果示意图；

图5是本发明实施例中中间级匹配网络带通特性仿真结果示意图；

图6是本发明实施例中一种超宽带低噪声放大器的S参数仿真结果示意图；

图7是本发明实施例中一种超宽带低噪声放大器的噪声系数仿真结果示意图；

图8是本发明实施例中一种超宽带低噪声放大器的稳定系数仿真结果示意图；

图9是本发明实施例中一种超宽带低噪声放大器的第三种实现方式的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明提出一种基于电流复用的共源-共源放大器结构的超宽带低噪声放大器。在很宽的工作频段内保证低噪声放大器平坦高增益性能的同时实现较低的直流功耗。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种超宽带低噪声放大器，包括：输入级1、中间级和输出级。

其中，输入级1包括第一变压器、第二变压器和第一晶体管M1，第一变压器包括第一电感L1和第二电感L2，第二变压器包括第三电感L3和第四电感L4。第一变压器为并联-串联栅漏变压器；第一晶体管M1的栅极连接第三电感L3的正端，第三电感L3的负端连接第一电感L1的正端，第一电感L1的负端连接第一直流偏置；输入信号经过隔直电容C1后，输入至第三电感L3的负端；第一晶体管M1的漏极连接第二电感L2的正端，第二电感L2的负端作为输入级的输出端；第一晶体管M1的源极连接第四电感L4的正端，第四电感L4的负端接地。

中间级包括第一偏置电路和中间级匹配网络2，第一偏置电路包括第九电感L9、第二电容C2、第一电阻R1和第三晶体管M3；中间级匹配网络2包括第二晶体管M2、第三电容C3、第五电感L5和第六电感L6。输入级的输出端均连接第九电感L9的一端和第二电容C2的一端，第九电感L9的另一端连接第二晶体管M2的源极，第二电容C2的另一端连接第二晶体管M2的栅极，第二晶体管M2的栅极通过第一电阻R1连接电源VDD，第二晶体管M2的衬底接地；二晶体管的漏极均连接第五电感L5的正端和第三电容C3的一端，第五电感L5的负端连接电源VDD，第三电容C3的另一端连接第六电感L6的正端，第六电感L6的负端连接第三晶体管M3的栅极；其中，第五电感L5和第六电感L6构成第三变压器；第三晶体管M3的源极和衬底均接地，第三晶体管M3的漏极作为中间级的输出端。

输出级包括第二偏置电路和宽带输出匹配网络3，第二偏置电路包括第十电感L10、第四电容C4和第五电容C5，宽带输出匹配网络3包括第四晶体管M4、第二电阻R2、第七电感L7和第八电感L8。第十电感L10的一端作为输出级的输入端，第十电感L10的另一端连接第四晶体管M4的源极；第四晶体管M4的栅极连接第七电感L7的正端，第七电感L7的负端均连接第二电阻R2的一端和第四电容C4的一端，第二电阻R2的另一端连接电源VDD，第四电容C4的另一端连接第十电感L10的一端；第四晶体管M4的漏极均连接第八电感L8的正端和第五电容C5的一端，第八电感L8的负端连接电源VDD，第五电容C5的另一端作为输出级的输出端；第四晶体管M4的衬底接地；其中，第七电感L7和第八电感L8构成第四变压器。

上述放大器的工作原理如下：

输入级基于新型的嵌入跨导增强双变压器技术实现宽带的输入匹配和噪声匹配。基于栅漏并联-串联变压器反馈输入匹配，嵌入跨导增强变压器，形成双变压器。第一电感L1和第二电感L2形成第一个变压器（并联-串联栅漏变压器），第三电感L3和第四电感L4构成第二个变压器（嵌入跨导增强变压器），双变压器和第一晶体管M1形成了宽带的匹配网络，提供了良好输入匹配实部和虚部，如图3所示，实部接近源阻抗50 Ohm，虚部接近0 Ohm。从而实现了宽带的输入匹配。嵌入跨导增强双变压器技术实现宽带输入匹配的同时，还极大的增加了输入级跨导，仿真结果如图4所示，在有双变压器技术的跨导值在带内均大于无双变压器技术单个管子的跨导，增大了低噪声放大器带内的增益，降低了噪声系数。

中间级基于变压器的带通滤波器的中间级匹配网络，由第二晶体管M2、第五电感L5、第六电感L6和第三电容C3组成，第五电感L5和第六电感L6之间进行耦合形成变压器，与第三电容C3和晶体管的漏级电容构成一个带通滤波器，仿真结果如图5，有效优化电路的级间匹配，降低了带内的增益变化，实现平坦的宽带增益曲线。

输出级由第七电感L7和第八电感L8构成栅漏变压器，最终该变压器与第四晶体管M4构成宽带的输出匹配。由于毫米波频率较高，晶体管的漏极寄生电容Cds、互连线及输出焊盘的寄生容性相当明显，使得输出阻抗与50Ohm负载阻抗失配，造成功率反射，降低电路增益。采用第七电感L7能够在特定频率下与寄生电容谐振产生纯阻性，但通常由谐振得到的输出阻抗相对较大，与负载阻抗匹配程度不够高。而实施例的输出级由第七电感L7和第八电感L8构成的栅漏变压器能够把输入端的阻抗通过耦合关系传递到输出端与原输出阻抗进行并联，得到接近50 Ohm宽带的输出阻抗，实现宽带的输出匹配。

在一些可选的实施例中，所述第一晶体管M1的衬底通过第三电阻R3连接到地。

在一些可选的实施例中，中间级还包括第六电容C6，该第六电容C6的一端连接在第二晶体管M2的源极，另一端接地。

在一些可选的实施例中，输出级还包括第七电容C7，该第七电容C7的一端连接在第四晶体管M4的源极，另一端接地。

基于上述提出的技术，最终实现一种能够覆盖多个5G毫米波频段的超宽带平坦高增益的低噪声放大器。该放大器可用于5G毫米波多频段无线通信，工作频带为17～50GHz。在实现宽带平坦高增益性能的同时，拥有更低的噪声系数。实现带宽、增益和噪声之间折衷。S参数仿真结果如图6所示，3dB增益带宽为17-50GHz，相对带宽是98.5%，1dB增益带宽频率范围是18.6-47.3GHz，S11<-10dB的频率范围为16-55GHz，S22<-10dB的频率范围为21.7-50GHz。工作频段内噪声系数<4.5dB,最小的噪声系数为3.2dB，噪声系数仿真结果如图7所示。本实施例的低噪声放大器稳定系数仿真结果如图8，稳定系数均大于1。

综上所述，本实施例的放大器相对于现有技术，至少具有优点及有益效果：

（1）本实施例提出了一种嵌入跨导增强双变压器技术，实现了宽带的输入匹配，同时有效的提升输入级跨导和降低超宽带低噪声放大器的噪声系数。

（2）本实施例提出了一种变压器的带通滤波器的中间级匹配网络，减小了匹配电路的面积，有效的优化电路的级间匹配，降低了带内的增益变化，实现平坦的宽带增益曲线。

（3）本实施例提出了一种基于栅漏变压器的输出匹配网络，提供宽带的输出匹配。输出级栅漏变压器输入端的阻抗通过耦合关系传递到输出端与原输出阻抗进行并联，得到接近50 Ohm宽带的输出阻抗，实现宽带的输出匹配。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种超宽带低噪声放大器，包括：输入级1、中间级和输出级。可选地，中间级和输出级可采用上述实施例一中中间级和输出级的电路结构来实现。

其中，输入级1包括第一变压器、第二变压器和第一晶体管M1，第一变压器包括第一电感L1和第二电感L2，第二变压器包括第三电感L3和第四电感L4。第一变压器为串联-串联栅漏变压器；第一晶体管M1的栅极均连接第一电感L1的正端和第三电感L3的正端，第三电感L3的负端连接第一直流偏置；输入信号经过隔直电容后，输入至第一电感L1的负端；第一晶体管M1的漏极连接第二电感L2的正端，第二电感L2的负端作为输入级的输出端；第一晶体管M1的源极连接第四电感L4的负端，第四电感L4的正端接地。

同样的输入级采用嵌入跨导增强双变压器技术实现宽带的输入匹配和噪声匹配，第一电感L1和第二电感L2形成第一个变压器（串联串联栅漏变压器），第三电感L3和第四电感L4构成第二个变压器（嵌入跨导增强变压器），双变压器和第一晶体管M1形成了宽带的匹配网络，提供了宽带的输入匹配和噪声匹配。实施例二提供了另一种嵌入跨导增强双变压器结构，可实现与实施例一中相同的效果和性能。

实施例三

如图9所示，本实施例提供一种超宽带低噪声放大器，包括：输入级1、中间级和输出级。可选地，输入级1和输出级可采用上述实施例一或实施例二中的电路结构来实现。

其中，中间级包括第一偏置电路和中间级匹配网络2；第一偏置电路包括第十一电感L11、第二电容C2、第二晶体管M2、第一电阻R1、第三电容C3和第三晶体管M3；中间级匹配网络2包括第五电感L5、第六电感L6和第七电感L7；

输入级的输出端均连接第十一电感L11的一端和第二电容C2的一端，第十一电感L11的另一端连接第二晶体管M2的源极，第二电容C2的另一端连接第二晶体管M2的栅极，第二晶体管M2的栅极通过第一电阻R1连接电源VDD，第二晶体管M2的衬底接地；二晶体管的漏极连接第六电感L6的负端，第六电感L6的正端均连接第五电感L5的负端和第七电感L7的一端，第五电感L5的正端连接电源VDD；其中，第五电感L5和第六电感L6构成第三变压器；第七电感L7的另一端通过第三电容C3连接第三晶体管M3的栅极，第三晶体管M3的源极接地，第三晶体管M3的漏极作为中间级的输出端。

实施例四

如图9所示，本实施例提供一种超宽带低噪声放大器，包括：输入级1、中间级和输出级。可选地，输入级1可采用上述实施例一或实施例二中输入级的电路结构来实现，中间级可采用上述实施例一或实施例三中中间级的电路结构来实现。

其中，输出级包括第二偏置电路和宽带输出匹配网络3；第二偏置电路包括第十二电感L12、第四电容C4、第四晶体管M4、第八电感L8和第二电阻R2；宽带输出匹配网络3包括第九电感L9、第十电感L10和第五电容C5；

第十二电感L12的一端作为输出级的输入端，第十二电感L12的另一端连接第四晶体管M4的源极，第四晶体管M4的栅极连接第八电感L8的一端，第八电感L8的另一端均连接第四电容C4的一端和第二电阻R2的一端，第四电容C4的另一端连接第十二电感L12的一端，第二电阻R2的另一端连接电源VDD；第四晶体管M4的衬底接地；第四晶体管M4的漏极连接第十电感L10的正端，第十电感L10的负端均连接第九电感L9的负端和第五电容C5的一端，第九电感L9的正端连接电源VDD，第五电容C5的另一端作为输出级的输出端；其中，第九电感L9和第十电感L10构成第四变压器。

实施例五

本实施例提供一种超宽带低噪声放大器，包括输入级和输出级。

输入级，用于实现宽带的输入匹配，接收输入信号，以及对输入信号进行放大；输入级包括第一变压器、第二变压器和第一晶体管，第一变压器包括第一电感和第二电感，第一电感连接在第一晶体管的栅极上，第二电感连接在第一晶体管的漏极上；第二变压器包括第三电感和第四电感，第三电感连接在第一晶体管的栅极上，第四电感连接在第一晶体管的源极上；放大后的输入信号通过第二电感输出；

输出级，用于实现宽带的输出匹配，输出放大后的信号。

作为一种可选的实施方式，其中输入级可采用上述实施例一或实施例二中输入级的电路结构来实现，而输出级可采用上述实施例一或实施例四中输出级的电路结构来实现。例如：参见图1、图2，输入级中的第二电感的负端直接连接输出级中第十电感的一端。参见图9，输入级中的第二电感的负端连接直接接输出级中第十二电感的一端。

在本实施例中，通过新型的嵌入跨导增强双变压器技术实现宽带的输入匹配和噪声匹配，通过双变压器和第一晶体管形成了宽带的匹配网络，能够提供良好输入匹配实部和虚部，实现了宽带的输入匹配；另外，嵌入跨导增强双变压器技术实现宽带输入匹配的同时，还极大的增加了输入级跨导，在有双变压器技术的跨导值在带内均大于无双变压器技术单个管子的跨导，增大了低噪声放大器带内的增益，降低了噪声系数。

实施例六

本实施例提供一种通信设备包括天线和信号处理模块，所述信号处理模块包括超宽带低噪声放大器，该超宽带低噪声放大器可采用上述实施例一至实施例五中的放大器电路结构来实现。

本实施例的通信设备可以为移动智能终端、平板电脑、智能手环、智能手表、笔记本、智能家居等具有无线通信功能的设备。本实施例的通信设备包含上述的超宽带低噪声放大器，因此具有上述实施例中所述的功能及有益效果。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种超宽带低噪声放大器，其特征在于，包括：

输入级，用于实现宽带的输入匹配和噪声匹配，接收输入信号，以及对所述输入信号进行放大；所述输入级包括第一变压器、第二变压器和第一晶体管，所述第一变压器包括第一电感和第二电感，所述第一电感连接在所述第一晶体管的栅极上，所述第二电感连接在所述第一晶体管的漏极上；所述第二变压器包括第三电感和第四电感，所述第三电感连接在所述第一晶体管的栅极上，所述第四电感连接在所述第一晶体管的源极上；放大后的所述输入信号通过所述第二电感输出；

输出级，用于实现宽带的输出匹配，输出放大后的信号。

2.根据权利要求1所述的一种超宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第一变压器为并联-串联栅漏变压器；

所述第一晶体管的栅极连接所述第三电感的正端，所述第三电感的负端连接所述第一电感的正端，所述第一电感的负端连接第一直流偏置；所述输入信号经过隔直电容后，输入至所述第三电感的负端；

所述第一晶体管的漏极连接所述第二电感的正端，所述第二电感的负端作为所述输入级的输出端；

所述第一晶体管的源极连接所述第四电感的正端，所述第四电感的负端接地。

3.根据权利要求1所述的一种超宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第一变压器为串联-串联栅漏变压器；

所述第一晶体管的栅极均连接所述第一电感的正端和所述第三电感的正端，所述第三电感的负端连接第一直流偏置；所述输入信号经过隔直电容后，输入至所述第一电感的负端；

所述第一晶体管的漏极连接所述第二电感的正端，所述第二电感的负端作为所述输入级的输出端；

所述第一晶体管的源极连接所述第四电感的负端，所述第四电感的正端接地。

4.根据权利要求1所述的一种超宽带低噪声放大器，其特征在于，所述超宽带低噪声放大器还包括中间级，所述中间级的输入端与所述输入级的输出端连接，所述中间级的输出端与所述输出级的输入端连接，所述中间级用于优化放大器电路的级间匹配。

5.根据权利要求4所述的一种超宽带低噪声放大器，其特征在于，所述中间级包括第一偏置电路和中间级匹配网络；

所述第一偏置电路包括第九电感、第二电容、第一电阻和第三晶体管；

所述中间级匹配网络包括第二晶体管、第三电容、第五电感和第六电感；

所述输入级的输出端均连接所述第九电感的一端和所述第二电容的一端，所述第九电感的另一端连接所述第二晶体管的源极，所述第二电容的另一端连接所述第二晶体管的栅极，所述第二晶体管的栅极通过所述第一电阻连接电源VDD；

所述第二晶体管的漏极均连接所述第五电感的正端和所述第三电容的一端，所述第五电感的负端连接电源VDD，所述第三电容的另一端连接第六电感的正端，所述第六电感的负端连接所述第三晶体管的栅极；其中，所述第五电感和所述第六电感构成第三变压器；

所述第三晶体管的源极和衬底均接地，所述第三晶体管的漏极作为所述中间级的输出端。

6.根据权利要求4所述的一种超宽带低噪声放大器，其特征在于，所述中间级包括第一偏置电路和中间级匹配网络；

所述第一偏置电路包括第十一电感、第二电容、第二晶体管、第一电阻、第三电容和第三晶体管；

所述中间级匹配网络包括第五电感、第六电感和第七电感；

所述输入级的输出端均连接所述第十一电感的一端和所述第二电容的一端，所述第十一电感的另一端连接所述第二晶体管的源极，所述第二电容的另一端连接所述第二晶体管的栅极，所述第二晶体管的栅极通过所述第一电阻连接电源VDD；

所述第二晶体管的漏极连接所述第六电感的负端，所述第六电感的正端均连接所述第五电感的负端和第七电感的一端，所述第五电感的正端连接电源VDD；其中，所述第五电感和所述第六电感构成第三变压器；

所述第七电感的另一端通过所述第三电容连接所述第三晶体管的栅极，所述第三晶体管的源极接地，所述第三晶体管的漏极作为所述中间级的输出端。

7.根据权利要求1所述的一种超宽带低噪声放大器，其特征在于，所述输出级包括第二偏置电路和宽带输出匹配网络；

所述第二偏置电路包括第十电感、第四电容和第五电容；

所述宽带输出匹配网络包括第四晶体管、第二电阻、第七电感和第八电感；

所述第十电感的一端作为所述输出级的输入端，所述第十电感的另一端连接所述第四晶体管的源极；

所述第四晶体管的栅极连接所述第七电感的正端，所述第七电感的负端均连接所述第二电阻的一端和所述第四电容的一端，所述第二电阻的另一端连接电源VDD，所述第四电容的另一端连接所述第十电感的一端；

所述第四晶体管的漏极均连接所述第八电感的正端和所述第五电容的一端，所述第八电感的负端连接电源VDD，所述第五电容的另一端作为输出级的输出端；

其中，所述第七电感和所述第八电感构成第四变压器。

8.根据权利要求1所述的一种超宽带低噪声放大器，其特征在于，所述输出级包括第二偏置电路和宽带输出匹配网络；

所述第二偏置电路包括第十二电感、第四电容、第四晶体管、第八电感和第二电阻；

所述宽带输出匹配网络包括第九电感、第十电感和第五电容；

所述第十二电感的一端作为所述输出级的输入端，所述第十二电感的另一端连接所述第四晶体管的源极，所述第四晶体管的栅极连接所述第八电感的一端，所述第八电感的另一端均连接所述第四电容的一端和所述第二电阻的一端，所述第四电容的另一端连接所述第十二电感的一端，所述第二电阻的另一端连接电源VDD；

所述第四晶体管的漏极连接所述第十电感的正端，所述第十电感的负端均连接所述第九电感的负端和所述第五电容的一端，所述第九电感的正端连接电源VDD，所述第五电容的另一端作为输出级的输出端；其中，所述第九电感和所述第十电感构成第四变压器。

9.根据权利要求1所述的一种超宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第一晶体管的衬底通过第三电阻连接到地。

10.一种通信设备，其特征在于，包括天线和信号处理模块，所述信号处理模块包括如权利要求1-9任一项所述的一种超宽带低噪声放大器。

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