CN117081523A - 一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片，属于无线通信技术领域，本发明电路结构为：供电端口VEE、供电端口VT1、供电端口VT2、供电端口VT3与TTL控制电路相连，TTL控制电路又与三位衰减器相连，输入端口RFIN与三位衰减器相连，三位衰减器与分布式低噪声放大器相连，供电端口VDD与分布式低噪声放大器连接，输出端口RFOUT连接于分布式低噪声放大器，解决了现有电路带宽窄、噪声高、稳定性差的问题。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片。
背景技术
根据电磁波的频率或者波长可以将其主要划分为低频（1Hz-100kHz）、无线电（9kHz-300GHz）、光（红外、可见光、紫外、300GHz-3PHz）还有电离辐射比如X射线和γ射线等，对于常用雷达电磁波段又有更细的划分，通常划分为L波段（1-2GHz）、S波段（2-4GHz）、C波段（4-8GHz）、X波段（8-12GHz）、Ku波段（12-18GHz）、K波段（18-27GHz）、Ka波段（27-40GHz）、Q波段（30-50GHz）、U波段（40-60GHz）、V波段（50-75GHz）、E波段（60-90GHz）、W波段（75-110GHz）、F波段（90-140GHz）、D波段（110-170GHz）。由于毫米波的波长短、频带宽的优点和其自身的特殊大气传播特性，使得L波段-Ku波段（1-18GHz）在雷达系统中的应用十分广泛，而低噪声放大器更是收发组件中十分重要的组成部分，其性能、带宽直接影响到了整个系统的性能。目前微波单片集成电路已经是各种高科技武器的主要发展方向，还被运用于各类导弹、信息站、电子战、卫星通讯、海陆空基的现金相控雷达上，可是发明人在使用现有电路的过程中，发现现有的技术还存在带宽窄、噪声高、稳定性差的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的带宽窄、噪声高、稳定性差的问题，本发明提出了一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片，其目的为：提高电路的带宽，降低噪声干扰以及增加电路稳定性。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：
提供了一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片，其中供电端口VEE、供电端口VT1、供电端口VT2、供电端口VT3与TTL控制电路相连，TTL控制电路又与三位衰减器相连，输入端口RFIN与三位衰减器相连，三位衰减器与分布式低噪声放大器相连，供电端口VDD与分布式低噪声放大器连接，输出端口RFOUT连接于分布式低噪声放大器。
较优的，所述三位衰减器由2dB衰减态电路、4dB衰减态电路、8dB衰减态电路、微带线M1、微带线M2、电容C1、电阻R1和Q1晶体管构成，其中输入端口RFIN与Q1晶体管源级相连，输入端口RFIN也与微带线M1相连，TTL控制电路与Q1晶体管栅极相连，Q1晶体管漏极与电阻R1相连，电阻R1另一端接地，TTL控制电路与2dB衰减态电路、4dB衰减态电路、8dB衰减态电路分别相连，2dB衰减态电路一端与微带线M1相连，另一端与4dB衰减态电路连接，4dB衰减态电路另一端连接8dB衰减态电路，8dB衰减态电路一端连接4dB衰减态电路，另一端与微带线M2连接，微带线M2与电容C1串联。
较优的，所述2dB衰减态电路结构为：TTL控制电路与Q3晶体管栅极相连，电阻R2连接于Q3晶体管漏极并接地，微带线M1分别与Q3晶体管源级、Q2晶体管源级、电阻R4相连，Q2晶体管与电阻R4并联，Q2晶体管漏极与电阻R5相连，电阻R5另一端接地，TTL控制电路连接于Q2晶体管栅极，Q2晶体管漏极与Q4晶体管源极相连，Q4晶体管漏极与电阻R3一端相连，电阻R3另一端接地，Q3晶体管栅极与Q4晶体管栅极相连。
较优的，所述4dB衰减态电路结构为：Q5晶体管源级与Q2晶体管漏极相连，Q5晶体管与电阻R6并联，TTL控制电路连接于Q6晶体管栅极，Q6晶体管漏极接地，Q5晶体管的源极与Q6晶体管的源极相连，TTL控制电路与Q5晶体管栅极相连，Q5晶体管漏极与Q7晶体管源极相连，Q7晶体管漏极接地，Q6晶体管栅极与Q7晶体管栅极相连。
较优的，Q5晶体管的漏极与Q8晶体管的源极相连，Q8晶体管与电阻R7并联，Q8晶体管源极与Q9晶体管源极相连，Q9晶体管漏极与电阻R8一端相连，电阻R8另一端接地，Q8晶体管漏极与Q10晶体管源极相连，Q10晶体管漏极与电阻R9一端相连，电阻R9另一端接地，Q8晶体管漏极与Q11晶体管源极相连，Q11晶体管与电阻R10并联，Q11晶体管源极与Q12晶体管源极相连，Q12晶体管漏极与电阻R11一端相连，电阻R11另一端接地，Q11晶体管漏极与Q13晶体管源极相连，Q13晶体管漏极与电阻R12一端相连，电阻R12另一端接地，TTL控制电路与Q9晶体管栅极、Q8晶体管栅极、Q11晶体管栅极相连，Q10晶体管栅极与Q13晶体管栅极相连。
较优的，所述分布式低噪声放大器包括了偏置电路、吸收电路、电容C2、电容C19、电阻R29、第一节电路至第七节电路，其中第一节电路至第七节电路每一节电路结构相同，其中偏置电路与吸收电路串联，偏置电路与吸收电路各自与第一节电路相连，第一电路至第七电路依次串联，电容C19与电阻R29并联并接地，第七节电路与并联的电容C19、电阻R29相连，电容C2与吸收电路相连并接地。
较优的，所述第一节电路包括了微带线M2、微带线M9、电容C4、电容C5、电阻R17、电阻R18、Q15晶体管、Q21晶体管，其结构为：微带线M2连接于Q11晶体管漏极和Q13晶体管源级，微带线M2与Q14晶体管栅极相连，Q14晶体管漏极与Q21晶体管源级相连，电容C4与电阻R17并联，并联的电容C4、电阻R17一端接地，另一端与Q14晶体管源级相连，电容C5与电阻R18并联，并联的电容C5、电阻R18一端接地，另一端与Q21晶体管栅极相连，Q21晶体管漏极与微带线M9相连。
较优的，所述偏置电路包括电阻R13、电阻R14、电阻R16、电容C6，其结构为：电阻R13一端与供电端口VDD连接，另一端连接电阻R16，电阻R14与电容C6并联，并联的电阻R14、电容C6一端接地，另一端连接于电阻R13和电阻R16之间，电阻R16另一端与Q21晶体管栅极相连。
较优的，所述吸收电路包括电感L1、电阻R15、电容C3，其结构为：电感L1一端与供电端口VDD相连，另一端连接于微带线M9，电阻R15一端连接于电感L1和微带线M9之间，另一端与电容C3相连，电容C3另一端接地。
较优的，所述输出端口RFOUT与电容C20一端相连，电容C20另一端连接于分布式低噪声放大器。
较优的，所述的七节分布式低噪声放大器用以提供低噪声系数下的增益。
较优的，所述L1电感、R15电阻、C3电容为吸收电路，用于吸收输出线上的多余信号。
较优的，述C1电容用于隔绝直流电，防止直流通过烧毁电路。
较优的，所述C2电容用于吸收交流信号，防止交流信号通过直流电源。
相比现有技术，本发明的技术方案具有如下优点/有益效果：
1.本发明的分布式低噪声放大器所用的七节分布式结构，拓宽了带宽、使得整个芯片能保持0.8-18GHz的带宽，又因为每一节的结构和晶体管大小均相同，提高了结构的稳定性。
2.本发明采用共源共栅的电路结构，使得低噪声放大器部分可以产生更高的增益，又因为共源共栅结构的成熟可靠，也带来了不错的稳定性，配合前级的衰减器能实现超宽带多增益量的放大。
3.本发明采用的电阻和电容结构的网络可以方便有效地调节电路的稳定性，调节电容和电阻的值即可以提高电路的稳定性，并且该结构有低噪声的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明外围接口结构示意图。
图2是本发明三位数控衰减器的信号通路结构示意图。
图3是本发明三位数控衰减器和分布式低噪声放大器的整体电路结构示意图。
图4是本发明三位数控衰减器2dB衰减态电路结构示意图。
图5是本发明三位数控衰减器4dB衰减态电路结构示意图。
图6是本发明三位数控衰减器8dB衰减态电路结构示意图。
图7是本发明分布式低噪声放大器偏置电路电路结构示意图。
图8是本发明分布式低噪声放大器吸收部分电路结构示意图。
图9是本发明三位数控衰减器2dB衰减态小信号仿真结果示意图。
图10是本发明三位数控衰减器4dB衰减态小信号仿真结果示意图。
图11是本发明三位数控衰减器8dB衰减态小信号仿真结果示意图。
图12是本发明分布式低噪声放大器噪声系数测试结果示意图。
图13是本发明分布式低噪声放大器输出功率测试结果示意图。
图14是本发明全态输入回波测试结果示意图。
图15是本发明全态输出回波测试结果示意图。
图16是本发明三位数控衰减器处于基态情况下的增益测试结果示意图。
具体实施方式
为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。
实施例：
如图1、图2、图3所示，一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片，包括了供电端口VEE、供电端口VT1、供电端口VT2、供电端口VT3、供电端口VDD、TTL控制电路、三位衰减器、输入端口RFIN、分布式低噪声放大器、输出端口RFOUT，所述供电端口VEE、供电端口VT1、供电端口VT2、供电端口VT3与TTL控制电路相连，TTL控制电路又与三位衰减器相连，输入端口RFIN与三位衰减器相连，三位衰减器与分布式低噪声放大器相连，供电端口VDD与分布式低噪声放大器连接，输出端口RFOUT连接于分布式低噪声放大器。
三位衰减器由2dB衰减态电路、4dB衰减态电路、8dB衰减态电路、微带线M1、微带线M2、电容C1、电阻R1和Q1晶体管构成，其中输入端口RFIN与Q1晶体管源级相连，输入端口RFIN也与微带线M1相连，TTL控制电路与Q1晶体管栅极相连，Q1晶体管漏极与电阻R1相连，电阻R1另一端接地，TTL控制电路与2dB衰减态电路、4dB衰减态电路、8dB衰减态电路分别相连，2dB衰减态电路一端与微带线M1相连,另一端与4dB衰减态电路连接，4dB衰减态电路另一端连接于8dB衰减态电路，8dB衰减态电路一端连接于4dB衰减态电路，另一端与微带线M2连接，微带线M2与电容C1串联。
如图4所示，2dB衰减态电路结构为：TTL控制电路与Q3晶体管栅极相连，电阻R2连接于Q3晶体管漏极并接地，微带线M1分别与Q3晶体管源级、Q2晶体管源级、电阻R4相连，Q2晶体管与电阻R4并联，Q2晶体管漏极与电阻R5相连，电阻R5另一端接地，TTL控制电路连接于Q2晶体管栅极，Q2晶体管漏极与Q4晶体管源极相连，Q4晶体管漏极与电阻R3一端相连，电阻R3另一端接地，Q3晶体管栅极与Q4晶体管栅极相连。
如图5所示，4dB衰减态电路结构为：Q5晶体管源级与Q2晶体管漏极相连，Q5晶体管与电阻R6并联，TTL控制电路连接于Q6晶体管栅极，Q6晶体管漏极接地，Q5晶体管的源极与Q6晶体管的源极相连，TTL控制电路与Q5晶体管栅极相连，Q5晶体管漏极与Q7晶体管源极相连，Q7晶体管漏极接地，Q6晶体管栅极与Q7晶体管栅极相连。
如图6所示，8dB衰减态电路结构为：Q5晶体管的漏极与Q8晶体管的源极相连，Q8晶体管与电阻R7并联，Q8晶体管源极与Q9晶体管源极相连，Q9晶体管漏极与电阻R8一端相连，电阻R8另一端接地，Q8晶体管漏极与Q10晶体管源极相连，Q10晶体管漏极与电阻R9一端相连，电阻R9另一端接地，Q8晶体管漏极与Q11晶体管源极相连，Q11晶体管与电阻R10并联，Q11晶体管源极与Q12晶体管源极相连，Q12晶体管漏极与电阻R11一端相连，电阻R11另一端接地，Q11晶体管漏极与Q13晶体管源极相连，Q13晶体管漏极与电阻R12一端相连，电阻R12另一端接地，TTL控制电路与Q9晶体管栅极、Q8晶体管栅极、Q11晶体管栅极相连，Q10晶体管栅极与Q13晶体管栅极相连。
分布式低噪声放大器包括了偏置电路、吸收电路、电容C2、电容C19、电阻R29、第一节电路至第七节电路，其中第一节电路至第七节电路每一节电路结构相同，其中偏置电路与吸收电路串联，偏置电路与吸收电路各自与第一节电路相连，第一电路至第七电路依次串联，电容C19与电阻R29并联并接地，第七节电路与并联的电容C19、电阻R29相连，电容C2与吸收电路相连并接地。
其中第一节电路包括了微带线M2、微带线M9、电容C4、电容C5、电阻R17、电阻R18、Q15晶体管、Q21晶体管，其结构为：微带线M2连接于Q11晶体管漏极和Q13晶体管源级，微带线M2与Q14晶体管栅极相连，Q14晶体管漏极与Q21晶体管源级相连，电容C4与电阻R17并联，并联的电容C4、电阻R17一端接地，另一端与Q14晶体管源级相连，电容C5与电阻R18并联，并联的电容C5、电阻R18一端接地，另一端与Q21晶体管栅极相连，Q21晶体管漏极与微带线M9相连。
如图7所示，偏置电路包括电阻R13、电阻R14、电阻R16、电容C6，其结构为：电阻R13一端与供电端口VDD连接，另一端连接电阻R16，电阻R14与电容C6并联，并联的电阻R14、电容C6一端接地，另一端连接于电阻R13和电阻R16之间，电阻R16另一端与Q21晶体管栅极相连。
如图8所示，吸收电路包括电感L1、电阻R15、电容C3，其结构为：电感L1一端与供电端口VDD相连，另一端连接于微带线M9，电阻R15一端连接于电感L1和微带线M9之间，另一端与电容C3相连，电容C3另一端接地。
输出端口RFOUT与电容C20一端相连，电容C20另一端连接于分布式低噪声放大器。
如图9所示，本发明在2dB衰减态时衰减精度在±0.2dB。
如图10所示，本发明在4dB衰减态时衰减精度在±0.2dB。
如图11所示，本发明在8dB衰减态时的衰减精度在±0.5dB。
综上所述，本发明具备衰减精度高的优点。
如图12所示，本发明在全范围内噪声＜9dB,具有低噪声的优点，在保证所需功率和噪声的情况下提高了带宽。
如图13所示，本发明输入P1dB在0.8-4GHz内＞8dBm，在4-18GHz内＞6dBm。
如图14和图15所示，本发明输入输出回波均大于10，该芯片具有超宽带、低噪声、低驻波的优势，综上所述，本发明有衰减精度高的优点，同时将三位数控衰减器和分布式低噪声放大器集成在一个多功能芯片上。
如图16所示，信号增益在8-12dB。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片，其特征在于，包括供电端口VEE、供电端口VT1、供电端口VT2、供电端口VT3、供电端口VDD、TTL控制电路、三位衰减器、输入端口RFIN、分布式低噪声放大器、输出端口RFOUT，所述供电端口VEE、供电端口VT1、供电端口VT2、供电端口VT3与TTL控制电路相连，TTL控制电路又与三位衰减器相连，输入端RFIN与三位衰减器相连，三位衰减器与分布式低噪声放大器相连，供电端口VDD与分布式低噪声放大器连接，输出端口RFOUT连接于分布式低噪声放大器。
2.根据权利要求1所述的一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片，其特征在于，所述三位衰减器由2dB衰减态电路、4dB衰减态电路、8dB衰减态电路、微带线M1、微带线M2、电容C1、电阻R1和Q1晶体管构成，其中输入端口RFIN与Q1晶体管源级相连，输入端口RFIN也与微带线M1相连，TTL控制电路与Q1晶体管栅极相连，Q1晶体管漏极与电阻R1相连，电阻R1另一端接地，TTL控制电路与2dB衰减态电路、4dB衰减态电路、8dB衰减态电路分别相连，2dB衰减态电路一端与微带线M1相连，2dB衰减态电路另一端与4dB衰减态电路连接，4dB衰减态电路另一端连接于8dB衰减态电路，8dB衰减态电路一端连接于4dB衰减态电路，8dB衰减态电路另一端与微带线M2连接，微带线M2与电容C1串联。
3.根据权利要求2所述的一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片，其特征在于，所述2dB衰减态电路结构为：TTL控制电路与Q3晶体管栅极相连，电阻R2连接于Q3晶体管漏极并接地，微带线M1分别与Q3晶体管源级、Q2晶体管源级、电阻R4相连，Q2晶体管与电阻R4并联，Q2晶体管漏极与电阻R5相连，电阻R5另一端接地，TTL控制电路连接于Q2晶体管栅极，Q2晶体管漏极与Q4晶体管源极相连，Q4晶体管漏极与电阻R3一端相连，电阻R3另一端接地，Q3晶体管栅极与Q4晶体管栅极相连。
4.根据权利要求2所述的一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片，其特征在于，所述4dB衰减态电路结构为：Q5晶体管源级与Q2晶体管漏极相连，Q5晶体管与电阻R6并联，TTL控制电路连接于Q6晶体管栅极，Q6晶体管漏极接地，Q5晶体管的源极与Q6晶体管的源极相连，TTL控制电路与Q5晶体管栅极相连，Q5晶体管漏极与Q7晶体管源极相连，Q7晶体管漏极接地，Q6晶体管栅极与Q7晶体管栅极相连。
5.根据权利要求2所述的一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片，其特征在于，所述8dB衰减态电路结构为：Q5晶体管的漏极与Q8晶体管的源极相连，Q8晶体管与电阻R7并联，Q8晶体管源极与Q9晶体管源极相连，Q9晶体管漏极与电阻R8一端相连，电阻R8另一端接地，Q8晶体管漏极与Q10晶体管源极相连，Q10晶体管漏极与电阻R9一端相连，电阻R9另一端接地，Q8晶体管漏极与Q11晶体管源极相连，Q11晶体管与电阻R10并联，Q11晶体管源极与Q12晶体管源极相连，Q12晶体管漏极与电阻R11一端相连，电阻R11另一端接地，Q11晶体管漏极与Q13晶体管源极相连，Q13晶体管漏极与电阻R12一端相连，电阻R12另一端接地，TTL控制电路与Q9晶体管栅极、Q8晶体管栅极、Q11晶体管栅极相连，Q10晶体管栅极与Q13晶体管栅极相连。
6.根据权利要求1所述的一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片，其特征在于，所述分布式低噪声放大器包括了偏置电路、吸收电路、电容C2、电容C19、电阻R29、第一节电路至第七节电路，其中第一节电路至第七节电路每一节电路结构相同，其中偏置电路与吸收电路串联，偏置电路与吸收电路各自与第一节电路相连，第一电路至第七电路依次串联，电容C19与电阻R29并联并接地，第七节电路与并联的电容C19、电阻R29相连，电容C2与吸收电路相连并接地。
7.根据权利要求6所述的一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片，其特征在于，所述第一节电路包括微带线M2、微带线M9、电容C4、电容C5、电阻R17、电阻R18、Q15晶体管、Q21晶体管，其结构为：微带线M2连接于Q11晶体管漏极和Q13晶体管源级，微带线M2与Q14晶体管栅极相连，Q14晶体管漏极与Q21晶体管源级相连，电容C4与电阻R17并联，并联的电容C4、电阻R17一端接地，另一端与Q14晶体管源级相连，电容C5与电阻R18并联，并联的电容C5、电阻R18一端接地，另一端与Q21晶体管栅极相连，Q21晶体管漏极与微带线M9相连。
8.根据权利要求6所述的一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片，其特征在于，所述偏置电路包括电阻R13、电阻R14、电阻R16、电容C6，其结构为：电阻R13一端与供电端口VDD连接，另一端连接电阻R16，电阻R14与电容C6并联，并联的电阻R14、电容C6一端接地，另一端连接于电阻R13和电阻R16之间，电阻R16另一端与Q21晶体管栅极相连。
9.根据权利要求8所述的一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片，其特征在于，所述吸收电路包括电感L1、电阻R15、电容C3，其结构为：电感L1一端与供电端口VDD相连，另一端连接于微带线M9，电阻R15一端连接于电感L1和微带线M9之间，另一端与电容C3相连，电容C3另一端接地。
10.根据权利要求1所述的一种宽带衰减低噪声放大多功能芯片，其特征在于，所述输出端口RFOUT与电容C20一端相连，电容C20另一端连接于分布式低噪声放大器。
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