CN217388653U - 级联放大器、射频芯片及电子装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种级联放大器、射频芯片及电子装置。所述级联放大器包括:第一级放大器,所述第一级放大器的第一端作为级联放大器射频信号输入端;第二级放大器,所述第二级放大器的第一端与所述第一级放大器的第二端相连,所述第二级放大器的第二端作为级联放大器射频信号输出端;其中,所述级联放大器中包括至少一个低耦合电感对,所述低耦合电感对为感应磁场方向相反的电感对。本申请实施例的级联放大器可以满足多种需求,灵活性高,且功耗小,尺寸小,成本低,噪声低。
Description
技术领域
本申请涉及电子技术领域,具体而言,涉及一种级联放大器、射频芯片及电子装置。
背景技术
随着通讯技术的发展,特别是5G技术的出现,高频无线通讯技术成为了无线通信的重要发展方向。
高频无线通讯技术多采用MIMO,需要大量、不同功能或性能的放大器为信号链路提供增益。因此,高频无线通讯技术对多级级联放大器的性能提出了更高的要求,例如集成度、噪声性能、功耗、小型化等。
现有射频或高频放大器芯片大都是基于晶体管、集中参数元件电感、集中参数元件电容、电阻、微带线等元件构成。在所述元件中,电感、微带线、电容等会由于信号激励会产生电磁辐射和其他感应磁场或电场等,这些物理场会影响其他元件的布置和正常工作。在放大器的设计或制造中,为了解决元件间的电磁兼容问题,现有方法是通过保持各元件的较大的布置间距来实现电磁兼容,这会导致放大器的尺寸较大,不便于高密度集成,不便于降低成本。另外,电磁辐射、感应磁场或电场会造成能量损耗,牺牲了放大器的性能。为了实现高频无线通讯技术普及化,降低元器件的成本和提高元器件的性能是迫切需要解决的问题。
实用新型内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题,本申请提供了一种级联放大器、射频芯片及电子装置。
第一方面,本申请提供一种级联放大器,所述级联放大器包括:
第一级放大器,所述第一级放大器的第一端作为级联放大器射频信号输入端;
第二级放大器,所述第二级放大器的第一端与所述第一级放大器的第二端相连,所述第二级放大器的第二端作为级联放大器射频信号输出端;
其中,所述级联放大器中包括至少一个低耦合电感对,所述低耦合电感对为感应磁场方向相反的电感对。
本申请实施例中,所述第一级放大器包括第一放大器核心单元、第二放大器核心单元、第三放大器核心单元、第四放大器核心单元和第五放大器核心单元中的任一种放大器核心单元;
所述第二级放大器包括第一放大器核心单元、第二放大器核心单元、第三放大器核心单元、第四放大器核心单元和第五放大器核心单元中的任一种放大器核心单元;
其中,第一级放大器中的放大器核心单元的射频信号输入端作为第一级放大器的第一端,第一级放大器中的放大器核心单元的射频信号输出端作为第一级放大器的第二端,
第二级放大器中的放大器核心单元的射频信号输入端作为第二级放大器的第一端,第二级放大器中的放大器核心单元的射频信号输出端作为第二级放大器的第二端。
本申请实施例中,所述第一放大器核心单元包括:
第一场效应管,所述第一场效应管包括漏极、栅极和源极,所述第一场效应管的源极与第一源极偏置电源端相连,所述第一场效应管用于放大输入所述第一场效应管栅极的射频信号;
第一漏极匹配电路,所述第一漏极匹配电路的第一端与所述第一场效应管的漏极相连,所述第一漏极匹配电路的第二端与第一射频信号输出端相连,所述第一漏极匹配电路的第三端与第一漏极偏置电源端相连;
第一栅极匹配电路,所述第一栅极匹配电路的第一端与所述第一场效应管的栅极相连,所述第一栅极匹配电路的第二端与第一射频信号输入端相连,所述第一栅极匹配电路的第三端与第一栅极偏置电源端相连。
本申请实施例中,所述第一栅极匹配电路包括第一低耦合电感对,所述第一低耦合电感对为感应磁场方向相反的电感对;
所述第一低耦合电感对包括:
第十三电感,所述第十三电感的第二端与所述第一场效应管的栅极相连;
第十四电感,所述第十四电感的第一端与所述第十三电感的第一端相连,所述第十四电感的第二端与所述第一栅极偏置电源端相连;
其中,所述第十三电感和所述第十四电感的感应磁场方向相反;
所述第一栅极匹配电路还包括:
第十三电容,所述第十三电容的第一端与所述第一射频信号输入端相连,所述第十三电容的第二端与所述第十三电感的第一端相连。
本申请实施例中,所述第二放大器核心单元包括:
第二场效应管,所述第二场效应管包括漏极、栅极和源极,所述第二场效应管的源极与第二源极偏置电源端相连,所述第二场效应管用于放大输入所述第二场效应管栅极的射频信号;
第二漏极匹配电路,所述第二漏极匹配电路的第一端与所述第二场效应管的漏极相连,所述第二漏极匹配电路的第二端与第二射频信号输出端相连,所述第二漏极匹配电路的第三端与第二漏极偏置电源端相连;
第二栅极匹配电路,所述第二栅极匹配电路的第一端与所述第二场效应管的栅极相连,所述第二栅极匹配电路的第二端与第二射频信号输入端相连,所述第二栅极匹配电路的第三端与第二栅极偏置电源端相连。
本申请实施例中,所述第二漏极匹配电路包括第二低耦合电感对,所述第二低耦合电感对为感应磁场相反的电感对;
所述第二低耦合电感对包括:
第二十一电感,所述第二十一电感的第一端与所述第二场效应管的漏极相连;
第二十二电感,所述第二十二电感的第一端与第二漏极偏置电源端相连,所述第二十二电感的第二端与所述第二十一电感的第二端相连;
其中,所述第二十一电感和所述第二十二电感的感应磁场方向相反;
所述第二漏极匹配电路还包括:
第二十一电容,所述第二十一电容的第一端与所述第二十一电感的第二端相连,所述第二十一电容的第二端与所述第二射频信号输出端相连;
第二十二电容,所述第二十二电容的第一端与所述第二十二电感的第一端相连,所述第二十二电容的第二端接地。
本申请实施例中,所述第二栅极匹配电路包括:
第二十三感性单元,所述第二十三感性单元的第二端与所述第二场效应管的栅极相连;
第二十四感性单元,所述第二十四感性单元的第一端与所述第二十三感性单元的第一端相连,所述第二十四感性单元的第二端与所述第二栅极偏置电源端相连;
第二十三电容,所述第二十三电容的第一端与所述第二射频信号输入端相连,所述第二十三电容的第二端与所述第二十三感性单元的第一端相连;
其中,所述第二十三感性单元为电感、微带线或电感与微带线组合中的一种,和/或所述第二十四感性单元为电感、微带线或电感与微带线组合中的一种。
本申请实施例中,所述第二十三感性单元和第二十四感性单元为第六低耦合电感对,所述第六低耦合电感对为感应磁场相反的电感对。
本申请实施例中,所述第三放大器核心单元包括:
第三场效应管,所述第三场效应管包括漏极、栅极和源极,所述第三场效应管的源极与第三源极偏置电源端相连,所述第三场效应管用于放大输入所述第三场效应管栅极的射频信号;
第三漏极匹配电路,所述第三漏极匹配电路的第一端所述第三场效应管的漏极相连,所述第三漏极匹配电路的第二端与第三射频信号输出端相连,所述第三漏极匹配电路的第三端与第三漏极偏置电源端相连;
第三栅极匹配电路,所述第三栅极匹配电路的第一端与所述第三场效应管的栅极相连,所述第三栅极匹配电路的第二端与第三射频信号输入端相连,所述第三栅极匹配电路的第三端与第三栅极偏置电源端相连;
第三反馈电路,所述第三反馈电路的第一端与所述第三栅极匹配电路的第一端相连,所述第三反馈电路的第二端与所述第三漏极匹配电路的第四端相连。
本申请实施例中,所述第三漏极匹配电路包括第三低耦合电感对,所述第三低耦合电感对为感应磁场方向相反的电感对;
所述第三低耦合电感对包括:
第三十一电感,所述第三十一电感的第一端与所述第三场效应管的漏极相连,所述第三十一电感的第二端与第三反馈电路的第二端相连;
第三十二电感,所述第三十二电感的第一端与第三漏极偏置电源端相连,所述第三十二电感的第二端与所述第三十一电感的第二端相连;
其中,所述第三十一电感和所述第三十二电感的感应磁场方向相反;
所述第三漏极匹配电路还包括:
第三十一电容,所述第三十一电容的第一端与所述第三十一电感的第二端相连,所述第三十一电容的第二端与所述第三射频信号输出端相连;
第三十二电容,所述第三十二电容的第一端与所述第三十二电感的第一端相连,所述第三十二电容的第二端接地。
本申请实施例中,所述第四放大器核心单元包括:
第四场效应管,所述第四场效应管包括漏极、栅极和源极,所述第四场效应管用于从所述第四场效应管的栅极接收待放大射频信号,将所述待放大射频信号放大后,从所述第四场效应管的漏极输出反相放大信号,从所述第四场效应管的源极输出同相放大信号;
第四漏极匹配电路,所述第四漏极匹配电路的第一端与所述第四场效应管的漏极相连,所述第四漏极匹配电路的第三端与第四漏极偏置电源端相连,所述第四漏极匹配电路用于将所述第四场效应管的漏极输出阻抗匹配至第一目标阻抗,所述第一目标阻抗为第四漏极匹配电路的第二端的输出阻抗,所述第四漏极匹配电路还用于将所述反相放大信号传输至所述第四漏极匹配电路的第二端成为第一放大信号;
第四源极匹配电路,所述第四源极匹配电路的第一端与所述第四场效应管的源极相连,所述第四源极匹配电路的第三端与第四源极偏置电源端相连,所述第四源极匹配电路用于将所述第四场效应管的源极输出阻抗匹配至第二目标阻抗,所述第二目标阻抗为第四源极匹配电路的第二端的输出阻抗,所述第四源极匹配电路还用于将所述反相放大信号传输至所述第四源极匹配电路的第二端成为第二放大信号;
第四栅极匹配电路,所述第四栅极匹配电路的第一端与所述第四场效应管的栅极相连,所述第四栅极匹配电路的第二端与第四射频信号输入端相连,所述第四栅极匹配电路的第三端与第四栅极偏置电源端相连;
其中,所述第一放大信号与所述第二放大信号直接合成,合成后的公共端连接第四射频信号输出端输出合成后的信号,或
所述第四放大器核心单元还包括阻抗变换电路,所述第一放大信号与所述第二放大信号直接合成,所述阻抗变换电路的第一端连接合成后的公共端,所述阻抗变换电路的第二端连接第四射频信号输出端输出合成后的信号,或
所述第四放大器核心单元还包括合成电路,所述第一放大信号的输出端与所述合成电路的第一端相连,所述第二放大信号的输出端与所述合成电路的第二端相连,所述第一放大信号和第二放大信号通过所述合成电路合成,所述合成电路的第三端连接第四射频信号输出端输出合成后的信号,或
所述第四放大器核心单元还包括合成电路和阻抗变换电路,所述第一放大信号的输出端与所述合成电路的第一端相连,所述第二放大信号的输出端与所述合成电路的第二端相连,所述第一放大信号和第二放大信号通过所述合成电路合成,所述合成电路的第三端连接所述阻抗变换电路的第一端,所述阻抗变换电路的第二端连接第四射频信号输出端输出合成后的信号。
本申请实施例中,所述第四漏极匹配电路包括:
第四十一感性单元,所述第四十一感性单元的第二端与所述第四场效应管的漏极相连,
第四十二感性单元,所述第四十二感性单元的第一端与第四漏极偏置电源端相连,所述第四十二感性单元的第二端与所述第四十一感性单元的第一端相连,
第四十三感性单元,所述第四十三感性单元的第一端与第四十一感性单元的第一端相连,所述第四十三感性单元的第二端为第四漏极匹配电路的第二端,
第四十三电容,所述第四十三电容的第一端与所述第四漏极偏置电源端相连,所述第四十三电容的第二端接地;
所述第四源极匹配电路包括:
第四十四感性单元,所述第四十四感性单元的第一端与第四场效应管的源极相连,
第四十五感性单元,所述第四十五感性单元的第一端与第四十四感性单元的第二端相连,第四十五感性单元的第二端与第四源极偏置电源端相连,
第四十一电容,所述第四十一电容的第一端与所述第四十四感性单元的第二端相连,所述第四十一电容的第二端为第四源极匹配电路的第二端。
本申请实施例中,所述第四漏极匹配电路包括第四低耦合电感对,所述第四低耦合电感对包括所述第四十一感性单元和第四十二感性单元,所述第四十一感性单元和第四十二感性单元为感应磁场相反的电感对;和/或
所述第四源极匹配电路包括第七低耦合电感对,所述第七低耦合电感对包括第四十四感性单元和第四十五感性单元,所述第四十四感性单元和第四十五感性单元为感应磁场相反的电感对;和/或
所述第四栅极匹配电路包括第八低耦合电感对,所述第八低耦合电感对为感应磁场相反的电感对。
本申请实施例中,所述第五放大器核心单元包括:
第五场效应管,所述第五场效应管包括漏极、栅极和源极,所述第五场效应管的源极与第五源极偏置电源端相连,所述第五场效应管用于放大输入所述第五场效应管栅极的射频信号;
第五漏极匹配电路,所述第五漏极匹配电路的第一端与所述第五场效应管的漏极相连,所述第五漏极匹配电路的第二端与第五射频信号输出端相连,所述第五漏极匹配电路的第三端与所述第五漏极偏置电源端相连;
增益均衡电路,所述增益均衡电路的第二端与所述第五场效应管的栅极相连;
第五栅极匹配电路,所述第五栅极匹配电路的第一端与第五射频信号输入端相连,所述第五栅极匹配电路的第二端与所述增益均衡电路的第一端相连,所述第五栅极匹配电路的第三端与所述第五栅极偏置电源端相连。
本申请实施例中,所述第五漏极匹配电路包括第五低耦合电感对,所述第五低耦合电感对为感应磁场相反的电感对;
所述第五低耦合电感对包括:
第五十一电感,所述第五十一电感的第一端与第五漏极偏置电源端相连;
第五十二电感,所述第五十二电感的第一端与所述第五十一电感的第二端相连,所述第五十二电感的第二端与所述第五场效应管的漏极相连;
其中,第五十一电感和第五十二电感为感应磁场相反的电感对;
所述第五漏极匹配电路还包括:
第五十三感性单元,所述第五十三感性单元的第一端与所述第五十一电感的第二端相连;
第五十二电容,所述第五十二电容的第一端与所述第五十三感性单元的第二端相连,所述第五十二电容的第二端与所述第五射频信号输出端相连;
第五十三电容,所述第五十三电容的第一端与所述第五十一电感的第一端相连,所述第五十三电容的第二端接地;
其中,所述第五十三感性单元为电感、微带线或电感和微带线的组合中的一种。
本申请实施例中,所述第一级放大器的漏极偏置电源端与第一级漏极电源相连,所述第一级放大器的源极偏置电源端接地,所述第一级放大器的栅极偏置电源端通过第一级放大器第一单元接地,所述第一级放大器的栅极偏置电源端还与第一级栅极电源相连;
所述第二级放大器的漏极偏置电源端与第二级漏极电源相连,所述第二级放大器的源极偏置电源端接地,所述第二级放大器的栅极偏置电源端通过第二级放大器第一单元接地,所述第二级放大器的栅极偏置电源端还与第二级栅极电源相连;
其中,所述第一级放大器第一单元为电容,所述第二级放大器第一单元为电容。
本申请实施例中,所述第一级放大器的漏极偏置电源端与第一级漏极电源相连,所述第一级放大器的源极偏置电源端通过第一级放大器第二单元接地,所述第一级放大器的栅极偏置电源端接地;
所述第二级放大器的漏极偏置电源端与第二级漏极电源相连,所述第二级放大器的源极偏置电源端通过第二级放大器第二单元接地,所述第二级放大器的栅极偏置电源端接地;
其中,所述第一级放大器第二单元为并联的电阻和电容,所述第二级放大器第二单元为并联的电阻和电容。
本申请实施例中,所述第一级放大器的源极偏置电源端通过第一级放大器第二单元接地,所述第一级放大器的栅极偏置电源端接地;
所述第二级放大器的源极偏置电源端通过第二级放大器第三单元与所述第一级放大器的漏极偏置电源端相连,所述第二级放大器的源极偏置电源端还通过第二级放大器第一单元接地,
所述第二级放大器的漏极偏置电源端与第二级漏极电源相连,所述第二级放大器的漏极偏置电源端还与第二级放大器分压单元的第一端相连,
所述第二级放大器的栅极偏置电源端通过第二级放大器的第一单元接地,所述第二级放大器的栅极偏置电源端还与所述第二级放大器分压单元的第二端相连,
其中,所述第一级放大器第二单元为并联的电阻和电容,所述第二级放大器第一单元为电容,所述第二级放大器第三单元为低通滤波器,
所述第二级放大器分压单元包括第一电阻和第二电阻,所述第一电阻的第二端与第二电阻的第一端相连,所述第二电阻的第二端接地,所述第一电阻的第一端为所述第二级放大器分压单元的第一端,所述第一电阻的第二端为所述第二级放大器分压单元的第二端。
本申请实施例中,所述第一级放大器的源极偏置电源端接地,所述第一级放大器的栅极偏置电源端通过第一级放大器第一单元接地,所述第一级放大器的栅极偏置电源端还与第一级栅极电源相连;
所述第二级放大器的源极偏置电源端通过第二级放大器第三单元与所述第一级放大器的漏极偏置电源端相连,所述第二级放大器的源极偏置电源端还通过第二级放大器第一单元接地,
所述第二级放大器的漏极偏置电源端与第二级漏极电源相连,所述第二级放大器的漏极偏置电源端还与第二级放大器分压单元的第一端相连,
所述第二级放大器的栅极偏置电源端通过第二级放大器第一单元接地,所述第二级放大器的栅极偏置电源端还与所述第二级放大器分压单元的第二端相连,
其中,所述第一级放大器第一单元为电容,所述第二级放大器第一单元为电容,所述第二级放大器第三单元为低通滤波器,
所述第二级放大器分压单元包括第一电阻和第二电阻,所述第一电阻的第二端与第二电阻的第一端相连,所述第二电阻的第二端接地,所述第一电阻的第一端为所述第二级放大器分压单元的第一端,所述第一电阻的第二端为所述第二级放大器分压单元的第二端。
本申请实施例中,所述第十三电感和第十四电感均为螺旋电感并且在所述放大器中被布置为螺旋方向相反。
本申请实施例中,所述第十三电感和第十四电感在所述放大器中被布置为互为镜像布置。
本申请实施例中,所述第十三电感由第一微带线组成且第一微带线绕成第一螺旋图案,所述第十四电感由第二微带线组成且第二微带线绕成第二螺旋图案,其中所述第一微带线的第一端和第二端分别作为所述第十三电感的第一端和第二端,所述第二微带线的第一端和第二端分别作为所述第十四电感的第一端和第二端,所述第一微带线的第二端和所述第二微带线的第二端连接在一起使得所述第一微带线和所述第二微带线形成一合并微带线。
本申请实施例中,所述第一和第二螺旋图案没有交叠,并在平行于所述放大器的布线层的方向上邻近但相距一定距离。
本申请实施例中,所述合并微带线由多层金属材料构成,其中每层金属材料位于所述放大器的不同布线层中。
本申请实施例中,所述合并微带线由单层金属材料构成,其中所述单层金属材料位于所述放大器的相同或不同布线层中。
第二方面,提供了一种射频芯片,所述射频芯片包括衬底,以及衬底上的如上所述的放大器。
第三方面,提供了一种电子装置,包括如上所述的射频芯片。
本申请实施例提供了一种级联放大器,所述级联放大器包括:第一级放大器,所述第一级放大器的第一端作为级联放大器射频信号输入端;第二级放大器,所述第二级放大器的第一端与所述第一级放大器的第二端相连,所述第二级放大器的第二端作为级联放大器射频信号输出端;其中,所述级联放大器中包括至少一个低耦合电感对,所述低耦合电感对为感应磁场方向相反的电感对。本申请实施例的级联放大器可以满足多种需求,灵活性高,且功耗小,尺寸小,成本低,噪声低。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1至图11为本申请的实施例中的级联放大器的电路示意图;
图12为本申请的实施例中的射频芯片的示意图;
图13为本申请的实施例中的第一低耦合电感对在级联放大器中的布置示意图;
图14为本申请的实施例中的电子装置的示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,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的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。
本申请实施例提供的级联放大器,可以作为独立元器件应用,或可以应用于射频芯片或系统集成。
如图1所示,所述级联放大器包括:
第一级放大器1000,所述第一级放大器1000的第一端作为级联放大器射频信号输入端RFIN;
第二级放大器2000,所述第二级放大器2000的第一端与所述第一级放大器1000的第二端相连,所述第二级放大器2000的第二端作为级联放大器射频信号输出端RFOUT;
其中,所述级联放大器中包括至少一个低耦合电感对,所述低耦合电感对为感应磁场方向相反的电感对。
本申请实施例中,所述第一级放大器1000包括第一放大器核心单元100、第二放大器核心单元200、第三放大器核心单元300、第四放大器核心单元400和第五放大器核心单元500中的任一种放大器;
所述第二级放大器2000包括第一放大器核心单元100、第二放大器核心单元200、第三放大器核心单元300、第四放大器核心单元400和第五放大器核心单元500中的任一种放大器核心单元。
本申请实施例中,第一级放大器1000的射频信号输入端作为第一级放大器1000的第一端,第一级放大器1000中的放大器核心单元的射频信号输出端作为第一级放大器1000的第二端;
第二级放大器2000的射频信号输入端作为第二级放大器2000的第一端,第二级放大器2000中的放大器核心单元的射频信号输出端作为第二级放大器2000的第二端。
本申请实施例的级联放大器,可以根据不同需求实现多种的、不同的放大器核心单元的级联,实现多种功能,例如低噪声、高功率、高增益等,灵活性高。
本申请实施例提供了一种第一放大器核心单元100,如图2所示,所述第一放大器核心单元100包括:
第一场效应管1110,所述第一场效应管1110包括漏极、栅极和源极,所述第一场效应管1110的源极与第一源极偏置电源端VS1相连,所述第一场效应管1110用于放大输入第一场效应管1110栅极的射频信号;
第一漏极匹配电路1120,所述第一漏极匹配电路1120的第一端与所述第一场效应管1110的漏极相连,所述第一漏极匹配电路1120的第二端与第一射频信号输出端RFOUT1相连,所述第一漏极匹配电路1120的第三端与第一漏极偏置电源端VD1相连;
所述第一栅极匹配电路1130,所述第一栅极匹配电路1130的第一端与所述第一场效应管1110的栅极相连,所述第一栅极匹配电路1130的第二端与第一射频信号输入端RFIN1相连,所述第一栅极匹配电路1130的第三端与第一栅极偏置电源端VG1相连。
本申请实施例中的场效应管,三个极分别为源极(Source,S极)、栅极(Gate,G极)和漏极(Drain,D极),在此不再赘述。
所述第一栅极匹配电路1130包括第一低耦合电感对1131,所述第一低耦合电感对1131为感应磁场方向相反的电感对;
所述第一低耦合电感对1131包括:
第十三电感L13,所述第十三电感L13的第二端与所述第一场效应管1110的栅极相连;
第十四电感L14,所述第十四电感L14的第一端与所述第十三电感L13的第一端相连,所述第十四电感L14的第二端与所述第一栅极偏置电源端VG1相连;
其中,所述第十三电感L13和所述第十四电感L14的感应磁场方向相反;
所述第一栅极匹配电路1130还包括:
第十三电容C13,所述第十三电容C13的第一端与所述第一射频信号输入端RFIN1相连,所述第十三电容C13的第二端与所述第十三电感L13的第一端相连。
本申请实施例中,第十三电感L13和第十四电感L14可以是平面螺旋电感,第十三电感L13的螺旋方向和第十四电感L14的螺旋方向相反。
在本申请的其他实施例中,第十三电感L13和第十四电感L14还可以是其他能够实现感应磁场方向相反的结构以及物理布局,在此不再赘述。
电感上有信号激励时会产生感应磁场,该感应磁场会产生感应电场,感应电场会产生辐射,从而产生能量损耗;因此,第十三电感L13和第十四电感L14上有信号激励时也会产生感应磁场,感应磁场产生的感应电场会产生能量损耗。
本申请实施例中,第十三电感L13和第十四电感L14的感应磁场方向相反,使得第十三电感L13的感应磁场产生的感应电场和第十四电感L14的感应磁场产生的感应电场的方向也相反,两个相反的感应电场可以部分抵消,使得感应电场产生的辐射降低,从而降低了能量损耗。
由于第十三电感L13和第十四电感L14之间的感应电场部分抵消,因此第十三电感L13和第十四电感L14之间的物理距离可以更接近,从而可以降低电路的尺寸,降低成本。
本申请实施例中,第一栅极匹配电路1130包括第一低耦合电感对1131,第一低耦合电感对1131为一对感应磁场方向相反的第十三电感L13和第十四电感L14,可以降低互耦,同时降低能量损耗。此外,第十三电感L13和第十四电感L14之间的物理距离可以更接近,能够减小电路的尺寸,降低成本。
本申请实施例的第一放大器核心单元100中的第一漏极匹配电路1120包括第十一感性单元L11、第十二感性单元L12、第十一电容C11和第十二电容C12,其中第十二电容C12的第一端与第一漏极偏置电源端VD1相连,其他器件的连接方式如图2所示,在此不再赘述。
本申请实施例中,第一放大器核心单元100的栅极匹配电路是基于低耦合电感对构建的,能量损耗小、体积小、成本低,非常适用于小尺寸的低噪声放大器电路或高灵敏度系统。
本申请实施例中,第二放大器核心单元200在级联放大器中可以适合作为第一级放大器1000或第二级放大器2000,在缩小级联放大器体积的同时,提高性能;可以用于构建低噪声放大器、增益补偿放大器等。
如图3所示,本申请实施例中,所述第二放大器核心单元200包括:
第二场效应管2110,所述第二场效应管2110包括漏极、栅极和源极,所述第二场效应管2110的源极与第二源极偏置电源端VS2相连,所述第二场效应管2110用于放大输入第二场效应管2110栅极的射频信号;
第二漏极匹配电路2120,所述第二漏极匹配电路2120的第一端与所述第二场效应管2110的漏极相连,所述第二漏极匹配电路2120的第二端与第二射频信号输出端RFOUT2相连,所述第二漏极匹配电路2120的第三端与第二漏极偏置电源端VD2相连;
第二栅极匹配电路2130,所述第二栅极匹配电路2130的第一端与所述第二场效应管2110的栅极相连,所述第二栅极匹配电路2130的第二端与第二射频信号输入端RFIN2相连,所述第二栅极匹配电路2130的第三端与第二栅极偏置电源端VG2相连。
所述第二漏极匹配电路2120包括第二低耦合电感对2121,所述第二低耦合电感2121对为感应磁场相反的电感对;
所述第二低耦合电感对2121包括:
第二十一电感L21,所述第二十一电感L21的第一端与所述第二场效应管2110的漏极相连;
第二十二电感L22,所述第二十二电感L22的第一端与第二漏极偏置电源端VD2相连,所述第二十二电感L22的第二端与所述第二十一电感L21的第二端相连;
其中,所述第二十一电感L21和所述第二十二电感L22的感应磁场方向相反;
所述第二漏极匹配电路2120还包括:
第二十一电容C21,所述第二十一电容C21的第一端与所述第二十一电感L21的第二端相连,所述第二十一电容C21的第二端与所述第二射频信号输出端RFOUT2相连;
第二十二电容C22,所述第二十二电容C22的第一端与所述第二十二电感L22的第一端相连,所述第二十二电容C22的第二端接地。
如图3所示,本申请实施例中,所述第二栅极匹配电路2130包括:
第二十三感性单元L23,所述第二十三感性单元L23的第二端与所述第二场效应管2110的栅极相连;
第二十四感性单元L24,所述第二十四感性单元L24的第一端与所述第二十三感性单元L23的第一端相连,所述第二十四感性单元L24的第二端与所述第二栅极偏置电源端VG2相连;
第二十三电容C23,所述第二十三电容C23的第一端与所述第二射频信号输入端RFIN2相连,所述第二十三电容C23的第二端与所述第二十三感性单元L23的第一端相连;
其中,所述第二十三感性单元L23为电感、微带线或电感与微带线组合中的一种,和/或所述第二十四感性单元L24为电感、微带线或电感与微带线组合中的一种。
在本申请一个实施例中,所述第二十三感性单元L23和第二十四感性单元L24为第六低耦合电感对,所述第六低耦合电感对为感应磁场相反的电感对。
本申请实施例中,第二放大器核心单元200漏极匹配电路是基于低耦合电感对构建的,能量损耗小、体积小、成本低,非常适用于多级级联放大器设计和多功能芯片或系统设计。
本申请实施例中,第二放大器核心单元200在级联放大器中可以适合作为第一级放大器1000或第二级放大器2000,在缩小级联放大器体积的同时,提高性能;可以用于构建低噪声放大器、功率放大器、增益补偿放大器等。
本申请实施例中,如图4所示,所述第三放大器核心单元300包括:
第三场效应管3110,所述第三场效应管3110包括漏极、栅极和源极,所述第三场效应管3110的源极与第三源极偏置电源端VS3相连,所述第三场效应管3110用于放大输入第三场效应管3110栅极的射频信号;
第三漏极匹配电路3120,所述第三漏极匹配电路3120的第一端所述第三场效应管3110的漏极相连,所述第三漏极匹配电路3120的第二端与第三射频信号输出端RFOUT3相连,所述第三漏极匹配电路3120的第三端与第三漏极偏置电源端VD3相连;
第三栅极匹配电路3130,所述第三栅极匹配电路3130的第一端与所述第三场效应管3110的栅极相连,所述第三栅极匹配电路3130的第二端与第三射频信号输入端RFIN3相连,所述第三栅极匹配电路3130的第三端与第三栅极偏置电源端VG3相连;
第三反馈电路3150,所述第三反馈电路3150的第一端与所述第三栅极匹配电路3130的第一端相连,所述第三反馈电路3150的第二端与所述第三漏极匹配电路3120的第四端相连。
所述第三漏极匹配电路3120包括第三低耦合电感对3121,所述第三低耦合电感对3121为感应磁场方向相反的电感对;
所述第三低耦合电感对3121包括:
第三十一电感L31,所述第三十一电感L31的第一端与所述第三场效应管3110的漏极相连,所述第三十一电感L31的第二端与第三反馈电路3150的第二端相连;
第三十二电感L32,所述第三十二电感L32的第一端与第三漏极偏置电源端VD3相连,所述第三十二电感L32的第二端与所述第三十一电感L31的第二端相连;
其中,所述第三十一电感L31和所述第三十二电感L32的感应磁场方向相反;
所述第三漏极匹配电路3120还包括:
第三十一电容C31,所述第三十一电容C31的第一端与所述第三十一电感L31的第二端相连,所述第三十一电容C31的第二端与所述第三射频信号输出端RFOUT3相连;
第三十二电容C32,所述第三十二电容C32的第一端与所述第三十二电感L32的第一端相连,所述第三十二电容C32的第二端接地。
本申请实施例中,如图4所示,所述第三反馈电路3150包括:
第三十三感性单元L33,所述第三十三感性单元L33的第一端与所述第三栅极匹配电路3130的第一端相连,即与第三场效应管3110的栅极相连;
第三十二电阻R32,所述第三十二电阻R32的第一端和第三十三感性单元L33的第二端相连;
第三十五电容C35,所述第三十五电容C35的第一端与所述第三十二电阻R32的第二端相连,所述第三十五电容C35的第二端与所述第三十一电感L31的第二端相连;
其中,所述第三十三感性单元L33为电感、微带线或电感与微带线组合中的一种。
本申请实施例中,如图4所示,所述第三反馈电路3150的第三十三感性单元L33、第三十二电阻R32和第三十五电容C35可以相互调换位置,调整期大小也满足放大器的反馈设计要求。
第三栅极匹配电路3130包括第三十三电容C33和第三十四感性单元L34,第三十四感性单元L34的第二端与第三栅极偏置电源端VG3相连,其他器件的连接方式如如图4所示,在此不再赘述。
本申请实施例中,第三放大电路核心单元300也称为反馈放大器核心单元,集成第三低耦合电感对3121可以能降低反馈放大器的能量损耗,减小反馈放大器的尺寸,降低成本,采用反馈电路将输出信号反馈至输如匹配电路,能使增益较为平坦。
本申请实施例中,第三放大器核心单元300在级联放大器的应用中,作为第一级放大器1000使用时,可以补偿第二级放大器2000的增益斜率,使级联放大器在工作带宽内的增益趋于平坦,或实现正的增益/每单位频率值;作为第二级放大器2000使用时,可以补偿第一级放大器1000的负增益/每单位频率值,使级联放大器在工作带宽内的增益趋于平坦,或实现某个增益随频率变化的斜率值;或者两个第三放大器核心单元300级联,可以实现更高的增益/每单位频率斜率值,用于补偿射频信号链路上的增益/每单位频率负斜率。
如图5所示,本申请实施例中,所述第四放大器核心单元400包括:
第四场效应管4110,所述第四场效应管4110包括漏极、栅极和源极,所述第四场效应管4110用于从所述第四场效应管4110的栅极接收待放大射频信号,将所述待放大射频信号放大后,从所述第四场效应管4110的漏极输出反相放大信号,从所述第四场效应管4110的源极输出同相放大信号;
第四漏极匹配电路4112,所述第四漏极匹配电路4112的第一端与所述第四场效应管4110的漏极相连,所述第四漏极匹配电路4112的第三端与第四漏极偏置电源端VD4相连,所述第四漏极匹配电路4112用于将所述第四场效应管4110的漏极输出阻抗匹配至第一目标阻抗,所述第一目标阻抗为第四漏极匹配电路4112的第二端的输出阻抗,所述第四漏极匹配电路4112还用于将所述反相放大信号传输至所述第四漏极匹配电路4112的第二端成为第一放大信号;
第四源极匹配电路4113,所述第四源极匹配电路4113的第一端与所述第四场效应管4110的源极相连,所述第四源极匹配电路4113的第三端与第四源极偏置电源端VS4相连,所述第四源极匹配电路4113用于将所述第四场效应管4110的源极输出阻抗匹配至第二目标阻抗,所述第二目标阻抗为第四源极匹配电路4113的第二端的输出阻抗,所述第四源极匹配电路4110还用于将所述反相放大信号传输至所述第四源极匹配电路4113的第二端成为第二放大信号;
第四栅极匹配电路4130,所述第四栅极匹配电路4130的第一端与所述第四场效应管4110的栅极相连,所述第四栅极匹配电路4130的第二端与第四射频信号输入端RFIN4相连,所述第四栅极匹配电路4130的第三端与第四栅极偏置电源端VG4相连;
其中,所述第一放大信号与所述第二放大信号直接合成,合成后的公共端连接第四射频信号输出端RFOUT4输出合成后的信号,或
所述第四放大器核心单元400还包括阻抗变换电路4150,所述第一放大信号与所述第二放大信号直接合成,所述阻抗变换电路4150的第一端连接合成后的公共端,所述阻抗变换电路4150的第二端连接第四射频信号输出端RFOUT4输出合成后的信号,或
所述第四放大器核心单元400还包括合成电路4170,所述第一放大信号的输出端与所述合成电路4170的第一端相连,所述第二放大信号的输出端与所述合成电路4170的第二端相连,所述第一放大信号和第二放大信号通过所述合成电路4170合成,所述合成电路4170的第三端连接第四射频信号输出端RFOUT4输出合成后的信号,或
所述第四放大器核心单元400还包括合成电路4170和阻抗变换电路4150,所述第一放大信号的输出端与所述合成电路4170的第一端相连,所述第二放大信号的输出端与所述合成电路4170的第二端相连,所述第一放大信号和第二放大信号通过所述合成电路4170合成,所述合成电路4170的第三端连接所述阻抗变换电路的第一端,所述阻抗变换电路的第二端连接第四射频信号输出端RFOUT4输出合成后的信号。
如上所述,第四放大器核心单元400输出合成后的信号有两种方式,一种是合成后直接输出(图中未示出),另一种是合成后通过阻抗变换电路4150后再输出,如图5所示。第一放大信号与第二放大信号合成也有两种方式,一种是直接合成,如图5所示,另一种是通过合成电路4170合成,如图6所示。
本申请实施例中,合成电路4170可以是耦合器,或可以是其他可以对射频信号进行合成的电路。
本申请实施例中,如图5所示,所述第四漏极匹配电路4112包括:
第四十一感性单元L41,所述第四十一感性单元L41的第二端与所述第四场效应管4110的漏极相连;
第四十二感性单元L42,所述第四十二感性单元L42的第一端与第四漏极偏置电源端VD4相连,所述第四十二感性单元L42的第二端与所述第四十一感性单元L41的第一端相连;
第四十三感性单元L43,所述第四十三感性单元L43的第一端与第四十一感性单元L41的第一端相连,所述第四十三感性单元L43的第二端为第四漏极匹配电路4112的第二端;
第四十三电容C43,所述第四十三电容C43的第一端与所述第四漏极偏置电源端VD4相连,所述第四十三电容C43的第二端接地。
本申请实施例中,任一感性单元可以是电感、微带线、电感和微带线的结合中的任意一种。
如图5所示,所述第四源极匹配电路4113包括:
第四十四感性单元L44,所述第四十四感性单元L44的第一端与第四场效应管4110的源极相连;
第四十五感性单元L45,所述第四十五感性单元L45的第一端与第四十四感性单元L44的第二端相连,第四十五感性单元L45的第二端与第四源极偏置电源端VS4相连;
第四十一电容C41,所述第四十一电容C41的第一端与所述第四十四感性单元L44的第二端相连,所述第四十一电容C41的第二端为第四源极匹配电路4113的第二端。
本申请实施例中,所述第四漏极匹配电路4112包括第四低耦合电感对,第四低耦合电感对包括所述第四十一感性单元L41和第四十二感性单元L42,所述第四十一感性单元L41和第四十二感性单元L42为感应磁场相反的电感对。
本申请实施例中,所述第四源极匹配电路4113包括第七低耦合电感对,所述第七低耦合电感对包括第四十四感性单元L44和第四十五感性单元L45,所述第四十四感性单元L44和第四十五感性单元L45为感应磁场相反的电感对。
如图5所示,所述栅极匹配电路4130包括:
第四十六感性单元L46,所述第四十六感性单元L46的第一端与第四场效应管4110的栅极相连;
第四十七感性单元L47,所述第四十七感性单元L47的第一端与第四十六感性单元L46的第二端相连,所述第四十七感性单元L47的第二端与第五栅极偏置电源端VG4相连;
第四十二电容C42,所述第四十二电容C42的第一端与第四射频信号输入端RFIN4相连,所述第四十二电容C42的第二端与第四十六感性单元L46的第二端相连。
本申请实施例中,所述第四栅极匹配电路4130包括第八低耦合电感对,所述第八低耦合电感对包括第四十六感性单元L46和第四十七感性单元L47,第四十六感性单元L46和第四十七感性单元L47为感应磁场相反的电感对。
第一放大信号和第二放大信号的合成及输出有多种形式,第一种可以是直接合成且直接输出,即第四漏极匹配电路4112的第二端与第四源极匹配电路4113的第二端直接相连,并将相连的端作为公共端,由公共端连接第四射频信号输出端RFOUT4输出合成后的信号。
第二种,直接合成且通过阻抗变换电路4150输出,如图5所示,此时第四漏极匹配电路4112的第二端与第四源极匹配电路4113的第二端直接相连,并将相连的端作为公共端,公共端连接阻抗变换电路4150的第一端,阻抗变换电路4150的第二端连接第四射频信号输出端RFOUT4输出合成后的信号。
第三种,通过合成电路4170合成且通过合成电路4170输出,此时第四漏极匹配电路4112的第二端与合成电路4170的第一端相连,第四源极匹配电路4113的第二端与合成电路4170的第二端相连,合成电路4170的第三端连接第四射频信号输出端RFOUT4输出合成后的信号。
第四种,通过合成电路4170合成且通过阻抗变换电路4150输出,如图6所示,此时第四漏极匹配电路4112的第二端与合成电路4170的第一端相连,第四源极匹配电路4113的第二端与合成电路4170的第二端相连,合成电路4170的第三端连接所述阻抗变换电路4150的第一端,阻抗变换电路4150的第二端连接第四射频信号输出端RFOUT4输出合成后的信号。
本申请实施例中,第四放大器核心单元400采用一个三端口晶体管实现射频信号的两路放大,提高放大器的增益。此外,本申请实施例的第四放大器核心单元400,还可以对两路放大信号进行合成,使得放大器信号的幅度叠加,使放大器具有更高的增益。
本申请实施例中,第四放大器核心单元400的匹配电路中采用低耦合电感对,可以降低匹配电路的损耗和占用面积,提高放大器的性能和降低放大器的成本。
本申请实施例中,第四放大器核心单元400在级联放大器的应用中,两个第四放大器核心单元400级联可以实现低功耗高增益的放大器,用于实现信号链路的增益补偿;用作较高功率输出能力的级联放大器中时,可以用作第1级放大器,以便输入较小的信号就可以推动第二级放大器;用于级联的低噪声放大器时,可以当做第二级,以较小的功耗提高级联低噪声放大器的增益。
如图7所示,本申请实施例中,所述第五放大器核心单元500包括:
第五场效应管5110,所述第五场效应管5110包括漏极、栅极和源极,所述第五场效应管5110的源极与第五源极偏置电源端VS5相连,所述第五场效应管5110用于放大输入第五场效应管5110栅极的射频信号;
第五漏极匹配电路5130,所述第五漏极匹配电路5130的第一端与所述第五场效应管5110的漏极相连,所述第五漏极匹配电路5130的第二端与第五射频信号输出端RFOUT5相连,所述第五漏极匹配电路5130的第三端与所述第五漏极偏置电源端VD5相连;
增益均衡电路5120,所述增益均衡电路5120的第二端与所述第五场效应管5110的栅极相连;
第五栅极匹配电路5140,所述第五栅极匹配电路5140的第一端与第五射频信号输入端RFIN5相连,所述第五栅极匹配电路5140的第二端与所述增益均衡电路5120的第一端相连,所述第五栅极匹配电路5140的第三端与所述第五栅极偏置电源端VG5相连。
所述第五漏极匹配电路5130包括第五低耦合电感对5131,所述第五低耦合电感对5131为感应磁场相反的电感对;
所述第五低耦合电感对5131包括:
第五十一电感L51,所述第五十一电感L51的第一端与第五漏极偏置电源端VD5相连;
第五十二电感L52,所述第五十二电感L52的第一端与所述第五十一电感L51的第二端相连,所述第五十二电感L52的第二端与所述第五场效应管5110的漏极相连;
其中,第五十一电感L51和第五十二电感L52为感应磁场相反的电感对;
所述第五漏极匹配电路5130还包括:
第五十三感性单元L53,所述第五十三感性单元L53的第一端与所述第五十一电感L51的第二端相连;
第五十二电容C52,所述第五十二电容C52的第一端与所述第五十三感性单元L53的第二端相连,所述第五十二电容C52的第二端与所述第五射频信号输出端RFOUT5相连;
第五十三电容C53,所述第五十三电容C53的第一端与所述第五十一电感L51的第一端相连,所述第五十三电容C53的第二端接地;
其中,所述第五十三感性单元L53为电感、微带线或电感和微带线的组合中的一种。
所述增益均衡电路5120包括:
第五十一电容C51,所述第五十一电容C51的第一端与所述第五栅极匹配电路5140的第二端相连,所述第五十一电容C51的第二端与所述第五场效应管5110的栅极相连;
第五十四感性单元L54,所述第五十四感性单元L54的第一端与所述第五十一电容C51的第一端相连;
第五十一电阻R51,所述第五十一电阻R51的第一端与所述第五十四感性单元L54的第二端相连,所述第五十一电阻R51的第二端与所述第五十一电容C51的第二端相连。
第五栅极匹配电路5140包括第五十五感性单元L55、第五十六感性单元L56和第五十四电容C54,其中第五十六感性单元L56的第二端与第五栅极偏置电源端VG5相连,其余器件的连接方式参照图7所示,在此不再赘述。
本申请实施例中,第五放大器核心单元500的漏极匹配电路是基于低耦合电感对构建的,尺寸小、损耗小,可以用于较高功率输出的放大器的第二级;在放大器的工作带宽内,集成的增益均衡器5120可以调节增益,从而使级联放大器的增益趋于平坦。
本申请实施例的级联放大器中,上一级放大器的输出端可以作为下一级放大器的输入端,例如第一放大器核心单元100的射频信号输出端RFOUT1可以作为第二放大器核心单元200的射频信号输入端RFIN2,或第三放大器核心单元300的射频信号输出端RFOUT3可以作为第二放大器核心单元200的射频信号输入端RFIN2等。
本申请实施例的级联放大器中,第一级放大器1000中的放大器核心单元的射频信号输入端可以作为级联放大器的级联放大器射频信号输入端RFIN,例如若第一级放大器1000为第二放大器核心单元200,此时,第二射频信号输入端RFIN2可以作为级联放大器的级联放大器射频信号输入端RFIN;同理,若第二级放大器2000为第三放大器核心单元300,第三射频信号输出端RFOUT3可以作为级联放大器的级联放大器射频信号输出端RFOUT。
在本申请其他实施例中,级联放大器的两级放大器之间或可以设置其他电路,例如匹配电路、阻抗变换电路、功率分配器、耦合电路、合成电路等等;级联放大器的第一级放大器1000之前、级联放大器的第二级放大器2000之后,或可以设置其他电路,例如匹配电路、阻抗变换电路、功率分配器、耦合电路、合成电路等,在此不再赘述。
本申请实施例中,第一级放大器1000中的放大器核心单元的源极偏置电源端可以作为第一级放大器1000的源极偏置电源端VS_1,例如若第一级放大器1000为第二放大器核心单元200,此时,第二源极偏置电源端VS2可以作为第一级放大器1000的源极偏置电源端VS_1,同理,若第二级放大器1000为第二放大器核心单元200,第二源极偏置电源端VS2可以作为第二级放大器2000的源极偏置电源端VS_2。同理,漏极偏置电源端和栅极偏置电源端可以如上设置,在此不再赘述。
本申请实施例还提供了多种级联放大器的具体实施方式,例如:所述第一级放大器1000为第一放大器核心单元100,所述第二级放大器2000为第二放大器核心单元200;或
所述第一级放大器1000为第一放大器核心单元100,所述第二级放大器2000为第四放大器核心单元400;或
所述第一级放大器1000为第四放大器核心单元400,所述第二级放大器2000为第四放大器核心单元400;或
所述第一级放大器1000为第三放大器核心单元300,所述第二级放大器2000为第四放大器核心单元400;或
所述第一级放大器1000为第三放大器核心单元300,所述第二级放大器2000为第五放大器核心单元500;或
所述第一级放大器1000为第四放大器核心单元400,所述第二级放大器2000为第五放大器核心单元500;或
所述第一级放大器1000为第二放大器核心单元200,所述第二级放大器2000为个第二放大器核心单元200;或
所述第一级放大器1000为第二放大器核心单元200,所述第二级放大器2000为第四放大器核心单元400。
本申请实施例中,所述级联放大器还可以与其他单级放大器级联;或可以与其他级联放大器级联,构成多级级联放大器。
本申请实施例中,放大器级联时,偏置方式有多种。
如图8所示,所述第一级放大器1000的漏极偏置电源端VD_1与第一级漏极电源VD10相连,所述第一级放大器1000的源极偏置电源端VS_1接地,所述第一级放大器1000的栅极偏置电源端VG_1通过第一级放大器第一单元Cbias接地,所述第一级放大器1000的栅极偏置电源端VG_1还与第一级栅极电源VG10相连;
所述第二级放大器2000的漏极偏置电源端VD_2与第二级漏极电源VD20相连,所述第二级放大器2000的源极偏置电源端VS_2接地,所述第二级放大器2000的栅极偏置电源端VG_2通过第二级放大器第一单元Cbias接地,所述第二级放大器2000的栅极偏置电源端VG_2还与第二级栅极电源VG20相连;
其中,所述第一级放大器第一单元Cbias为电容,所述第二级放大器第一单元Cbias为电容。
本申请实施例中,第一级放大器第一单元Cbias的谐振点频率与级联放大器工作频段的中心频率接近或相同,用于实现第一级放大器1000与所述第一级放大器1000的栅极偏置电源端VG_1的射频交流信号的隔离,同时为第一级放大器1000的栅极偏置电源端提供射频信号地。
本申请实施例中,第二级放大器第一单元Cbias的谐振点频率与级联放大器工作频段的中心频率接近或相同,用于实现第二级放大器2000与所述第二级放大器2000的栅极偏置电源端VG_2的射频交流信号的隔离,同时为第二级放大器2000的栅极偏置电源端提供射频信号地。
如图8所示,所述第一级放大器1000的第一端RFIN_1作为级联放大器的射频信号输入端RFIN(图中未示出标号RFIN),第一级放大器1000的第二端RFOUT_1与第二级放大器2000的第一端RFIN_2相连,所述第二级放大器2000的第二端RFOUT_2作为级联放大器射频信号输出端RFOUT(图中未示出标号RFOUT)。
如图9所示,所述第一级放大器1000的漏极偏置电源端VD_1与第一级漏极电源VD10相连,所述第一级放大器1000的源极偏置电源端VS_1通过第一级放大器第二单元20接地,所述第一级放大器1000的栅极偏置电源端VG_1接地;
所述第二级放大器2000的漏极偏置电源端VD_2与第二级漏极电源VD20相连,所述第二级放大器2000的源极偏置电源端VS_2通过第二级放大器第二单元20接地,所述第二级放大器2000的栅极偏置电源端VG_2接地;
其中,所述第一级放大器第二单元20为并联的电阻和电容,所述第二级放大器第二单元20为并联的电阻和电容。
本申请实施例中,所述第一级放大器第二单元20中并联的电阻和电容为级联放大器的第一级放大器提供源极自偏置电源方案,第一级放大器第二单元20中并联的电阻提高了第一级放大器1000的源极电位,使第一级放大器1000中的场效管的栅极至源极的电压为负值,维持级联放大器的第一级放大器1000的正常工作;第一级放大器第二单元20中并联的电容为第一级放大器源极偏置电源端VS_1端提供射频信号地,降低了第一级放大器第二单元20的射频损耗;
本申请实施例中,所述第二级放大器第二单元20中并联的电阻和电容为级联放大器的第二级放大器2000提供源极自偏置电源方案,第二级放大器第二单元20中并联的电阻提高了第二级放大器2000的源极电位,使第二级放大器2000中的场效管的栅极至源极的电压为负值,维持级联放大器的第二级放大器2000的正常工作;第二级放大器第二单元20中并联的电容为第二级放大器源极偏置电源端VS_2端提供射频信号地,降低了第二级放大器第二单元20的射频损耗。
如图9所示,所述第一级放大器1000的第一端RFIN_1作为级联放大器的级联放大器射频信号输入端RFIN(图中未示出标号RFIN),第一级放大器1000的第二端RFOUT_1与第二级放大器2000的第一端RFIN_2相连,所述第二级放大器2000的第二端RFOUT_2作为级联放大器的级联放大器射频信号输出端RFOUT(图中未示出标号RFOUT)。
如图10所示,所述第一级放大器1000的源极偏置电源端VS_1通过第一级放大器第二单元20接地,所述第一级放大器1000的栅极偏置电源端VG_1接地;
所述第二级放大器2000的源极偏置电源端VS_2通过第二级放大器第三单元30与所述第一级放大器1000的漏极偏置电源端VD_1相连,所述第二级放大器2000的源极偏置电源端VS_2还通过第二级放大器第一单元Cbias接地,
所述第二级放大器2000的漏极偏置电源端VD_2与第二级漏极电源VD20相连,所述第二级放大器2000的漏极偏置电源端VD_2还与第二级放大器分压单元40的第一端相连,
所述第二级放大器2000的栅极偏置电源端VG_2通过第二级放大器的第一单元Cbias接地,所述第二级放大器2000的栅极偏置电源端VG_2还与第二级放大器分压单元40的第二端相连,
其中,所述第一级放大器第二单元20为并联的电阻和电容,第二级放大器第一单元Cbias为电容,所述第二级放大器第三单元30为低通滤波器30。
所述第二级放大器分压单元40包括第一电阻R1和第二电阻R2,所述第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端相连,所述第二电阻R2的第二端接地,所述第一电阻R1的第一端为所述第二级放大器分压单元40的第一端,所述第一电阻R1的第二端为所述第二级放大器分压单元40的第二端,
如图10所示,所述第一级放大器1000的第一端RFIN_1作为级联放大器的级联放大器射频信号输入端RFIN(图中未示出标号RFIN),第一级放大器1000的第二端RFOUT_1与第二级放大器2000的第一端RFIN_2相连,所述第二级放大器2000的第二端RFOUT_2作为级联放大器的级联放大器射频信号输出端RFOUT(图中未示出标号RFOUT)。
本申请实施例中,第一级放大器第一单电容Cbias、第二级放大器第一单元电容Cbias、第一级放大器第二单元20和第二级放大器第二单元20的功能,如上述实施例所述,在此不再赘述。
如图11所示,所述第一级放大器1000的源极偏置电源端VS_1接地,所述第一级放大器1000的栅极偏置电源端VG_1通过第一级放大器第一单元Cbias接地,所述第一级放大器1000的栅极偏置电源端VG_1还与第一级栅极电源VG10相连;
所述第二级放大器2000的源极偏置电源端VS_2通过第二级放大器第三单元30与所述第一级放大器1000的漏极偏置电源端VD_1相连,所述第二级放大器2000的源极偏置电源端VS_2还通过第二级放大器第一单元Cbias接地,
所述第二级放大器2000的漏极偏置电源端VD_2与第二级漏极电源VD20相连,所述第二级放大器2000的漏极偏置电源端VD_2还与第二级放大器分压单元40的第一端相连,
所述第二级放大器2000的栅极偏置电源端VG_2通过第二级放大器第一单元Cbias接地,所述第二级放大器2000的栅极偏置电源端VG_2还与第二级放大器分压单元40的第二端相连,
其中,所述一级放大器第一单元Cbias为电容,所述第二级放大器第一单元Cbias为电容,所述第二级放大器第三单元30为低通滤波器30。
所述第二级放大器分压单元40包括第一电阻R1和第二电阻R2,所述第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端相连,所述第二电阻R2的第二端接地,所述第一电阻R1的第一端为所述第二级放大器分压单元40的第一端,所述第一电阻R1的第二端为所述第二级放大器分压单元40的第二端。
如图11所示,所述第一级放大器1000的第一端RFIN_1作为级联放大器的级联放大器射频信号输入端RFIN(图中未示出标号RFIN),第一级放大器1000的第二端RFOUT_1与第二级放大器2000的第一端RFIN_2相连,所述第二级放大器2000的第二端RFOUT_2作为级联放大器的级联放大器射频信号输出端RFOUT(图中未示出标号RFOUT)。
本申请实施例中,第一级放大器第一单电容Cbias、第二级放大器第一单元电容Cbias、第一级放大器第二单元20和第二级放大器第二单元20的功能相同,如上述实施例所述,在此不再赘述。
上述几种放大器核心单元的偏置方式,可以根据需求选择,在此不再赘述。
本申请实施例还提供了一种射频芯片,所述射频芯片包括衬底,以及衬底上的如上所述的级联放大器,能满足多种需求,灵活性高。
如图12所示,射频芯片15000可以包括级联放大器15001,其中级联放大器15001可以是如上所述的级联放大器的任意实施例。可以单独使用一个级联放大器15001,也可以将多个级联放大器15001组合起来使用。在一示例中,射频芯片15000可以包括一个或多个级联放大器15001。
在采用低耦合电感对的级联放大器和射频芯片的实施例中,低耦合电感对的布局在很大程度上影响电路尺寸的大小。电感中有信号激励时会产生感应磁场,感应磁场会产生感应电场,感应电场会产生辐射,从而产生能量损耗。例如,感应电场在电路介质中会产生涡流,在空间中会产生电磁辐射。如果将两个电感布置为位置靠近,它们之间会产生互耦,使得这种损耗加剧。本申请的实施例通过将低耦合电感对的两个电感配置为产生的感应磁场方向相反来至少部分地减小两个电感之间的互耦,使得两个电感的感应磁场所导致的感应电场的方向也相反,从而部分或完全抵消,由此减轻或消除感应电场带来的能量损耗,从而使得可以将低耦合电感对的两个电感布局为距离较近,以进一步减小级联放大器所占的芯片面积。
例如,可以将第一低耦合电感对1131的第十三电感L13和第十四电感L14配置为位置相邻且使得第十三电感L13产生的感应磁场的方向与第十四电感L14产生的感应磁场的方向相反。
在一个示例中,第十三电感L13和第十四电感L14均为螺旋电感,可以将它们在级联放大器中布置为螺旋方向相反。例如,一个电感的螺旋方向为顺时针,另一个为逆时针。
在一个示例中,第十三电感L13和第十四电感L14在级联放大器中被布置为互为镜像布置。
图13示出了根据本申请一实施例的第一低耦合电感对在级联放大器中的布置示意图。图13为从垂直于级联放大器的布线层的方向俯视级联放大器的第一低耦合电感对示意图。在一个示例中,级联放大器可以为射频芯片。
如图13所示,第一低耦合电感对1131包括两个电感,这两个电感分别由第一微带线11314和第二微带线11315组成,且第一微带线11314绕成第一螺旋图案S1,第二微带线11315绕成第二螺旋图案S2。第一微带线11314的第一端11311和第二端11312分别作为第十三电感L13的第一端和第二端。第二微带线11315的第一端11313和第二端11312分别作为第十四电感L14的第一端和第二端。第一微带线11314的第二端11312和第二微带线11315的第二端11312连接在一起,形成第十三电感L13和第十四电感L14的公共端11312,并使得第一微带线11314和第二微带线11315形成一合并微带线。第十三电感L13的第一端11311、第十四电感L14的第一端11313、第十三电感L13和第十四电感L14的第二端11312分别通过连接线连接到级联放大器的其他部分。
本申请实施例的合并微带线(第一微带线/第二微带线)可以由单层或多层金属材料构成。在一个示例中,合并微带线由多层金属材料构成,其中每层金属材料位于级联放大器的不同布线层中。位于不同布线层中的多层金属材料叠加在一起共同形成合并微带线,各层金属材料之间通过层间通孔相连接。在另一示例中,合并微带线由单层金属材料构成,这单层金属材料可以位于级联放大器的相同或不同布线层中。例如,单层金属材料的一部分位于一布线层中,其他部分位于不同的一个或多个布线层中。同样地,位于不同布线层的单层金属材料之间通过通孔相连接。
在图13的示例中,两个螺旋图案S1和S2均包括多匝,可以理解的是,它们也可以均包括一匝,或者一个包括多匝而另一个包括多匝。
作为示例,可以将第一微带线11314和第二微带线11315以相反的方向缠绕,使得第一螺旋图案S1和第二螺旋图案S2的螺旋方向相反,从而使得当第一低耦合电感对1131处于工作状态时,形成两个螺旋图案S1和S2的微带线中的电流所导致的感应磁场的方向是相反的。例如,使得S1和S2中的一个的螺旋方向为逆时针,另一个的螺旋方向为顺时针。这里可以将从第十三电感L13或第十四电感L14的第一端到公共端的方向称为螺旋方向,或者也可以将从公共端到第十三电感L13或第十四电感L14的第一端的方向称为螺旋方向。
在图13的实施例中,第一微带线11314在缠绕时从第一端11311至公共端11312按照从内到外的方式(先里面的匝再外面的匝)沿逆时针方向绕成第一螺旋图案S1,第二微带线11315在缠绕时从第一端11313至公共端11312同样按照从内到外的方式(先里面的匝再外面的匝)沿顺时针方向绕成第二螺旋图案S2。可以理解的是,两者也可以一个按照从内到外的方式缠绕,另一个按照从外到内(先外面的匝再里面的匝)的方式缠绕,或者两者都按照从外到内的方式缠绕。可以理解的是,在将微带线绕成螺旋图案S1或S2时无需始终按照从内到外或从外到内的方向进行缠绕,而是可以一次或多次改变方向。例如,先是从内到外,中途变为从外到内,或者相反。
综上所述,S1和S2中的每个螺旋图案均可以将微带线从各自的第一端到公共端按照如下方式中的一种进行缠绕:
从内到外;
从外到内;
以上两者的组合。
在图13的实施例中,两个螺旋图案S1和S2没有交叠,并在平行于级联放大器的布线层的方向上邻近但相距一定距离D。在本申请实施例中,如上所述,由于两个电感之间的互耦较低,因此两个螺旋图案S1和S2可以布置得尽可能地邻近(但两者并没有交叠部分),从而减小电路尺寸,降低成本。在一个示例中,两个螺旋图案S1和S2之间的间距(如图13所示的距离D)最小可以为3微米左右。这里所述的“两个螺旋图案之间的间距”是指两个螺旋图案的距离最近的微带线之间的距离。如图13所示,距离D是S1和S2的相邻的最外匝之间的距离。在实际中,两个螺旋图案之间的最小间距由芯片制造工艺决定。
在图13的示例中,第一微带线11314与第二微带线11315的长度相等。即,公共端11312位于合并微带线的中点处。可以理解的是,公共端11312也可以不位于合并微带线的中点处,而是位于其他位置,例如更靠近S1或S2的位置。
如图13所示,在该实施例中,螺旋图案S1和S2是呈镜像布置的,二者为镜像图案,在图13中表现为呈轴对称布置。即螺旋图案S1和S2具有相同的配置,例如具有相同的匝数、微带线线宽和相邻匝间的间距等,只是它们的图案是相反的(缠绕方式相反),两者关于位于两者中间的垂直于布线层的平面成对称/镜像关系。S1和S2也可以不呈镜像布置,例如,S1和S2具有不同的配置,例如,S1和S2具有不同的匝数、微带线线宽或相邻匝间的间距等,只要缠绕成的螺旋图案S1和S2的感应磁场方向相反即可。
可以理解的是,图13中的第一螺旋图案S1和第二螺旋图案S2的布置是可以互换的。
在根据本申请上述实施例的第一低耦合电感对1131中,两个电感的微带线具有一公共端,且被布置为螺旋方向相反的两个螺旋图案,在工作状态下当对第一低耦合电感对1131加上激励信号时,激励信号在公共端处被分流至两个螺旋(两个电感的微带线),从而两个螺旋中的电流产生的感应磁场的方向相反,从而至少部分地降低了两个电感之间的互耦/互感。
在以上所述的电感对实施例中,如图13所示,电感对在集成电路芯片中被布置为具有三端:公共端11312,作为电感对的第一分支端的首端11311和作为电感对的第二分支端的尾端11313。如前所述,这电感对的这三端可以通过引线连接到激励信号或其他电路部分。例如,可以从电感对的公共端11312接入射频激励信号,射频激励信号在公共端11312处被分流至第一微带线(第一电感)和第二微带线(第二电感)。射频激励信号一般为周期性变化的信号,例如为正弦信号。假设公共端11312处接入的激励信号为icom=Icom·sinωt。激励信号在公共端11312处分成两个支路,一路流经公共端11312至第一分支端(首端)11311的第一螺旋图案S1,另一路流经公共端11312至第二分支端(尾端)11313的第二螺旋图案S2。假设第一螺旋图案S1中的激励信号为i1(t),第一螺旋图案S1中的激励信号为i2(t),假设信号没有反射,则i1(t)+i2(t)=Icom·sinωt。如果公共端位于合并微带线的中点,且S1和S2为呈轴对称的图案,则在任意时刻S1和S2中的激励信号完全相同,即在电感对中的激励信号i1(t)和i2(t)为周期性变化的信号,其电流大小呈周期性不均匀变化,因此产生的感应磁场也是周期性不均匀变化的;变化的磁场继而产生电场,从而产生电磁波。在S1和S2中的激励信号完全相同的情况下,由于S1和S2的螺旋方向相反,则在任意时刻S1所产生的感应磁场与S2所产生的感应磁场的大小相同且磁场方向相反,相应的感应电场也方向相反且周期性改变方向。因此,S1和S2所产生的感应磁场在很多区域会几乎完全抵消,在有些区域会部分抵消,因此由于感应磁场所导致的相应电场或电磁波也会产生抵消,从而降低了电感对的损耗。
如果公共端不位于合并微带线的中点,或S1和S2为具有不同配置的图案,则可能无法保证S1和S2中的激励信号完全相同,因此S1和S2的感应磁场相互抵消的程度与S1和S2中的激励信号完全相同的情况相比有所减弱,但在任一时刻S1和S2所产生的感应磁场仍会部分相互抵消,相互削弱电磁辐射强度,从而一定程度上降低电感对的损耗。
应当注意的是,理论上,如上所述的具有三端口(公共端、作为第一分支端的合并微带线首端和作为第二分支端的合并微带线尾端)的电感对是一个无源无损网络,由于无源网络具有互易性,因此无论激励信号从三端口中的哪一端输入,电感对的损耗及其传输特性是互易的。
级联放大器中的第十三电感L13和第十四电感L14组成的第一低耦合电感对1131可以采用如上所述的低耦合电感对布置。以上对低耦合电感对的描述适用于本文中所涉及的全部低耦合电感对,为简洁起见,在本文的其他地方不再赘述。
在以上所述的各放大器实施例中,使用了如上的低耦合电感对,这使得本申请的放大器具有如下优点:通过将组成电感对的两个电感配置为使得它们各自的感应磁场方向相反,使电感对为低耦合电感对,能够降低放大器输入匹配电路的损耗。另外,由于可以通过这种方式降低组成低耦合电感对的两个电感之间的耦合以及电感的感应电场和感应磁场的辐射范围,使得电感和其他元器件布置得更为靠近,进一步减小了电路尺寸。
本申请实施例还提供了一种电子装置,所述电子装置包括上述射频芯片,可以将包括本申请级联放大器实施例的射频芯片用在电子装置中。
如图14所示,电子装置16000包括如图12所示的射频芯片15000。电子装置16000可以是无线设备或其他任何可以使用级联放大器的电子装置。
无线设备可以是用户设备(UE)、移动站、终端、接入终端、订户单元、基站等。无线设备还可以是蜂窝电话、智能手机、平板电脑、无线调制解调器、个人数字助理(PDA)、手持设备、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路(WLL)站、蓝牙设备等。无线设备可以是能够与无线通信系统进行通信,也可以是能够接收来自广播站的信号、来自一个或多个卫星的信号等。无线设备可以支持一个或多个无线通信技术(例如,5G、LTE、CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、GSM、802.11、毫米波等)。
本申请实施例提供了一种级联放大器、射频芯片及电子装置,所述级联放大器包括:第一级放大器,所述第一级放大器的第一端作为级联放大器射频信号输入端;第二级放大器,所述第二级放大器的第一端与所述第一级放大器的第二端相连,所述第二级放大器的第二端作为级联放大器射频信号输出端;其中,所述级联放大器中包括至少一个低耦合电感对,所述低耦合电感对为感应磁场方向相反的电感对。本申请实施例的级联放大器可以满足多种需求,灵活性高,且功耗小,尺寸小,成本低,噪声低。
本申请实施例中的级联放大器,可以独立使用,或可以多级级联使用,或可以组合使用,或可以应用于集成系统,或可以应用于多功能芯片。本申请实施例的射频芯片中可以包括独立使用的级联放大器,或可以包括多个级联使用的级联放大器,或可以包括多个独立使用的级联放大器,或可以包括多个组合使用的级联放大器。本申请该实施例的射频芯片,可以独立使用,或可以组合使用,或可以和其他各种功能的芯片/电路组合使用。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需求将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成,即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块,以完成以上描述的全部或部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。另外,各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于互相区分,并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程,可以参考上下文中的对应过程,在此不再赘述。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其他实施例中的相关描述。
所述作为分离部件说明的单元或模块可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元或模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,既可以位于一个地方,或者也可以分布到多个功能单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元或模块来实现本实施例方案的目的。
另外,本申请各个实施例中的各功能单元或模块可以集成在一个芯片单元中,也可以是各个单元或模块单独物理存在,也可以两个或两个以上单元或模块集成在一个单元中。
需要说明的是,在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,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、物品或者设备不仅包括那些要素,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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (27)
1.一种级联放大器,其特征在于,所述级联放大器包括:
第一级放大器,所述第一级放大器的第一端作为级联放大器射频信号输入端;
第二级放大器,所述第二级放大器的第一端与所述第一级放大器的第二端相连,所述第二级放大器的第二端作为级联放大器射频信号输出端;
其中,所述级联放大器中包括至少一个低耦合电感对,所述低耦合电感对为感应磁场方向相反的电感对。
2.根据权利要求1所述的级联放大器,其特征在于,所述第一级放大器包括第一放大器核心单元、第二放大器核心单元、第三放大器核心单元、第四放大器核心单元和第五放大器中核心单元的任一种放大器核心单元;
所述第二级放大器包括第一放大器核心单元、第二放大器核心单元、第三放大器核心单元、第四放大器核心单元和第五放大器核心单元中的任一种放大器核心单元;
其中,第一级放大器中的放大器核心单元的射频信号输入端作为第一级放大器的第一端,第一级放大器中的放大器核心单元的射频信号输出端作为第一级放大器的第二端,
第二级放大器中的放大器核心单元的射频信号输入端作为第二级放大器的第一端,第二级放大器中的放大器核心单元的射频信号输出端作为第二级放大器的第二端。
3.根据权利要求2所述的级联放大器,其特征在于,所述第一放大器核心单元包括:
第一场效应管,所述第一场效应管包括漏极、栅极和源极,所述第一场效应管的源极与第一源极偏置电源端相连,所述第一场效应管用于放大输入所述第一场效应管栅极的射频信号;
第一漏极匹配电路,所述第一漏极匹配电路的第一端与所述第一场效应管的漏极相连,所述第一漏极匹配电路的第二端与第一射频信号输出端相连,所述第一漏极匹配电路的第三端与第一漏极偏置电源端相连;
第一栅极匹配电路,所述第一栅极匹配电路的第一端与所述第一场效应管的栅极相连,所述第一栅极匹配电路的第二端与第一射频信号输入端相连,所述第一栅极匹配电路的第三端与第一栅极偏置电源端相连。
4.根据权利要求3所述的级联放大器,其特征在于,所述第一栅极匹配电路包括第一低耦合电感对,所述第一低耦合电感对为感应磁场方向相反的电感对;
所述第一低耦合电感对包括:
第十三电感,所述第十三电感的第二端与所述第一场效应管的栅极相连;
第十四电感,所述第十四电感的第一端与所述第十三电感的第一端相连,所述第十四电感的第二端与所述第一栅极偏置电源端相连;
其中,所述第十三电感和所述第十四电感的感应磁场方向相反;
所述第一栅极匹配电路还包括:
第十三电容,所述第十三电容的第一端与所述第一射频信号输入端相连,所述第十三电容的第二端与所述第十三电感的第一端相连。
5.根据权利要求2所述的级联放大器,其特征在于,所述第二放大器核心单元包括:
第二场效应管,所述第二场效应管包括漏极、栅极和源极,所述第二场效应管的源极与第二源极偏置电源端相连,所述第二场效应管用于放大输入所述第二场效应管栅极的射频信号;
第二漏极匹配电路,所述第二漏极匹配电路的第一端与所述第二场效应管的漏极相连,所述第二漏极匹配电路的第二端与第二射频信号输出端相连,所述第二漏极匹配电路的第三端与第二漏极偏置电源端相连;
第二栅极匹配电路,所述第二栅极匹配电路的第一端与所述第二场效应管的栅极相连,所述第二栅极匹配电路的第二端与第二射频信号输入端相连,所述第二栅极匹配电路的第三端与第二栅极偏置电源端相连。
6.根据权利要求5所述的级联放大器,其特征在于,所述第二漏极匹配电路包括第二低耦合电感对,所述第二低耦合电感对为感应磁场相反的电感对;
所述第二低耦合电感对包括:
第二十一电感,所述第二十一电感的第一端与所述第二场效应管的漏极相连;
第二十二电感,所述第二十二电感的第一端与第二漏极偏置电源端相连,所述第二十二电感的第二端与所述第二十一电感的第二端相连;
其中,所述第二十一电感和所述第二十二电感的感应磁场方向相反;
所述第二漏极匹配电路还包括:
第二十一电容,所述第二十一电容的第一端与所述第二十一电感的第二端相连,所述第二十一电容的第二端与所述第二射频信号输出端相连;
第二十二电容,所述第二十二电容的第一端与所述第二十二电感的第一端相连,所述第二十二电容的第二端接地。
7.根据权利要求6所述的级联放大器,其特征在于,所述第二栅极匹配电路包括:
第二十三感性单元,所述第二十三感性单元的第二端与所述第二场效应管的栅极相连;
第二十四感性单元,所述第二十四感性单元的第一端与所述第二十三感性单元的第一端相连,所述第二十四感性单元的第二端与所述第二栅极偏置电源端相连;
第二十三电容,所述第二十三电容的第一端与所述第二射频信号输入端相连,所述第二十三电容的第二端与所述第二十三感性单元的第一端相连;
其中,所述第二十三感性单元为电感、微带线或电感与微带线组合中的一种,和/或所述第二十四感性单元为电感、微带线或电感与微带线组合中的一种。
8.根据权利要求7所述的级联放大器,其特征在于,所述第二十三感性单元和第二十四感性单元为第六低耦合电感对,所述第六低耦合电感对为感应磁场相反的电感对。
9.根据权利要求2所述的级联放大器,其特征在于,所述第三放大器核心单元包括:
第三场效应管,所述第三场效应管包括漏极、栅极和源极,所述第三场效应管的源极与第三源极偏置电源端相连,所述第三场效应管用于放大输入所述第三场效应管栅极的射频信号;
第三漏极匹配电路,所述第三漏极匹配电路的第一端所述第三场效应管的漏极相连,所述第三漏极匹配电路的第二端与第三射频信号输出端相连,所述第三漏极匹配电路的第三端与第三漏极偏置电源端相连;
第三栅极匹配电路,所述第三栅极匹配电路的第一端与所述第三场效应管的栅极相连,所述第三栅极匹配电路的第二端与第三射频信号输入端相连,所述第三栅极匹配电路的第三端与第三栅极偏置电源端相连;
第三反馈电路,所述第三反馈电路的第一端与所述第三栅极匹配电路的第一端相连,所述第三反馈电路的第二端与所述第三漏极匹配电路的第四端相连。
10.根据权利要求9所述的级联放大器,其特征在于,所述第三漏极匹配电路包括第三低耦合电感对,所述第三低耦合电感对为感应磁场方向相反的电感对;
所述第三低耦合电感对包括:
第三十一电感,所述第三十一电感的第一端与所述第三场效应管的漏极相连,所述第三十一电感的第二端与第三反馈电路的第二端相连;
第三十二电感,所述第三十二电感的第一端与第三漏极偏置电源端相连,所述第三十二电感的第二端与所述第三十一电感的第二端相连;
其中,所述第三十一电感和所述第三十二电感的感应磁场方向相反;
所述第三漏极匹配电路还包括:
第三十一电容,所述第三十一电容的第一端与所述第三十一电感的第二端相连,所述第三十一电容的第二端与所述第三射频信号输出端相连;
第三十二电容,所述第三十二电容的第一端与所述第三十二电感的第一端相连,所述第三十二电容的第二端接地。
11.根据权利要求2所述的级联放大器,其特征在于,所述第四放大器核心单元包括:
第四场效应管,所述第四场效应管包括漏极、栅极和源极,所述第四场效应管用于从所述第四场效应管的栅极接收待放大射频信号,将所述待放大射频信号放大后,从所述第四场效应管的漏极输出反相放大信号,从所述第四场效应管的源极输出同相放大信号;
第四漏极匹配电路,所述第四漏极匹配电路的第一端与所述第四场效应管的漏极相连,所述第四漏极匹配电路的第三端与第四漏极偏置电源端相连,所述第四漏极匹配电路用于将所述第四场效应管的漏极输出阻抗匹配至第一目标阻抗,所述第一目标阻抗为第四漏极匹配电路的第二端的输出阻抗,所述第四漏极匹配电路还用于将所述反相放大信号传输至所述第四漏极匹配电路的第二端成为第一放大信号;
第四源极匹配电路,所述第四源极匹配电路的第一端与所述第四场效应管的源极相连,所述第四源极匹配电路的第三端与第四源极偏置电源端相连,所述第四源极匹配电路用于将所述第四场效应管的源极输出阻抗匹配至第二目标阻抗,所述第二目标阻抗为第四源极匹配电路的第二端的输出阻抗,所述第四源极匹配电路还用于将所述反相放大信号传输至所述第四源极匹配电路的第二端成为第二放大信号;
第四栅极匹配电路,所述第四栅极匹配电路的第一端与所述第四场效应管的栅极相连,所述第四栅极匹配电路的第二端与第四射频信号输入端相连,所述第四栅极匹配电路的第三端与第四栅极偏置电源端相连;
其中,所述第一放大信号与所述第二放大信号直接合成,合成后的公共端连接第四射频信号输出端输出合成后的信号,或
所述第四放大器核心单元还包括阻抗变换电路,所述第一放大信号与所述第二放大信号直接合成,所述阻抗变换电路的第一端连接合成后的公共端,所述阻抗变换电路的第二端连接第四射频信号输出端输出合成后的信号,或
所述第四放大器核心单元还包括合成电路,所述第一放大信号的输出端与所述合成电路的第一端相连,所述第二放大信号的输出端与所述合成电路的第二端相连,所述第一放大信号和第二放大信号通过所述合成电路合成,所述合成电路的第三端连接第四射频信号输出端输出合成后的信号,或
所述第四放大器核心单元还包括合成电路和阻抗变换电路,所述第一放大信号的输出端与所述合成电路的第一端相连,所述第二放大信号的输出端与所述合成电路的第二端相连,所述第一放大信号和第二放大信号通过所述合成电路合成,所述合成电路的第三端连接所述阻抗变换电路的第一端,所述阻抗变换电路的第二端连接第四射频信号输出端输出合成后的信号。
12.根据权利要求11所述的级联放大器,其特征在于,所述第四漏极匹配电路包括:
第四十一感性单元,所述第四十一感性单元的第二端与所述第四场效应管的漏极相连,
第四十二感性单元,所述第四十二感性单元的第一端与第四漏极偏置电源端相连,所述第四十二感性单元的第二端与所述第四十一感性单元的第一端相连,
第四十三感性单元,所述第四十三感性单元的第一端与第四十一感性单元的第一端相连,所述第四十三感性单元的第二端为第四漏极匹配电路的第二端,
第四十三电容,所述第四十三电容的第一端与所述第四漏极偏置电源端相连,所述第四十三电容的第二端接地;
所述第四源极匹配电路包括:
第四十四感性单元,所述第四十四感性单元的第一端与第四场效应管的源极相连,
第四十五感性单元,所述第四十五感性单元的第一端与第四十四感性单元的第二端相连,第四十五感性单元的第二端与第四源极偏置电源端相连,
第四十一电容,所述第四十一电容的第一端与所述第四十四感性单元的第二端相连,所述第四十一电容的第二端为第四源极匹配电路的第二端。
13.根据权利要求12所述的级联放大器,其特征在于,所述第四漏极匹配电路包括第四低耦合电感对,所述第四低耦合电感对包括所述第四十一感性单元和第四十二感性单元,所述第四十一感性单元和第四十二感性单元为感应磁场相反的电感对;和/或
所述第四源极匹配电路包括第七低耦合电感对,所述第七低耦合电感对包括第四十四感性单元和第四十五感性单元,所述第四十四感性单元和第四十五感性单元为感应磁场相反的电感对;和/或
所述第四栅极匹配电路包括第八低耦合电感对,所述第八低耦合电感对为感应磁场相反的电感对。
14.根据权利要求2所述的级联放大器,其特征在于,所述第五放大器核心单元包括:
第五场效应管,所述第五场效应管包括漏极、栅极和源极,所述第五场效应管的源极与第五源极偏置电源端相连,所述第五场效应管用于放大输入所述第五场效应管栅极的射频信号;
第五漏极匹配电路,所述第五漏极匹配电路的第一端与所述第五场效应管的漏极相连,所述第五漏极匹配电路的第二端与第五射频信号输出端相连,所述第五漏极匹配电路的第三端与所述第五漏极偏置电源端相连;
增益均衡电路,所述增益均衡电路的第二端与所述第五场效应管的栅极相连;
第五栅极匹配电路,所述第五栅极匹配电路的第一端与第五射频信号输入端相连,所述第五栅极匹配电路的第二端与所述增益均衡电路的第一端相连,所述第五栅极匹配电路的第三端与所述第五栅极偏置电源端相连。
15.根据权利要求14所述的级联放大器,其特征在于,所述第五漏极匹配电路包括第五低耦合电感对,所述第五低耦合电感对为感应磁场相反的电感对;
所述第五低耦合电感对包括:
第五十一电感,所述第五十一电感的第一端与第五漏极偏置电源端相连;
第五十二电感,所述第五十二电感的第一端与所述第五十一电感的第二端相连,所述第五十二电感的第二端与所述第五场效应管的漏极相连;
其中,第五十一电感和第五十二电感为感应磁场相反的电感对;
所述第五漏极匹配电路还包括:
第五十三感性单元,所述第五十三感性单元的第一端与所述第五十一电感的第二端相连;
第五十二电容,所述第五十二电容的第一端与所述第五十三感性单元的第二端相连,所述第五十二电容的第二端与所述第五射频信号输出端相连;
第五十三电容,所述第五十三电容的第一端与所述第五十一电感的第一端相连,所述第五十三电容的第二端接地;
其中,所述第五十三感性单元为电感、微带线或电感和微带线的组合中的一种。
16.根据权利要求1所述的级联放大器,其特征在于,所述第一级放大器的漏极偏置电源端与第一级漏极电源相连,所述第一级放大器的源极偏置电源端接地,所述第一级放大器的栅极偏置电源端通过第一级放大器第一单元接地,所述第一级放大器的栅极偏置电源端还与第一级栅极电源相连;
所述第二级放大器的漏极偏置电源端与第二级漏极电源相连,所述第二级放大器的源极偏置电源端接地,所述第二级放大器的栅极偏置电源端通过第二级放大器第一单元接地,所述第二级放大器的栅极偏置电源端还与第二级栅极电源相连;
其中,所述第一级放大器第一单元为电容,所述第二级放大器第一单元为电容。
17.根据权利要求1所述的级联放大器,其特征在于,所述第一级放大器的漏极偏置电源端与第一级漏极电源相连,所述第一级放大器的源极偏置电源端通过第一级放大器第二单元接地,所述第一级放大器的栅极偏置电源端接地;
所述第二级放大器的漏极偏置电源端与第二级漏极电源相连,所述第二级放大器的源极偏置电源端通过第二级放大器第二单元接地,所述第二级放大器的栅极偏置电源端接地;
其中,所述第一级放大器第二单元为并联的电阻和电容,所述第二级放大器第二单元为并联的电阻和电容。
18.根据权利要求1所述的级联放大器,其特征在于,所述第一级放大器的源极偏置电源端通过第一级放大器第二单元接地,所述第一级放大器的栅极偏置电源端接地;
所述第二级放大器的源极偏置电源端通过第二级放大器第三单元与所述第一级放大器的漏极偏置电源端相连,所述第二级放大器的源极偏置电源端还通过第二级放大器第一单元接地,
所述第二级放大器的漏极偏置电源端与第二级漏极电源相连,所述第二级放大器的漏极偏置电源端还与第二级放大器分压单元的第一端相连,
所述第二级放大器的栅极偏置电源端通过第二级放大器的第一单元接地,所述第二级放大器的栅极偏置电源端还与所述第二级放大器分压单元的第二端相连,
其中,所述第一级放大器第二单元为并联的电阻和电容,所述第二级放大器第一单元为电容,所述第二级放大器第三单元为低通滤波器,
所述第二级放大器分压单元包括第一电阻和第二电阻,所述第一电阻的第二端与第二电阻的第一端相连,所述第二电阻的第二端接地,所述第一电阻的第一端为所述第二级放大器分压单元的第一端,所述第一电阻的第二端为所述第二级放大器分压单元的第二端。
19.根据权利要求1所述的级联放大器,其特征在于,所述第一级放大器的源极偏置电源端接地,所述第一级放大器的栅极偏置电源端通过第一级放大器第一单元接地,所述第一级放大器的栅极偏置电源端还与第一级栅极电源相连;
所述第二级放大器的源极偏置电源端通过第二级放大器第三单元与所述第一级放大器的漏极偏置电源端相连,所述第二级放大器的源极偏置电源端还通过第二级放大器第一单元接地,
所述第二级放大器的漏极偏置电源端与第二级漏极电源相连,所述第二级放大器的漏极偏置电源端还与第二级放大器分压单元的第一端相连,
所述第二级放大器的栅极偏置电源端通过第二级放大器第一单元接地,所述第二级放大器的栅极偏置电源端还与所述第二级放大器分压单元的第二端相连,
其中,所述第一级放大器第一单元为电容,所述第二级放大器第一单元为电容,所述第二级放大器第三单元为低通滤波器,
所述第二级放大器分压单元包括第一电阻和第二电阻,所述第一电阻的第二端与第二电阻的第一端相连,所述第二电阻的第二端接地,所述第一电阻的第一端为所述第二级放大器分压单元的第一端,所述第一电阻的第二端为所述第二级放大器分压单元的第二端。
20.根据权利要求4所述的放大器,其特征在于,所述第十三电感和第十四电感均为螺旋电感并且在所述放大器中被布置为螺旋方向相反。
21.根据权利要求4所述的放大器,其特征在于,所述第十三电感和第十四电感在所述放大器中被布置为互为镜像布置。
22.根据权利要求4所述的放大器,其特征在于,所述第十三电感由第一微带线组成且第一微带线绕成第一螺旋图案,所述第十四电感由第二微带线组成且第二微带线绕成第二螺旋图案,其中所述第一微带线的第一端和第二端分别作为所述第十三电感的第一端和第二端,所述第二微带线的第一端和第二端分别作为所述第十四电感的第一端和第二端,所述第一微带线的第二端和所述第二微带线的第二端连接在一起使得所述第一微带线和所述第二微带线形成一合并微带线。
23.根据权利要求22所述的放大器,其特征在于,所述第一和第二螺旋图案没有交叠,并在平行于所述放大器的布线层的方向上邻近但相距一定距离。
24.根据权利要求22所述的放大器,其特征在于,所述合并微带线由多层金属材料构成,其中每层金属材料位于所述放大器的不同布线层中。
25.根据权利要求22所述的放大器,其特征在于,所述合并微带线由单层金属材料构成,其中所述单层金属材料位于所述放大器的相同或不同布线层中。
26.一种射频芯片,其特征在于,所述射频芯片包括衬底,以及衬底上的如权利要求1至25任一项所述的级联放大器。
27.一种电子装置,其特征在于,包括如权利要求26所述的射频芯片。
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