CN219514048U - 差分放大电路和射频前端电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种差分放大电路和射频前端电路。该差分放大电路包括第一放大晶体管、第二放大晶体管和增益调整电路；第一放大晶体管的第一端与第一输入端相连，第一放大晶体管的第二端与供电端相连；第二放大晶体管的第一端与第二输入端相连，第二放大晶体管的第二端与供电端相连；增益调整电路的第一端与第一放大晶体管的第三端和第二放大晶体管的第三端之间的公共节点相连，增益调整电路的第二端接地。该差分放大电路可在不影响差模性能的前提下，保障其共模稳定性，且可节省电路中的元器件数量，降低成本，减小占用面积。

Description

差分放大电路和射频前端电路

技术领域

本实用新型涉及射频通信技术领域，尤其涉及一种差分放大电路和射频前端电路。

背景技术

在无线通信系统中，功率放大器的作用越来越重要，其被普遍地应用在无线远程通信、定位导航和卫星通信系统中。差分放大电路具有电路对称性的特点，可起到稳定工作点的作用，被广泛应用在射频前端电路中。

现有差分放大电路一般包括对称设置的第一放大晶体管和第二放大晶体管，该第一放大晶体管的一端接地，该第二放大晶体管的一端接地。为了改善差分放大电路的共模稳定性，需要在第一放大晶体管和地之间耦合一增益调整电路，并在第二放大晶体管和地之间耦合另一增益调整电路，通过调整两个放大晶体管的共模稳定性，但在差模信号经过差分放大电路时，差模信号需经过两个增益调整电路，影响差分放大电路的差模性能。即现有差分放大电路中，存在无法实现在不影响其差模性能的前提下，保障其共模稳定性的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种差分放大电路和射频前端电路，以解决现有差分放大电路无法在不影响差模性能的前提下，保障其共模稳定性的问题。

本实用新型实施例提供一种差分放大电路，包括第一放大晶体管、第二放大晶体管和增益调整电路；

所述第一放大晶体管的第一端与第一输入端相连，所述第一放大晶体管的第二端与供电端相连；

所述第二放大晶体管的第一端与第二输入端相连，所述第二放大晶体管的第二端与所述供电端相连；

所述增益调整电路的第一端与所述第一放大晶体管的第三端和所述第二放大晶体管的第三端之间的公共节点相连，所述增益调整电路的第二端接地。

优选地，所述增益调整电路为共模增益调整电路，被配置为降低所述差分放大电路的共模增益。

优选地，所述共模增益调整电路，被配置为导通直流信号。

优选地，所述增益调整电路包括共模电感，所述共模电感的第一端与所述第一放大晶体管的第三端和所述第二放大晶体管的第三端之间的公共节点相连，所述共模电感的第二端接地；

优选地，在所述差分放大电路的工作频段为1.5G-3G时，所述共模电感的电感值被配置为大于0.5纳亨。

优选地，所述增益调整电路包括共模电阻，所述共模电阻的第一端与所述第一放大晶体管的第三端和所述第二放大晶体管的第三端之间的公共节点相连，所述共模电阻的第二端接地。

优选地，在所述差分放大电路的工作频段为1.5G-3G时，所述共模电阻的电阻值被配置为小于100欧姆。

优选地，所述增益调整电路包括串联连接或者并联连接的共模电感和共模电阻。

优选地，所述第一放大晶体管为第一MOS管，所述第一MOS管的第一端为栅极，所述第一MOS管的第二端为漏极，所述第一MOS管的第三端为源极；

所述第二放大晶体管为第二MOS管，所述第二MOS管的第一端为栅极，所述第二MOS管的第二端为漏极，所述第二MOS管的第三端为源极，

或者，所述第一放大晶体管为第一BJT管，所述第一BJT管的第一端为基板，所述第一BJT管的第二端为集电极，所述第一BJT管的第三端为发射极；所述第二放大晶体管为第二BJT管，所述第二BJT管的第一端为基板，所述第二BJT管的第二端为集电极，所述第二BJT管的第三端为发射极。

本发明实施例提供一种射频前端电路，包括上述差分放大电路。

上述差分放大电路和射频前端电路中，对称设置的第一放大晶体管的第三端和第二放大晶体管的第三端之间形成公共节点，该公共节点通过增益调整电路接地。在差模信号通过该差分放大电路时，由于一个信号周期内，第一放大晶体管和第二放大晶体管工作在互补状态，差模信号在第一放大晶体管和第二放大晶体管之间循环，即差模信号在流经其中一个放大晶体管后，通过公共节点传输至另一放大晶体管，无需经过增益调整电路，因此，增益调整电路不会影响差分放大电路的差模性能。在共模信号通过该差分放大电路时，一路共模信号流经第一放大晶体管和增益调整电路到地，另一路共模信号流经第二放大晶体管和增益调整电路到地，在共模信号传输过程中，增益调整电路可调整差分放大电路的共模增益，以达到保障共模稳定性的效果。因此，在两个放大晶体管的第三端之间形成公共节点，将增益调整电路耦合至该公共节点和地之间，使其既可保障差分放大电路的差模性能，又可保障其共模稳定性。而且，该差分放大电路中，采用一个增益调整电路可实现对两个放大晶体管的共模稳定性进行调整，可节省电路中的元器件数量，降低成本，减小占用面积。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本实用新型一实施例中差分放大电路的一电路示意图；

图2是本实用新型一实施例中差分放大电路的另一电路示意图；

图3是本实用新型一实施例中差分放大电路的另一电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解的是，本实用新型能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本实用新型教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在……下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本实用新型的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本实用新型提出的技术方案。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

本实用新型实施例提供一种差分放大电路，如图1所示，差分放大电路包括第一放大晶体管M1、第二放大晶体管M2和增益调整电路1；第一放大晶体管M1的第一端与第一输入端相连，第一放大晶体管M1的第二端与供电端VCC相连；第二放大晶体管M2的第一端与第二输入端相连，第二放大晶体管M2的第二端与供电端VCC相连；增益调整电路1的第一端与第一放大晶体管M1的第三端和第二放大晶体管M2的第三端之间的公共节点相连，增益调整电路1的第二端接地。

其中，第一放大晶体管M1和第二放大晶体管M2是差分放大电路中的两个放大晶体管。作为一示例，第一放大晶体管M1和第二放大晶体管M2为两个特性相同的放大晶体管，组成对管结构，在一个信号周期内，第一放大晶体管M1和第二放大晶体管M2轮流导电，工作在互补状态。

作为一示例，第一放大晶体管M1的第一端与第一输入端相连，用于接收输入的射频信号；第一放大晶体管M1的第二端与供电端VCC相连，第一放大晶体管M1的第三端与第二放大晶体管M2的第三端形成公共节点。相应地，第二放大晶体管M2的第一端与第二输入端相连，用于接收射频信号；第二放大晶体管M2的第二端与供电端VCC相连，第二放大晶体管M2的第三端与第一放大晶体管M1的第三端形成公共节点。

其中，增益调整电路1是用于实现增益调整的电路。作为一示例，增益调整电路1的第一端与公共节点相连，增益调整电路1的第二端接地，也就是说，增益调整电路1既连接在第一放大晶体管M1和地之间，也连接在第二放大晶体管M2和地之间。

本实施例所提供的差分放大电路中，对称设置的第一放大晶体管M1的第三端和第二放大晶体管M2的第三端之间形成公共节点，该公共节点通过增益调整电路1接地。在差模信号通过该差分放大电路时，由于一个信号周期内，第一放大晶体管M1和第二放大晶体管M2工作在互补状态，差模信号在第一放大晶体管M1和第二放大晶体管M2之间循环，即差模信号在流经其中一个放大晶体管后，通过公共节点传输至另一放大晶体管，无需经过增益调整电路1，因此，增益调整电路1不会影响差分放大电路的差模性能。在共模信号通过该差分放大电路时，一路共模信号流经第一放大晶体管M1和增益调整电路1到地，另一路共模信号流经第二放大晶体管M2和增益调整电路1到地，在共模信号传输过程中，增益调整电路1可调整差分放大电路的共模增益，以达到保障共模稳定性的效果。因此，在两个放大晶体管的第三端之间形成公共节点，将增益调整电路1耦合至该公共节点和地之间，使其既可保障差分放大电路的差模性能，又可保障其共模稳定性。而且，该差分放大电路中，采用一个增益调整电路1可实现对两个放大晶体管的共模稳定性进行调整，可节省电路中的元器件数量，降低成本，减小占用面积。

在一实施例中，增益调整电路1为共模增益调整电路，被配置为降低差分放大电路的共模增益。

其中，共模增益调整电路是用于实现共模增益调整的电路。

作为一示例，耦合在两个放大晶体管的第三端形成的公共节点和地之间的增益调整电路1具体为共模增益调整电路，该共模增益调整电路被配置为降低其所在的差分放大电路的共模增益，在差分放大电路的共模增益下降后，可使差分放大电路所在的共模震荡环路增益下降，提高共模输入阻抗实部，进而提高共模稳定性。

在一实施例中，共模增益调整电路，被配置为导通直流信号。

作为一示例，共模增益调整电路被配置为导通直流信号，既允许直流信号通过，也允许交流信号通过，以使差分放大电路可在交流信号和直流信号经过时均可工作。可理解地，由于共模增益调整电路被配置为导通直流信号，需保证共模增益调整电路中不设有隔直通交的电容，也就是说，该共模增益调整电路需为采用除电容以外的其他元器件形成的电路，以保障差分放大电路的差模性能和共模稳定性。

在一实施例中，增益调整电路1包括共模电感L1和共模电阻R1中的至少一个。

其中，共模电感L1是用于实现对共模信号进行调整的电感。共模电阻R1是用于实现对共模信号进行调整的电阻。

作为一示例，增益调整电路1可以为只采用共模电感L1这一元器件形成的可实现增益调整的电路，也可以为只采用共模电阻R1这一元器件形成的可实现增益调整的电路，还可以采用共模电感L1和共模电阻R1这两类元器件形成的可实现增益调整的电路。

在一实施例中，增益调整电路1包括共模电感L1，共模电感L1的第一端与第一放大晶体管M1的第三端和第二放大晶体管M2的第三端之间的公共节点相连，共模电感L1的第二端接地。

作为一示例，增益调整电路1可以为采用共模电感L1形成的电路，具体可将单一电感作为共模电感L1，也可以将至少两个串联的电感作为共模电感L1。本示例中，共模电感L1的第一端与第一放大晶体管M1的第三端和第二放大晶体管M2的第三端之间的公共节点相连，共模电感L1的第二端接地，也就是说，共模电感L1耦合在两个放大晶体管的第三端所形成的公共节点和地之间。在差分放大电路通差模信号时，差模信号在第一放大晶体管M1和第二放大晶体管M2之间循环，即差模信号不会流经该共模电感L1，此时，共模电感L1不会影响差分放大电路的差模性能；在差分放大电路通共模信号时，一路共模信号流经第一放大晶体管M1和该共模电感L1到地，另一路共模信号流经第二放大晶体管M2和该共模电感L1到地，调整共模增益，保障其共模稳定性。

在一具体实施例中，在差分放大电路的工作频段为1.5G-3G时，共模电感L1的电感值被配置为大于0.5纳亨。

一般来说，采用共模电感L1作为增益调整电路1，共模电感L1的电感值越大，其越利于保障差分放大电路的共模稳定性，在差分放大电路的工作频段为1.5G-3G时，共模电感L1的电感值被配置为大于0.5纳亨，使得该共模电感L1形成的增益调整电路1满足其共模稳定性的需求，避免电感值较小时，导致共模稳定性无法满足预设需求的情况发生。

在一实施例中，增益调整电路1包括共模电阻R1，共模电阻R1的第一端与第一放大晶体管M1的第三端和第二放大晶体管M2的第三端之间的公共节点相连，共模电阻R1的第二端接地。

作为一示例，增益调整电路1可以为采用共模电阻R1形成的电路，具体可将单一电阻作为共模电阻R1，也可以将至少两个串联的电阻作为共模电阻R1。本示例中，共模电阻R1的第一端与第一放大晶体管M1的第三端和第二放大晶体管M2的第三端之间的公共节点相连，共模电阻R1的第二端接地，也就是说，共模电阻R1耦合在两个放大晶体管的第三端所形成的公共节点和地之间。在差分放大电路通差模信号时，差模信号在第一放大晶体管M1和第二放大晶体管M2之间循环，即差模信号不会流经该共模电阻R1，此时，共模电阻R1不会影响差分放大电路的差模性能；在差分放大电路通共模信号时，一路共模信号流经第一放大晶体管M1和该共模电阻R1到地，另一路共模信号流经第二放大晶体管M2和该共模电阻R1到地，调整共模增益，以保障其共模稳定性。

在一具体实施例中，在差分放大电路的工作频段为1.5G-3G时，共模电阻R1的电阻值被配置为小于100欧姆。

一般来说，采用共模电阻R1作为增益调整电路1，虽然可在一定程度上保障差分放大电路的共模稳定性，但共模电阻R1的电阻值较大时，会挤占直流电压裕度，因此，在在差分放大电路的工作频段为1.5G-3G时，共模电阻R1的电阻值被配置为小于100欧姆，以使共模电阻R1既可保障差分放大电路的整体性能。

在一实施例中，增益调整电路1包括串联连接或者并联连接的共模电感L1和共模电阻R1。

作为一示例，该增益调整电路1还可以同时包括共模电感L1和共模电阻R1，共模电感L1和共模电阻R1之间可以串联连接，也可以并联连接，根据需要调整的共模增益确定其连接方式，使得其所形成的增益调整电路1进行增益调整后，满足差分放大电路所需的共模稳定性。

在一实施例中，第一放大晶体管M1为第一MOS管，第一MOS管的第一端为栅极，第一MOS管的第二端为漏极，第一MOS管的第三端为源极；第二放大晶体管M2为第二MOS管，第二MOS管的第一端为栅极，第二MOS管的第二端为漏极，第二MOS管的第三端为源极。

作为一示例，第一放大晶体管M1和第二放大晶体管M2均可以为MOS管，MOS管的第三端为源极，也就是说，在采用两个MOS管作为差分放大电路的放大晶体管时，两个MOS管的源极之间的公共节点耦合至增益调整电路1的第一端，增益调整电路1的第二端接地，由于两个MOS管的源极之间形成公共节点，使得差模信号在两个MOS管之间循环而不流经增益调整电路1，两路共模信号需分别经过一个MOS管的源极和增益调整电路1到地，以调整其共模稳定性。例如，在增益调整电路1为共模电感L1时，每个MOS管的源极通过共模电感L1到地，此时，共模电感L1相当于源极退化电感，可起到保障共模稳定性的作用。

在一实施例中，第一放大晶体管M1为第一BJT管，第一BJT管的第一端为基板，第一BJT管的第二端为集电极，第一BJT管的第三端为发射极；第二放大晶体管M2为第二BJT管，第二BJT管的第一端为基板，第二BJT管的第二端为集电极，第二BJT管的第三端为发射极。

作为一示例，第一放大晶体管M1和第二放大晶体管M2均可以为BJT管，BJT管的第三端为发射极，也就是说，在采用两个BJT管作为差分放大电路的放大晶体管时，两个BJT管的发射极之间的公共节点耦合至增益调整电路1的第一端，增益调整电路1的第二端接地，由于两个BJT管的发射极之间形成公共节点，使得差模信号在两个BJT管之间循环而不流经增益调整电路1，两路共模信号需分别经过一个BJT管的发射极和增益调整电路1到地，以调整其共模稳定性。例如，在增益调整电路1为共模电感L1时，每个BJT管的发射极通过共模电感L1到地，此时，共模电感L1相当于发射极退化电感，可起到保障共模稳定性的作用。

本实用新型实施例提供一种射频前端电路，包括上述实施例中的差分放大电路。

本实施例所提供的射频前端电路包括上述实施例中的差分放大电路，该差分放大电路包括对称设置的第一放大晶体管M1的第三端和第二放大晶体管M2的第三端之间形成公共节点，该公共节点通过增益调整电路1接地。在差模信号通过该差分放大电路时，由于一个信号周期内，第一放大晶体管M1和第二放大晶体管M2工作在互补状态，差模信号在第一放大晶体管M1和第二放大晶体管M2之间循环，即差模信号在流经其中一个放大晶体管后，通过公共节点传输至另一放大晶体管，无需经过增益调整电路1，因此，增益调整电路1不会影响差分放大电路的差模性能。在共模信号通过该差分放大电路时，一路共模信号流经第一放大晶体管M1和增益调整电路1到地，另一路共模信号流经第二放大晶体管M2和增益调整电路1到地，在共模信号传输过程中，增益调整电路1可调整差分放大电路的共模增益，以达到保障共模稳定性的效果。因此，在两个放大晶体管的第三端之间形成公共节点，将增益调整电路1耦合至该公共节点和地之间，使其既可保障差分放大电路的差模性能，又可保障其共模稳定性。而且，该差分放大电路中，采用一个增益调整电路1可实现对两个放大晶体管的共模稳定性进行调整。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种差分放大电路，其特征在于，包括第一放大晶体管、第二放大晶体管和增益调整电路；

所述第一放大晶体管的第一端与第一输入端相连，所述第一放大晶体管的第二端与供电端相连；

所述第二放大晶体管的第一端与第二输入端相连，所述第二放大晶体管的第二端与所述供电端相连；

所述增益调整电路的第一端与所述第一放大晶体管的第三端和所述第二放大晶体管的第三端之间的公共节点相连，所述增益调整电路的第二端接地。

2.如权利要求1所述的差分放大电路，其特征在于，所述增益调整电路为共模增益调整电路，被配置为降低所述差分放大电路的共模增益。

3.如权利要求2所述的差分放大电路，其特征在于，所述共模增益调整电路，被配置为导通直流信号。

4.如权利要求3所述的差分放大电路，其特征在于，所述增益调整电路包括共模电感，所述共模电感的第一端与所述第一放大晶体管的第三端和所述第二放大晶体管的第三端之间的公共节点相连，所述共模电感的第二端接地。

5.如权利要求4所述的差分放大电路，其特征在于，在所述差分放大电路的工作频段为1.5G-3G时，所述共模电感的电感值被配置为大于0.5纳亨。

6.如权利要求3所述的差分放大电路，其特征在于，所述增益调整电路包括共模电阻，所述共模电阻的第一端与所述第一放大晶体管的第三端和所述第二放大晶体管的第三端之间的公共节点相连，所述共模电阻的第二端接地。

7.如权利要求6所述的差分放大电路，其特征在于，在所述差分放大电路的工作频段为1.5G-3G时，所述共模电阻的电阻值被配置为小于100欧姆。

8.如权利要求3所述的差分放大电路，其特征在于，所述增益调整电路包括串联连接或者并联连接的共模电感和共模电阻。

9.如权利要求1所述的差分放大电路，其特征在于，所述第一放大晶体管为第一MOS管，所述第一MOS管的第一端为栅极，所述第一MOS管的第二端为漏极，所述第一MOS管的第三端为源极；所述第二放大晶体管为第二MOS管，所述第二MOS管的第一端为栅极，所述第二MOS管的第二端为漏极，所述第二MOS管的第三端为源极；

或者，所述第一放大晶体管为第一BJT管，所述第一BJT管的第一端为基板，所述第一BJT管的第二端为集电极，所述第一BJT管的第三端为发射极；所述第二放大晶体管为第二BJT管，所述第二BJT管的第一端为基板，所述第二BJT管的第二端为集电极，所述第二BJT管的第三端为发射极。

10.一种射频前端电路，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的差分放大电路。