微波單片集成寬帶低噪聲放大器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種微波單片集成寬帶低噪聲放大器，其包括輸入阻抗電路、輸出阻抗電路、并聯(lián)反饋電路、偏置電路以及串聯(lián)耦接的第一晶體管M1和第二晶體管M2；偏置電路包括自偏置電路和電流復(fù)用偏置電路；輸入阻抗電路分別與第一晶體管M1、自偏置電路和信號(hào)輸入端連接；第一晶體管M1和第二晶體管M2之間設(shè)置有級(jí)間匹配電路；第二晶體管M2分別與并聯(lián)反饋電路和輸出阻抗電路連接，輸出阻抗電路的輸出端與信號(hào)輸出端連接；電流復(fù)用偏置電路分別與第一晶體管M1和第二晶體管M2連接。本實(shí)用新型提供的微波單片集成寬帶低噪聲放大器能夠同時(shí)保證低功耗和高增益。
【專利說(shuō)明】微波單片集成寬帶低噪聲放大器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一個(gè)放大器，具體涉及一種微波單片集成寬帶低噪聲放大器。

【背景技術(shù)】
[0002]低噪聲放大器位于無(wú)線接收系統(tǒng)的前端，其主要功能是將天線的低電壓信號(hào)進(jìn)行小信號(hào)放大。傳統(tǒng)的兩級(jí)低噪聲寬帶放大器有兩種電路方案:
[0003]共源-共源低噪聲寬帶放大器，包括兩個(gè)串聯(lián)連接的晶體管，前級(jí)晶體管和末級(jí)晶體管的柵極偏置在合適的柵壓，前級(jí)晶體管輸出功率要求不大，能夠驅(qū)動(dòng)末級(jí)即可，前級(jí)晶體管通過(guò)一降壓電阻獲得合適的漏壓。末級(jí)晶體管為了獲得更大輸出功率，偏置在盡可能高的漏壓。
[0004]共源-共柵低噪聲寬帶放大器，前級(jí)晶體管為共源結(jié)構(gòu)，末級(jí)晶體管為共柵結(jié)構(gòu)，前級(jí)晶體管的漏極與所述末級(jí)晶體管的源極直接相連，用于將末級(jí)晶體管的直流電流提供給前級(jí)晶體管。前級(jí)晶體管的柵極偏置在合適的柵壓，末級(jí)晶體管柵極接通過(guò)電阻連接電源實(shí)現(xiàn)降壓，使末級(jí)晶體管工作在合適的偏置點(diǎn)。
[0005]共源-共源低噪聲寬帶放大器的缺點(diǎn)是兩級(jí)電路通過(guò)電源分別饋電，前級(jí)晶體管通過(guò)電阻降壓獲得合適的漏壓，造成功耗增加；共源-共柵低噪聲寬帶放大器的缺點(diǎn)是雖然共柵晶體管大幅度提高了放大器的輸出阻抗匹配，拓寬了頻段，但是對(duì)增益放大貢獻(xiàn)很小，增益主要由前級(jí)共源晶體管提供，后級(jí)共柵晶體管主要用來(lái)提供電路的反向隔離度。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中低噪聲寬帶放大器存在的上述不足，本實(shí)用新型提供的微波單片集成寬帶低噪聲放大器解決低功耗和高增益難以同時(shí)滿足的問(wèn)題。
[0007]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型提供的微波單片集成寬帶低噪聲放大器的技術(shù)方案為:包括輸入阻抗電路、輸出阻抗電路、并聯(lián)反饋電路、偏置電路以及串聯(lián)耦接的第一晶體管Ml和第二晶體管M2 ;偏置電路包括自偏置電路和電流復(fù)用偏置電路；輸入阻抗電路分別與第一晶體管Ml、自偏置電路和信號(hào)輸入端連接；第一晶體管Ml和第二晶體管M2之間設(shè)置有級(jí)間匹配電路；第二晶體管M2分別與并聯(lián)反饋電路和輸出阻抗電路連接，輸出阻抗電路的輸出端與信號(hào)輸出端連接；電流復(fù)用偏置電路分別與第一晶體管Ml和第二晶體管M2連接。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果為:
[0009]本微波單片集成寬帶低噪聲放大器采用的兩級(jí)級(jí)聯(lián)的共源放大器的電路形式，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)兩次放大，實(shí)現(xiàn)了低噪聲、高增益的性能要求。由于該放大器采用電流復(fù)用技術(shù)，只消耗了一路直流電流，節(jié)省了功耗；其是采用堆疊式結(jié)構(gòu)，在增益、噪聲和功耗等方面有較好的折衷。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型的微波單片集成寬帶低噪聲放大器的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員理解本實(shí)用新型，但應(yīng)該清楚，本實(shí)用新型不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本實(shí)用新型構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
[0012]參考圖1，圖1示出了本實(shí)用新型的微波單片集成寬帶低噪聲放大器的電路圖；如圖1所示，本實(shí)施例采用的技術(shù)方案為:
[0013]包括輸入阻抗電路、輸出阻抗電路、并聯(lián)反饋電路、偏置電路以及串聯(lián)耦接的第一晶體管Ml和第二晶體管M2 ;偏置電路包括自偏置電路和電流復(fù)用偏置電路；輸入阻抗電路分別與第一晶體管Ml、自偏置電路和信號(hào)輸入端連接；第一晶體管Ml和第二晶體管M2之間設(shè)置有級(jí)間匹配電路；第二晶體管M2分別與并聯(lián)反饋電路和輸出阻抗電路連接，輸出阻抗電路的輸出端與信號(hào)輸出端連接；電流復(fù)用偏置電路分別與第一晶體管Ml和第二晶體管M2連接。第二晶體管的漏極經(jīng)負(fù)載電感Ld2與電源連接。
[0014]本實(shí)用新型的微波單片集成寬帶低噪聲放大器采用MMIC工藝制造。由于MMIC工藝的襯底材料電子遷移率較禁帶寬度寬、工作溫度范圍大、微波傳輸性能好，所以麗IC具有電路插損小、噪聲低、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、附加效率高、抗電磁輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。第一晶體管Ml和第二晶體管M2為PHEMT場(chǎng)效應(yīng)晶體管，第一晶體管Ml的柵寬為4X 50 um,第二晶體管M2的柵寬為4X75 um。
[0015]級(jí)間匹配電路包括第四電容C1、第五電感L1 ;所述第五電感L1 一端與第二晶體管M2的柵極連接，另一端與第四電容C1連接；所述第四電容C1另一端與第一晶體管Ml漏極的柵極連接。其中第四電容C1還可以相當(dāng)于一個(gè)耦合電路，其為級(jí)間匹配電路提供一個(gè)低阻抗通路，將第一晶體管Ml的輸出信號(hào)耦合到第二晶體管M2的輸出端。
[0016]由第一晶體管Ml和第二晶體管M2構(gòu)成的兩級(jí)級(jí)聯(lián)電路中，第一晶體管Ml主要實(shí)現(xiàn)低噪聲和輸入駐波匹配，同時(shí)兼顧提高增益，減小后級(jí)噪聲的影響。與第二晶體管M2連接的并聯(lián)反饋電路用于改善所述的放大器的增益平坦性，并獲得較好的輸入和輸出匹配，有效地拓寬放大器的帶寬。并聯(lián)反饋電路包括依次串聯(lián)在一起的第一反饋電阻Rf、第一反饋電感Lf和第一反饋電容Cf，第一反饋電容Cf的另一端與第二晶體管M2的柵極連接，第一反饋電阻Rf的另一端與第二晶體管M2的漏極連接。
[0017]偏置電路用于向第一晶體管Ml和第二晶體管M2提供偏置電壓，偏置電路包括自偏置電路和電流復(fù)用偏置電路，自偏置電路包括第二電感Lgl、第二電容Cgl和第一電阻Rgl,第二電感Lgl —端與第一電感Lin連接,另一端分別與第二電容Cgl和第一電阻Rgl連接；第二電容Cgl和第一電阻Rgl并聯(lián)后接地。
[0018]自偏置電路還包括第三電感Lsl、第三電容Csl和第二電阻Rsl;第三電感Lsl —端與第一晶體管Ml連接，另一端分別與第三電容Csl和第二電阻Rsl連接；第三電容Csl和第二電阻Rsl并聯(lián)后接地。
[0019]電流復(fù)用偏置電路包括連接于第一晶體管Ml漏極和第二晶體管M2源極之間的第四電感L2。
[0020]輸入阻抗電路包括第一電容Cin和第一電感Lin,第一電容Cin—端與信號(hào)輸入端連接，一端與第一電感Lin連接；第一電感Lin的另一端與第一晶體管Ml的柵極連接。
[0021]輸出阻抗電路包括第五電容Crat和第六電感Lrat,第五電容Crat —端與第二晶體管M2的漏極連接，另一端與第六電感Ltjut連接；第六電感Ltjut另一端與信號(hào)輸出端連接。
[0022]Lsi為第一晶體管Ml源極負(fù)反饋電感，為輸入阻抗Zin提供實(shí)部，Lin和第一晶體管Ml—起形成諧振電路，用來(lái)抵消輸入阻抗Zin的虛部，Cin主要目的為隔離直流。第一晶體管Ml的輸入阻抗如下:
[0023]



Lgsl
[0024]其中，gml是第一晶體管Ml的跨導(dǎo)，Cgsl是第一晶體管Ml的柵源電容，S為拉氏變換的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。從上式中可以看出由于源極負(fù)反饋電感的引入，給放大器輸入部分增加了一個(gè)實(shí)部，這樣就縮小了最佳噪聲阻抗Z-和Zin之間的差量。雖然最小噪聲系數(shù)隨Lsl增大而減小，但過(guò)大的Lsl會(huì)嚴(yán)重降低增益，容易引入后級(jí)噪聲的影響。
[0025]第一晶體管Ml采用自偏置技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)單電源供電。第一晶體管Ml的柵極通過(guò)一個(gè)大電感Lgl接地，讓第一晶體管Ml的柵極偏置在零電位，同時(shí)阻斷射頻信號(hào)進(jìn)入交流地。在第一晶體管Ml的源端插入一個(gè)小電阻Rsl，其值等于第一晶體管Ml所需柵壓Vgs除以希望的第一晶體管Ml漏極電流，將第一晶體管Ml源端電位提高到一個(gè)正的直流電位，幅度等于所需的柵-源極間的電壓，為了防止損失射頻增益，源端通過(guò)一個(gè)大的去耦電容Csl接地。為了提高低頻穩(wěn)定性，第一晶體管Ml柵極的偏置電感Lgl通過(guò)由電阻Rgl和電容Cgl組成的并聯(lián)支路再接地，Cgl對(duì)射頻信號(hào)起到旁路的作用，低頻信號(hào)經(jīng)過(guò)Rgl的衰減，可以提高穩(wěn)定性。
[0026]為了減小功耗，放大器采用電流復(fù)用技術(shù)。它將第一晶體管Ml和第二晶體管M2放在一條偏置支路中，共用偏置電流，射頻信號(hào)從第一晶體管Ml的柵極進(jìn)入，一路由于受到輸入阻抗電路和輸出阻抗電路的隔離而無(wú)法通過(guò)，還有一路從第四電容C1進(jìn)入第二晶體管M2柵極，最后從第二晶體管M2的漏極流出，這樣從交流信號(hào)來(lái)講，電路仍然保持級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)，但是直流功耗相對(duì)于單級(jí)共源電路沒有發(fā)生改變，射頻性能卻相當(dāng)于是第一晶體管Ml和第二晶體管M2的并聯(lián)，等效跨導(dǎo)Gm=gl+g2，換句話說(shuō)，也就是電路在直流功耗相同的情況下，增益變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍，所以電流復(fù)用這種技術(shù)保證增益不變的情況下降低了電路的功耗。
[0027]偏置電路還包括第一分壓電阻Rdl、第二分壓電阻Rd2和第一隔離電阻R1，第一分壓電阻Rdl —端與電源連接，另一端分別與第二分壓電阻Rd2和第一隔離電阻R1連接；第二分壓電阻Rd2另一端接地，第一隔離電阻R1另一端與第二晶體管M2的柵極連接。
[0028]第一分壓電阻Rdl和第二分壓電阻Rd2起分壓的作用，為第二晶體管M2提供合適的偏置點(diǎn)。為了阻止所需的射頻信號(hào)進(jìn)入公共地，第二晶體管M2的柵極通過(guò)的1k歐姆的第一隔離電阻R1連接到電源。
[0029]第二晶體管M2的負(fù)載電感Ld2和第二晶體管M2柵源的寄生電容Cgs2構(gòu)成并聯(lián)峰值結(jié)構(gòu)，通過(guò)負(fù)載電感Ld2引入零點(diǎn)，補(bǔ)償因寄生電容Cgs2引起的增益下降，同時(shí)增加放大器的帶寬。
[0030]第二晶體管M2從漏極到柵極之間連接的第一反饋電阻Rf，相當(dāng)于加載了一個(gè)負(fù)反饋回路。負(fù)反饋的作用是穩(wěn)定器件，能夠使輸入和輸出阻抗接近于50歐姆。為了獲得最佳響應(yīng)，一些附加元件需要加入放大器中，每個(gè)元件都對(duì)獲得最佳性能起到了特別的作用。第一反饋電阻Rf是關(guān)鍵反饋元件，其值決定了互相制約的增益和帶寬，第一反饋電感Lf反饋回路引進(jìn)一定程度的頻率依賴性:在最低頻率點(diǎn)，第一反饋電感1^不起作用，第一反饋電阻Rf控制增益大?。辉诟哳l端，第一反饋電感Lf的電抗值增大，從而降低了負(fù)反饋深度，因此，第一反饋電感Lf的作用是保持增益平坦，使放大器工作在一個(gè)較高的頻率。第一反饋電容Cf是一個(gè)隔直流元件，用于將漏極偏置和柵極偏置隔離開來(lái)。盡管反饋網(wǎng)絡(luò)獲得了相當(dāng)接近于50歐姆的輸入輸出阻抗，但仍需要其他匹配元件去獲得好的輸入輸出回路損耗特性。
[0031]該放大器還包括對(duì)電源進(jìn)行濾波的濾波電容Cd2，濾波電容Cd2 —端與電源輸出端連接，另一端接地；第二晶體管M2的源極還設(shè)置有去耦電容CS2，去耦電容Cs2 —端與第二晶體管M2源極連接，另一端接地。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本微波單片集成寬帶低噪聲放大器采用的兩級(jí)級(jí)聯(lián)的共源放大器的電路形式，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)兩次放大器，實(shí)現(xiàn)了低噪聲、高增益的性能要求。由于該放大器采用電流復(fù)用技術(shù)，只消耗了一路直流電流，節(jié)省了功耗；其是采用堆疊式結(jié)構(gòu)，在增益、噪聲和功耗等方面有較好的折衷。
【權(quán)利要求】
1.一種微波單片集成寬帶低噪聲放大器，包括串聯(lián)耦接的第一晶體管Ml和第二晶體管M2，其特征在于:還包括輸入阻抗電路、輸出阻抗電路、并聯(lián)反饋電路和偏置電路；所述偏置電路包括自偏置電路和電流復(fù)用偏置電路；所述輸入阻抗電路分別與所述第一晶體管Ml、所述自偏置電路和信號(hào)輸入端連接；所述第一晶體管Ml和所述第二晶體管M2之間設(shè)置有級(jí)間匹配電路；所述第二晶體管M2分別與所述并聯(lián)反饋電路和所述輸出阻抗電路連接，所述輸出阻抗電路的輸出端與信號(hào)輸出端連接；所述電流復(fù)用偏置電路分別與所述第一晶體管Ml和所述第二晶體管M2連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波單片集成寬帶低噪聲放大器，其特征在于:所述第二晶體管的漏極經(jīng)負(fù)載電感Ld2與電源連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微波單片集成寬帶低噪聲放大器，其特征在于:所述輸入阻抗電路包括第一電容Cin和第一電感Lin,所述第一電容Cin —端與信號(hào)輸入端連接,一端與第一電感Lin連接；所述第一電感Lin的另一端與第一晶體管Ml的柵極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波單片集成寬帶低噪聲放大器，其特征在于:所述自偏置電路包括第二電感Lgl、第二電容Cgl和第一電阻Rgl,所述第二電感Lgl —端與第一電感Lin連接，另一端分別與第二電容Cgl和第一電阻Rgl連接；所述第二電容Cgl和第一電阻Rgl并聯(lián)后接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微波單片集成寬帶低噪聲放大器，其特征在于:所述自偏置電路還包括第三電感Lsl、第三電容Csl和第二電阻Rsl ;所述第三電感Lsl —端與第一晶體管Ml連接，另一端分別與第三電容Csl和第二電阻Rsl連接；所述第三電容Csl和第二電阻Rsi并聯(lián)后接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微波單片集成寬帶低噪聲放大器，其特征在于:所述電流復(fù)用偏置電路包括連接于所述第一晶體管Ml漏極和所述第二晶體管M2源極之間的第四電感L2。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波單片集成寬帶低噪聲放大器，其特征在于:所述級(jí)間匹配電路包括第四電容C1、第五電感L1 ;所述第五電感L1 一端與第二晶體管M2的柵極連接，另一端與第四電容C1連接；所述第四電容C1另一端與第一晶體管漏極Ml的柵極連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微波單片集成寬帶低噪聲放大器，其特征在于:所述并聯(lián)反饋電路包括依次串聯(lián)在一起的第一反饋電阻Rf、第一反饋電感Lf和第一反饋電容Cf，所述第一反饋電容Cf的另一端與第二晶體管M2的柵極連接，第一反饋電阻Rf的另一端與第二晶體管M2的漏極連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波單片集成寬帶低噪聲放大器，其特征在于:所述偏置電路還包括第一分壓電阻Rdl、第二分壓電阻Rd2和第一隔離電阻R1，所述第一分壓電阻Rdl —端與電源連接，另一端分別與第二分壓電阻Rd2和第一隔離電阻&連接；所述第二分壓電阻Rd2另一端接地，所述第一隔離電阻R1另一端與第二晶體管M2的柵極連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微波單片集成寬帶低噪聲放大器，其特征在于:所述輸出阻抗電路包括第五電容Crat和第六電感Ltjut,所述第五電容Crat —端與第二晶體管M2的漏極連接，另一端與第六電感Ltjut連接；所述第六電感Lwt另一端與信號(hào)輸出端連接。
【文檔編號(hào)】H03F1/26GK203951442SQ201420346522
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】楊州, 胡柳林, 廖學(xué)介, 滑育楠, 劉瑩, 葉珍, 高銘, 陳陽(yáng) 申請(qǐng)人:成都嘉納海威科技有限責(zé)任公司