[發明專利]一種利用電阻進行耦合和匹配的單片低噪聲放大器

無效

• 申請號: 200910243741.1
• 申請日: 2009-12-23
• 公開（公告）號: CN102111111A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 劉新宇;程偉;金智;王顯泰
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H03F1/42
• 分類號: H03F1/42
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及低噪聲放大器電器技術領域，尤其涉及一種利用電阻進行耦合和匹配的單片低噪聲放大器。

背景技術

低噪聲放大器(LNA)是無線通信及信號測量設備中的重要組件。對于功率小、干擾較多的無線通信信號或者待測的微弱信號，需要利用LNA進行放大后進行處理，LNA應當具有的基本特征是低噪聲系數和高增益。在現代通信中，通常還需要LNA具有較大的帶寬，可以覆蓋較大的頻段，使得系統具有寬帶通信或測試能力。

低噪聲放大器設計的關鍵問題之一是基于有源器件的噪聲特性，對器件的輸入和輸出端進行低噪聲匹配。通常的，這種匹配中會使用電容、電感器件，實現信號耦合以及阻抗變換的作用，以達到低噪聲匹配的目的，在微波頻段，電容和電感的特性可能使用分布參數器件如微帶線來等效獲得。在集成電路中，電容、電感、微帶線都屬于占用面積較大的器件，因此會導致電路面積大，制造成本高，同時也不利于電路的寬帶設計。電阻是集成電路工藝中集成度高，占用面積小、工藝相對簡單、可寬帶工作的器件。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的主要目的在于提供一種利用電阻進行耦合和匹配的單片低噪聲放大器，以適用于大帶寬高增益的低噪聲放大器應用需求，同時該低噪聲放大器集成電路面積小，利于控制成本。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種利用電阻進行耦合和匹配的單片低噪聲放大器，該放大器采用異質結雙極型晶體管作為有源器件，包括第一級放大電路和第二級放大電路，第一級放大電路采用共發射極放大器拓撲結構，其有源器件為第一異質結雙極型晶體管HBT1，第一異質結雙極型晶體管HBT1的基極是該放大器的信號輸入端，第一異質結雙極型晶體管HBT1的集電極是第一級放大電路的信號輸出端；第二級放大電路采用達林頓對管結構，其有源器件為第二異質結雙極型晶體管HBT2和第三異質結雙極型晶體管HBT3，其中第二異質結雙極型晶體管HBT2的基極是達林頓結構的輸入端，第二異質結雙極型晶體管HBT2和第三異質結雙極型晶體管HBT3的集電極是達林頓結構的輸出端。

上述方案中，所述第一異質結雙極型晶體管HBT1的發射極和接地之間連接有發射極反饋電阻Re1與發射極反饋電容C1的并聯結構，發射極反饋電阻Re1提供負反饋，發射極反饋電容C1提供高頻旁路，使由第一異質結雙極型晶體管HBT1構成的第一級放大電路能夠實現對低頻增益的抑制。

上述方案中，通過調整所述發射極反饋電阻Re1與發射極反饋電容C1，能夠實現對第一級放大電路帶寬和增益的調整。

上述方案中，所述第二級放大電路的達林頓結構的輸出端與所述第一級放大電路的第一異質結雙極型晶體管HBT1的輸出端之間連接有第一電阻反饋器件Rf1，所述第二級放大電路的達林頓結構的第二異質結雙極型晶體管HBT2的發射極與所述第一異質結雙極型晶體管HBT1的基極之間連接有第二電阻反饋器件Rf2。

上述方案中，通過調整所述第一電阻反饋器件Rf1，能夠實現對第一級放大電路的輸出匹配狀態以及達林頓對管結構的帶寬及增益的調整。

上述方案中，通過調整所述第二電阻反饋器件Rf2，能夠實現對第一級放大電路的輸出匹配狀態的調整。

上述方案中，所述發射極反饋電阻Re1、第一電阻反饋器件Rf1和第二電阻反饋器件Rf2在完成信號耦合的同時，用作有源器件的直流偏置器件。

(三)有益效果

本發明提供的這種利用電阻進行耦合和匹配的單片低噪聲放大器，采用HBT作為有源器件，例如但不限于GaAs基或InP基的HBT器件，利用該類器件的高增益和高特征頻率特性，可以在放大器的第一級獲取寬帶高增益，使整個電路的噪聲系數主要由第一級決定，在第一級HBT器件發射極使用反饋電阻和旁路電容形成低頻負反饋，使低頻到微波頻段的大帶寬內的增益平坦；在第二級使用具有達林頓對管結構進一步提高電路的增益，達林頓結構中所使用的反饋電阻同時作為第一級電路的反饋和阻抗匹配器件，以調整噪聲匹配、增益和帶寬的關系，電阻性負反饋結構可以提高整個電路的工作帶寬，電路中所使用的電阻器件同時還作為HBT器件的直流偏置器件使用，采用本發明的技術方案，可以獲得超寬帶、高增益、低噪聲、高集成度、低成本的有益效果。

另外，本發明中使用電阻器件可以顯著減小集成電路的面積，降低集成電路生產的成本。

附圖說明

圖1是本發明提供的利用電阻進行耦合和匹配的單片低噪聲放大器的電路圖；

圖2是圖1中的電路經實際加工制作出的超寬帶低噪聲放大器集成電路實物圖。

具體實施方式