[發明專利]使用具有任意耦合系數的片上變壓器的毫米波放大器單向化網絡

有效

• 申請號: 201310414938.3
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN103457555A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 陳繼新;梁文豐;洪偉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03F3/60
• 分類號: H03F3/60
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及一種毫米波放大器單向化網絡，具體說是一種采用半導體集成電路工藝制作、使用片上螺旋變壓器以改善毫米波共源放大器反向隔離度的電路網絡結構。

背景技術

晶體管內部的寄生電容，尤其是柵極和漏極之間的寄生的電容，會在管子內部引入寄生的反向信號耦合通路，這種內部的反饋通路常常會給毫米波放大器的設計帶來不利的影響。例如，在設計一個多級共源放大器時，調節每一級放大器的輸出匹配網絡時輸入阻抗會受到影響，需要重新設計輸入匹配網絡；設計好輸入匹配網絡后，晶體管的輸出阻抗又會發生改變，反過來又需要重新設計輸出匹配網絡，從而影響整個放大器的設計。為了解決毫米波放大器隔離度不好的問題，常常需要使用共源共柵結構的放大器，即將一個共源結構的晶體管和一個共柵結構的晶體管疊起來使用。但是相比于共源結構，共源共柵結構需要兩倍的漏極電壓，不利于應用在低電源電壓環境中。此外，共源共柵結構中的共柵結構晶體管常常會引入額外的噪聲，影響整個放大器的噪聲性能。

另一個提高放大器反向隔離度的方法是通過在晶體管外圍增加額外的電路網絡，諧振或抵消掉管子內部的寄生電容，從而改善反向隔離度。這種方法常常被稱為放大器單向化技術。傳統的單向化技術主要包括在共源放大器上加入額外的片上電感和片上變壓器等。在晶體管柵極和漏極之間接上額外的電感后，可以在電感和晶體管柵-漏電容之間構成并聯諧振回路，抵消寄生電容的影響，提高反向隔離。但是這種方法常常需要使用感值很大的寄生電感，需要占用較大的芯片面積。使用片上變壓器的單向化技術后，相比電感而言版圖的面積可以得到有效減小。傳統的變壓器單向化技術是在晶體管的漏極和源極之間加入變壓器的初、次級線圈，需要使用耦合系數接近1的強耦合變壓器。然而在毫米波頻段，實現耦合系數接近1的強耦合片上變壓器比較困難，因為增大變壓器初、次級線圈耦合的同時常常會在變壓器中引入更多寄生電容，從而降低變壓器的自諧振頻率。

因此，需要發明一種能夠使用具有任意耦合系數的片上變壓器、同時應用于低電源電壓共源放大器結構中的毫米波放大器單向化電路網絡。

發明內容

發明目的：本發明的目的是設計一種能夠使用具有任意耦合系數的片上變壓器、同時應用于低電源電壓共源放大器結構中的毫米波放大器單向化電路網絡。

本發明采用如下技術方案：

一種使用片上變壓器的毫米波放大器單向化網絡，它包括共源極結構放大器、片上螺旋變壓器。將片上螺旋變壓器連接在共源極結構放大器的柵極和漏極之間。其中，變壓器的次級線圈感應電壓，通過變壓器耦合到初級線圈中，再以電流的形式反饋到柵極上，形成電壓-電流負反饋的結構。假設變壓器初、次級

Lsc=nCgd·ω2·k21-k2]]>

線圈的匝數比為n,變壓器的耦合系數為k，晶體管的柵漏寄生電容值為C_gd,次級線圈的自電感值為L_sc，ω為放大器工作頻段的角頻率，當這些參數滿足如下關系式時：

可以使共源放大器在該頻段內滿足單向化條件，諧振抵消晶體管的柵漏寄生電容，大幅提高晶體管的反向隔離度。從上述公式可以看出，該單向化網絡對片上變壓器的耦合系數沒有特別的限制，可以使用任意的耦合系數，適合于用在毫米波頻段上。如果需要改變放大器的工作頻段，只需要改變變壓器次級線圈的自電感值或初次級線圈的匝數比。

本發明具有以下優點：

1）大幅改善毫米波共源放大器的反向隔離度。

2）對片上變壓器沒有特殊的要求，可以選用任意耦合系數的片上螺旋變壓器。

3）適合于低電源電壓毫米波放大器的應用場合。

附圖說明

圖1是本發明中使用任意耦合系數片上變壓器的毫米波放大器單向化網絡的基本結構原理圖；