[發明專利]一種低成本射頻差分放大器

有效

• 申請號: 201710241889.6
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107046408B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 戴若凡
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H03F3/193
• 分類號: H03F3/193;H03F3/45
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅

本發明公開了一種低成本射頻差分放大器，包括：輸入巴倫，用于利用兩個子巴倫將輸入的射頻單端信號從不平衡方式轉換為平衡方式輸出以得到差分射頻電路所需的差分信號；差分射頻電路，用于將輸入巴倫輸出的平衡射頻信號進行放大；輸出巴倫，用于通過兩個子巴倫將該差分射頻電路輸出的平衡射頻信號轉換為轉換為不平衡輸出,本發明在保證電路射頻性能的同時且版圖布局緊湊，充分利用了有源器件周圍芯片面積，有效降低了成本。

技術領域

本發明涉及射頻電路設計領域，特別是涉及一種低成本射頻差分放大器。

背景技術

隨著IoT(Internet Of Things，物聯網)無線通信技術發展，電路與版圖緊湊設計成為降低RFIC芯片成本的關鍵技術。差分射頻放大器輸入輸出通常采用巴倫(balun)進行匹配設計，巴倫占用主要的芯片面積。

圖1為傳統射頻差分放大器的電路結構圖。如圖1所示，傳統射頻差分放大器由輸入巴倫(Balun-in)、差分射頻電路和輸出巴倫(Balun-out)組成，輸入巴倫(Balun-in)完成輸入單端信號RFIN從不平衡到平衡的轉換以得到差分射頻電路所需要的差分信號，差分射頻電路由兩級差分放大電路組成，NMOS管M1、M2及其偏置電阻R1、R2組成第一級差分放大電路，NMOS管M3、M4及其偏置電阻R3、R4組成第二級差分放大電路，電容CC1、CC2為隔直電容，單端信號RFIN由輸入巴倫變換為差分信號后分別經隔直電容CC1、CC2連接至NMOS管M1、M2的柵極，放大后的信號從NMOS管M1、M2的漏極分別連接至NMOS管M3、M4的源極，射頻信號經NMOS管M3、M4二次放大后從NMOS管M3、M4的漏極輸出至輸出巴倫的平衡端，經過輸出巴倫的平衡-不平衡變換得到最終輸出信號RFOUT。

由于輸入巴倫和輸出巴倫的工作原理以及電路結構限制，通常輸入巴倫和輸出巴倫的寬度和高度近似為方形，且輸入輸出巴倫的感值不一樣(NMOS管輸入和輸出阻抗不一樣)，輸入巴倫和輸出巴倫通常為平面結構的一組相互耦合的對稱金屬線，在交叉處用過孔連接至另一層后再通過過孔回到起始平面(圖中虛線部分即為過孔和排設在其他層的金屬線)，其金屬線寬度和金屬線間的間距由電路特性決定，通常射頻電路輸入和輸出為直線連接，很少進行彎曲走線以避免不必要的射頻耦合，因此走線上通常如圖2所示形式，輸入射頻信號RFin依次經過輸入巴倫、射頻放大單元、輸出巴倫，三者沿同一軸線排列，而射頻管雖然比一般邏輯電路的管子大很多，但相對輸入巴倫、輸出巴倫還是小很多，從而導致版圖上看起來就是兩頭大(輸入巴倫、輸出巴倫)中間小(射頻放大單元)的結構，考慮到電路性能，射頻電路周圍不合適放其他電路，從而造成周圍面積浪費嚴重。

發明內容

為克服上述現有技術存在的不足，本發明之目的在于提供一種低成本射頻差分放大器，其通過采用子巴倫優化設計輸入輸出巴倫電路，在保證電路射頻性能的同時且版圖布局緊湊，其充分利用有源單位周圍芯片面積，有效降低了成本。

為達上述及其它目的，本發明提出一種低成本射頻差分放大器，包括：

輸入巴倫，用于利用兩個子巴倫將輸入的射頻單端信號RF_IN從不平衡方式轉換為平衡方式輸出以得到差分射頻電路所需的差分信號；

差分射頻電路，用于將輸入巴倫輸出的平衡射頻信號進行放大；

輸出巴倫，用于通過兩個子巴倫將該差分射頻電路輸出的平衡射頻信號轉換為不平衡輸出。

進一步地，該單端信號RF_IN由該輸入巴倫的第一子巴倫不平衡輸入側的一端輸入，經過該第一子巴倫不平衡側輸入線圈后從第一子巴倫不平衡輸入側的另一端輸出，該輸出再從輸入巴倫的第二子巴倫不平衡側的一端進入第二子巴倫不平衡側輸入線圈后接地。