[發明專利]一種采用電感抵消技術的超寬帶放大器電路

在審

• 申請號: 201710827355.1
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107707203A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 馬凱學;胡建全
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03F1/14
• 分類號: H03F1/14;H03F1/48;H03F1/56;H03F3/45
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 郭受剛

技術領域

本發明涉及無線射頻通信技術領域，具體是一種采用電感抵消技術的超寬帶放大器電路。

背景技術

近年來，隨著高速率數據傳輸、光纖通信、寬帶電磁頻譜監測、軟件無線電、認知無線電系統等的發展，射頻收發機應用越來越廣泛。寬帶放大器作為射頻收發機中最重要的功能模塊之一，在發射機中作為功率放大器，其性能決定了發射機的發射功率和效率；在接收機中作為低噪聲放大器，位于接收機最前端，其性能直接決定接收機的靈敏度和動態范圍。針對當前對寬帶放大器的應用需求，傳統的解決方案是把多個分別覆蓋不同頻率范圍的放大器并行使用，以達到覆蓋連續帶寬的目的。傳統的解決方案應用時，由于包含多個分別覆蓋不同頻率范圍的放大器，造成設備體積大，相應的成本高，設備的可靠性降低；此外，由于需要多個放大器同時工作，功耗往往較大。

針對傳統的解決方案的不足，現有提出的一些技術嘗試采用單一的放大器電路覆蓋寬頻帶范圍，即用一個超寬帶放大器覆蓋所需要的所有頻率范圍。當前提出的一些拓展放大器帶寬的方法包括分布式結構、變壓器反饋、電感和電阻構成的并聯反饋等。但是，這些技術中除了分布式結構，幾乎沒有一種技術可以保證放大器的工作頻率覆蓋從接近直流的低頻到超過幾十吉赫茲(GHz)的高頻。而分布式結構的放大器存在單元電路增益低、功耗和芯片面積大等不足。因此，開展帶寬與分布式放大器相當，而單元電路增益性能、功耗和芯片面積等優于分布式結構的超寬帶放大器研究具有重要的意義，而當前鮮有相關的電路結構提出。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種采用電感抵消技術的超寬帶放大器電路，其工作頻率覆蓋兆赫茲(MHz)到吉赫茲(GHz)，帶寬與分布式放大器相當，而單元電路增益性能、功耗和芯片面積等優于分布式結構。

本發明的目的主要通過以下技術方案實現：一種采用電感抵消技術的超寬帶放大器電路，包括有源偏置電路、電感抵消元件、電源VDD及兩個晶體管堆疊的共源-共柵結構，所述有源偏置電路與電源VDD連接；所述電感抵消元件包括電感L2和電感L3，所述共源-共柵結構中的兩個晶體管分別為晶體管M1和晶體管M2，所述晶體管M1源極通過電感L2接地，晶體管M1柵極串接電阻R1后輸入柵壓；所述晶體管M2源極與晶體管M1漏極連接，晶體管M2柵極通過電容C2接地，晶體管M2柵極串接電阻R3后輸入柵壓，晶體管M3漏極串接電感L3后與有源偏置電路連接；所述電感L2與電感L3之間通過變壓器進行耦合，以抵消電感L2對高頻增益的影響；所述晶體管M1的柵極連接有輸入端口，電感L3與有源偏置電路之間的線路上設有輸出端口。

在寬帶放大器的設計中，晶體管的柵極到源極、柵極到漏極、漏極到源極的寄生電容是決定晶體管的特征頻率和限制電路帶寬拓展的主要因素。低頻帶寬的拓展主要限制于柵極到源極的電容，具體表現為導致輸入匹配網絡的品質因數在低頻時頻率很高，難以實現寬頻帶范圍的覆蓋；而高頻端帶寬的拓展主要由柵極到漏極的電容(即米勒電容)和漏極到源極的電容，具體表現為這個兩個電容的存在導致晶體管的高頻增益隨頻率迅速滾降。

本發明的晶體管M1源極通過電感L2接地構成共源晶體管，晶體管M2柵極通過電容C2接地構成共柵晶體管。本發明應用時，采用晶體管M1和晶體管M2構成的共源-共柵結構可以顯著的減弱米勒電容造成的高頻增益的滾降，進而實現高頻帶寬的拓展。

串聯在共源晶體管源極的電感L2可以使高頻的輸入匹配更好，其原理是該電感L2部分抵消了柵極到源極的電容，從而降低了輸入匹配網絡的品質因數。但是，因為該電感本質上引入了負反饋，由于電感的頻率響應特性決定了其會嚴重惡化放大器的高頻增益；而串聯在共柵晶體管漏極的電感L3可以補償漏極到源極的電容，提高放大器的高頻增益。本發明在串聯在共源晶體管源極和共柵晶體管漏極的電感之間引入耦合，能保持了串聯在共源晶體管源極的電感對輸入匹配的作用，而消除了共源晶體管的源極電感對高頻增益的惡化，實現高頻帶寬的展寬。

本發明應用時，信號由輸入端口輸入，經過兩個晶體管堆疊的共源-共柵結構放大后，由輸出端口輸出。

進一步的，一種采用電感抵消技術的超寬帶放大器電路，還包括反饋電路，所述反饋電路一端與晶體管M1柵極連接，其另一端連接于電感L3與輸出端口之間的線路上。本發明應用時，電容C1用于阻隔直流信號，反饋電路的作用的是降低輸入匹配網絡的品質因數(即減弱晶體管的柵極到源極的寄生電容對帶寬拓展的影響)，實現將放大器的工作帶寬向低頻端拓展。