[發明專利]一種毫米波超寬帶高增益低功耗低噪放芯片電路

在審

• 申請號: 201911321737.2
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111106804A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 葉珍;滑育楠;劉瑩;呂繼平;陳依軍
• 申請（專利權）人: 成都嘉納海威科技有限責任公司
• 主分類號: H03F1/42
• 分類號: H03F1/42;H03F1/26
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 陳選中

本發明公開了一種毫米波超寬帶高增益低功耗低噪放芯片電路，采用共源共柵結構和電流復用結構相結合的方式，并通過匹配網絡連接兩種結構，不僅有效提高了毫米波放大器的工作帶寬，也可以讓信號多次放大提高增益的同時，實現了低功耗，特別是在毫米波頻段，有效的解決了增益陡降和噪聲惡化的問題，且可實現在放大器中功率輸出的同時，具有較低的功耗；本發明可使放大器在超寬帶毫米波頻段集高增益、低噪聲、中功率輸出、低功耗和良好的駐波等各項優異性能于一體，從而有望提高電子對抗設備、寬帶高速通信系統、毫米波高端測量儀器等應用領域的性能。

技術領域

本發明屬于微波單片集成電路技術領域，具體涉及一種毫米波超寬帶高增益低功耗低噪放芯片電路的設計。

背景技術

毫米波低噪放電路是毫米波接收機的前級電路，其性能直接關系著整機的噪聲性能，并影響整個系統的靈敏度。寬頻帶、低噪聲、高增益且同時具有低功耗的毫米波放大器是制約高性能毫米波接收機系統的難點。

為了提高增益，傳統的電路設計方法是將多個晶體管直接級聯，但是多個晶體管級聯的工作電流是幾個晶體管的總和，因此功耗較大；且多個晶體管直接級聯的工作帶寬有限，高頻增益較難提高。

此外，設計寬帶放大器的主要障礙是受到有源器件增益-帶寬乘積的制約。任何有源器件的增益在高頻端都具有逐漸下降的特性，特別是在毫米波頻段，增益下降明顯。除了正向增益S21降低之外，反向增益S12增加，這將使放大器的整體增益進一步降低，并使器件進入振蕩狀態的可能性增加。同時，在高頻下晶體管的輸出功率會降低，為了提高輸出功率，往往會采用較大的晶體管，而大尺寸晶體管的工作電流較大。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有毫米波放大器無法兼具寬頻帶、低噪聲、高增益和低功耗的問題，提出了一種毫米波超寬帶高增益低功耗低噪放芯片電路。

本發明的技術方案為：一種毫米波超寬帶高增益低功耗低噪放芯片電路，包括晶體管M1、晶體管M2、晶體管M3和晶體管M4；晶體管M1的源極與M1管自偏網絡連接，其柵極與輸入匹配網絡的輸出端連接，輸入匹配網絡的輸入端為毫米波超寬帶高增益低功耗低噪放芯片電路的射頻輸入端RFIN；晶體管M2的源極與晶體管M1的漏極連接，其柵極分別與電阻Rg3的一端以及M2管柵極射頻到地網絡連接，電阻Rg3的另一端通過M2管柵極分壓網絡與電源VDD連接，晶體管M2的漏極與微帶線TL4的一端連接，并通過負反饋網絡與晶體管M1的柵極連接，微帶線TL4的另一端通過共源共柵結構濾波網絡與電源VDD連接；晶體管M3的源極與M3管自偏網絡連接，其柵極通過級間匹配網絡與微帶線TL4的另一端連接，其漏極與電流復用網絡連接；晶體管M4的源極分別與M4管源極射頻到地網絡以及電流復用網絡連接，其柵極分別與電阻Rg6的一端以及電流復用網絡連接，電阻Rg6的另一端通過M4管柵極分壓網絡與電源VDD連接，晶體管M4的漏極與輸出匹配網絡的輸入端連接，并通過電流復用結構濾波網絡與電源VDD連接，輸出匹配網絡的輸出端為毫米波超寬帶高增益低功耗低噪放芯片電路的射頻輸出端RFOUT。

進一步地，輸入匹配網絡包括電容C1、微帶線TL1和接地微帶線TL2，電容C1的一端為輸入匹配網絡的輸入端，其另一端與微帶線TL1的一端連接，微帶線TL1的另一端與接地微帶線TL2連接，并作為輸入匹配網絡的輸出端。

進一步地，M1管自偏網絡包括接地電阻Rs1和接地電容Cs1，接地電阻Rs1和接地電容Cs1均與晶體管M1的源極連接。

M2管柵極射頻到地網絡包括電阻R2和接地電容C2，電阻R2的一端和接地電容C2連接，其另一端與晶體管M2的柵極連接。

M2管柵極分壓網絡包括電阻Rg1和接地電阻Rg2，電阻Rg1的一端與電源VDD連接，其另一端分別與接地電阻Rg2以及電阻Rg3的另一端連接。