[發明專利]一種采用雙增益提升電感的共源共柵放大器

在審

• 申請號: 202011013976.4
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112187191A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 王政;倪夢虎;謝倩
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03F1/48
• 分類號: H03F1/48;H03F1/56
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發明提供的一種采用雙增益提升電感的共源共柵放大器，屬于射頻集成電路領域，包括共源共柵結構、柵極增益提升電感、Z嵌入網絡電感、直流旁路電容；共源管的柵極連接信號輸入端和偏置電壓Vb2，共源管的源極通過Z嵌入網絡電感接地，共源管的漏極連接共柵管的源極，共柵管的漏極連接信號輸出端和電源電壓，共柵管的柵極通過柵極增益提升電感連接偏置電壓Vb1，同時在柵極增益提升電感連接偏置電壓Vb1的一端，通過直流旁路電容與共源管的源極相連。本發明通過在傳統共源共柵放大器中設置柵極增益提升電感、Z嵌入網絡電感和直流旁路電容，在增大單向增益的同時引入線性互易網絡，進而大大提升在接近晶體管最大工作頻率處的增益。

技術領域

本發明屬于射頻集成電路領域，具體涉及一種采用雙增益提升電感的共源共柵放大器。

背景技術

太赫茲波段(0.1～3THz)具有豐富的頻譜資源、強穿透力和良好的方向性，在太空、醫療、通信領域具有很大的應用潛力，然而對于太赫茲放大器，由于其工作頻率接近晶體管的最大頻率f_max，導致最大可實現功率增益G_max快速下降，因此在接近f_max的工作頻率處實現高增益放大器一直是一個挑戰。

對于共源共柵結構，由于相較于共源結構，其在接近f_max的頻段，G_max下降的更快，所以在接近f_max的工作頻率處更難實現高增益性能。在傳統共源共柵結構的基礎上，在共柵管的柵極加上一個柵極增益提升電感，通過小信號分析可知該電感能夠通過提供一個正反饋來增加峰值增益，如文獻“A190-GHz Amplifier with Gain-Boosting Technique in65-nm CMOS”(D.S.Siao,J.C.Kao,2014IEEE MTT-S International Microwave SymposiumDigest,pp.1-3,2014)中已有應用，但若只用該方式，單級提升的增益仍無法滿足應用需求。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明提出了一種采用雙增益提升電感的共源共柵放大器，通過同時引入柵極增益提升電感和Z嵌入電感，實現增益性能的提高。

本發明具體技術方案如下：

一種采用雙增益提升電感的共源共柵放大器，包括由共源管M1和共柵管M2組成的共源共柵結構，其特征在于，還包括柵極增益提升電感L_g、Z嵌入(Z-embed)網絡電感L_z、直流旁路電容C_dcap；

共源管M1的柵極連接信號輸入端V_in和偏置電壓Vb2，共源管M1的源極通過Z嵌入網絡電感L_z接地，共源管M1的漏極連接共柵管M2的源極，共柵管M2的漏極連接信號輸出端V_out和電源電壓Vcc，共柵管M2的柵極通過柵極增益提升電感L_g連接偏置電壓Vb1，同時在柵極增益提升電感L_g連接偏置電壓Vb1的一端，通過直流旁路電容C_dcap與共源管M1的源極相連。

進一步地，所述柵極增益提升電感L_g的電感值范圍為10fH～10nH，Z嵌入網絡電感L_z的電感值范圍為10fH～10nH，直流旁路電容C_dcap的電容值在10fF以上。

進一步地，所述采用雙增益提升電感的共源共柵放大器還包括輸入匹配網絡和輸出匹配網絡，所述輸入匹配網絡設置于共源管M1的柵極和信號輸入端V_in之間，并通過隔直電容Cdc1與共源管M1的柵極隔開；所述輸出匹配網絡設置于共柵管M2的漏極和信號輸出端V_out之間，并通過隔直電容Cdc2與共柵管M2的漏極隔開。

進一步地，所述共源管M1和共柵管M2均為N管。