專利名稱：寬帶增益可調(diào)低噪聲放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻集成電路領(lǐng)域，具體的說是一種寬帶增益可調(diào)的低噪聲放大器， 其可運(yùn)用在數(shù)字電視調(diào)諧器或其它寬帶通信系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
在寬帶通信系統(tǒng)中，寬帶低噪聲放大器是一個(gè)非常關(guān)鍵的模塊，它必 須在很寬的 頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配、提供平坦的增益、引入盡可能低的噪聲，并保證有足夠的線性范 圍容納可能出現(xiàn)的信號能量變化；由于輸入信號功率變化較大，為了避免對下一級模塊的 飽和輸入或低于其靈敏度的輸入，寬帶低噪聲放大器還需要具有增益可調(diào)功能，以穩(wěn)定輸 出和最大化接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍需求并降低對下一級電路的線性度要求。一般的增益可調(diào)低噪聲放大器都是利用電流分離技術(shù)來完成，如圖1所示，其公 開于 1991 年“IEEEJ. Solid-State Circuit”期刊 vol. 26,no. 11,pp. 1673-1680。在上述增 益可調(diào)低噪聲放大器中，第一晶體管Q1與第二晶體管Q2連接形成一差分對(differential pair)，其中，第一晶體管Q1的基極與第二晶體管Q2的基極為放大器的差分信號輸入端，接 收一輸入信號\ ；第三晶體管Q3的基極與第四晶體管Q4的基極以及第五晶體管Q5的基極 與第六晶體管Q6的基極為放大器的增益控制信號輸入端，接收電流引導(dǎo)控制信號V。tel ；第 四晶體管Q4的集電極與第五晶體管Q5的集電極為差分信號輸出端，產(chǎn)生輸出信號V。。第一 電流源Is為放大器提供直流偏置，兩個(gè)發(fā)射極電阻民可使放大器獲得較佳的線性度。當(dāng)電流引導(dǎo)控制信號Vetel改變時(shí)，流經(jīng)第三晶體管Q3、第四晶體管Q4、第五晶體管 Q5、第六晶體管Q6的偏置電流會(huì)改變，因此可控制放大器的增益。另外，上述放大器可實(shí)現(xiàn) 大的增益調(diào)整區(qū)間。但是，上述放大器的噪聲系數(shù)卻與增益的變化相關(guān)，在放大器處于低增益時(shí)，也即 第四晶體管Q4、第五晶體管Q5的跨導(dǎo)值較小時(shí)，放大器的噪聲系數(shù)會(huì)達(dá)到一個(gè)比較高的數(shù) 值，從而導(dǎo)致放大器的靈敏度較低。2010年4月21日公開的發(fā)明專利申請CN101697479提出了一種針對上述增益可 調(diào)低噪聲放大器的改進(jìn)型結(jié)構(gòu)，如圖2所示，是一種包含雙極型晶體管和場效應(yīng)晶體管的 混合電路，與圖1所示結(jié)構(gòu)不同的是，圖2的輸出端負(fù)載電阻&是可調(diào)的，且該低噪聲放大 器提供了增益調(diào)整控制電路，在高增益調(diào)整區(qū)域，通過控制電壓Vp改變可變電阻&的值來 改變放大器的增益；在低增益調(diào)整區(qū)域，通過控制電壓V。tel改變場效應(yīng)晶體管的跨導(dǎo)來改 變放大器增益，相比于圖1中的增益可調(diào)低噪聲放大器，圖2中的噪聲系數(shù)有了較明顯的改 善，但是在低增益階段，由于場效應(yīng)晶體管跨導(dǎo)的改變，放大器的噪聲系數(shù)仍有較明顯的惡 化。將低噪聲放大器放入系統(tǒng)中來考慮，與低噪聲放大器直接連接的下一級電路通常 是混頻器，混頻器的輸入端阻抗呈現(xiàn)容性，因此圖1、圖2的電路結(jié)構(gòu)對放大器的增益會(huì)造 成一定程度的衰減，且在寬帶通信系統(tǒng)中，隨著頻率的提高，放大器的增益衰減會(huì)更加嚴(yán) 重，放大器的增益平坦度也會(huì)產(chǎn)生一定程度的惡化。
克服增益衰減可在放大器的輸出端采用并聯(lián)峰值(shunt peaking)結(jié)構(gòu)，即通過 在放大器的輸出端串聯(lián)一個(gè)電感來實(shí)現(xiàn)，與下一級電路的容性輸入阻抗便可形成如圖3所 示的并聯(lián)峰值結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過一個(gè)電感L引入零點(diǎn)來補(bǔ)償電容C引起的增益下降。其負(fù)載阻抗為<formula>formula see original document page 5</formula>由上式可知，并聯(lián)峰值結(jié)構(gòu)的阻抗包含一個(gè)零點(diǎn)和兩個(gè)極點(diǎn)，使得其幅度中出現(xiàn) 隨頻率增加的成分，擴(kuò)展了增益帶寬，因此可以通過調(diào)整無源元件L、C、R的值進(jìn)而改變并 聯(lián)峰值結(jié)構(gòu)阻抗的零極點(diǎn)來改變其頻率響應(yīng)。圖4顯示了并聯(lián)峰值結(jié)構(gòu)阻抗幅度的頻率響 應(yīng)曲線，帶箭頭的直線，其箭頭所示方向表示與該直線相交的曲線對應(yīng)的無源元件數(shù)值逐 漸增加，從圖示中可以看出，通過調(diào)整無源元件的取值可以相應(yīng)的改變其阻抗幅度的頻率 響應(yīng)。另外從圖示中還可以看出，增益(和阻抗幅值成正比)和帶寬是相矛盾的，若低噪聲 放大器采用單級結(jié)構(gòu)，很難同時(shí)滿足高增益和超寬帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)提出一種寬帶增益可調(diào)的低噪聲 放大器，這種放大器可提供足夠高的增益、較大的增益變動(dòng)范圍以及高的增益平坦度，且在 低頻時(shí)具有較低的噪聲系數(shù)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種寬帶增益可調(diào)的低噪聲放大器，包括輸入阻抗匹配電 路、主增益級電路、增益控制級電路以及輸出阻抗匹配電路。其中輸入阻抗匹配電路接收來 自于天線或其它設(shè)備的射頻輸入信號，并直接和主增益級電路相連接；主增益級電路接收 來自于輸入阻抗匹配電路的信號，并通過隔直電容與增益控制級電路相連接；增益控制級 電路接收來自于主增益級電路的信號，并通過隔直電容與輸出阻抗匹配電路相連接；輸出 阻抗匹配電路接收來自于增益控制級電路的信號，并通過隔直電容把信號輸出。輸入阻抗匹配電路，是帶通濾波器的一部分，使低噪聲放大器在設(shè)定的頻率范圍 內(nèi)滿足輸入阻抗匹配要求；主增益級電路為低噪聲放大器提供增益，其在高頻范圍內(nèi)的增 益大于在低頻范圍內(nèi)的增益；增益控制級電路實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器的增益控制功能，提供改 善低噪聲放大器增益平坦度的多個(gè)自由度，并提高低噪聲放大器的線性度，其在低頻范圍 內(nèi)的增益大于在高頻范圍內(nèi)的增益；輸出阻抗匹配電路，是一種源級跟隨器，實(shí)現(xiàn)低噪聲放 大器在設(shè)定的頻率范圍內(nèi)滿足輸出阻抗匹配要求。更為具體的，輸入阻抗匹配電路包括五個(gè)電感和三個(gè)電容。其中，第一電感的一端 與第二電感的一端形成一差分信號輸入端，接收射頻輸入信號；第一電感的另一端連接第 一電容的一端，第一電容的另一端連接節(jié)點(diǎn)m;第二電感的另一端連接第二電容的一端，第 二電容的另一端連接節(jié)點(diǎn)η ；第三電感與第三電容并聯(lián)在節(jié)點(diǎn)m與節(jié)點(diǎn)η之間；第四電感的 一端連接節(jié)點(diǎn)m，第五電感的一端連接節(jié)點(diǎn)η，第四電感的另一端與第五電感的另一端形成 輸入阻抗匹配電路的差分信號輸出端，輸出信號至主增益級電路。更為具體的，主增益級電路包括四個(gè)N型場效應(yīng)晶體管、兩個(gè)電阻、四個(gè)電感、兩 個(gè)電容、一個(gè)電流源和電源電壓。其中，第一N型場效應(yīng)晶體管的柵極與第二N型場效應(yīng)晶 體管的柵極形成一差分信號輸入端，連接輸入阻抗匹配電路的輸出端；第一電阻的一端與電源電壓之間連接第一電感，第一電阻的另一端連接至第三N型場效應(yīng)晶體管的漏極；第 三N型場效應(yīng)晶體管的源極連接至第一 N型場效應(yīng)晶體管的漏極，第三N型場效應(yīng)晶體管 的柵極連接至電源電壓；第二電阻的一端與電源電壓之間連接第二電感，第二電阻的另一 端連接至第四N型場效應(yīng)晶體管的漏極；第四N型場效應(yīng)晶體管的源極連接至第二 N型場 效應(yīng)晶體管的漏極，第四N型場效應(yīng)晶體管的柵極連接至電源電壓；第一電容的兩端分別 連接至第一 N型場效應(yīng)晶體管的柵極和源極；第二電容的兩端分別連接至第二 N型場效應(yīng) 晶體管的柵極和源極；第三電感連接于第一N型場效應(yīng)晶體管的源極和節(jié)點(diǎn)a之間，第四電 感連接于第二 N型場效應(yīng)晶體管的源極和節(jié)點(diǎn)a之間；第一電流源連接于節(jié)點(diǎn)a與接地端 之間。第三N型場效應(yīng)晶體管的漏極與第四N型場效應(yīng)晶體管的漏極形成主增益級電路的 差分信號輸出端，其輸出信號通過隔直電容與增益控制級電路相連接。
更為具體的，增益控制級電路包括四個(gè)N型場效應(yīng)晶體管、四個(gè)電阻、四個(gè)電感、 兩個(gè)可變電阻以及電源電壓。其中，第一N型場效應(yīng)晶體管的柵極與第二N型場效應(yīng)晶體 管的柵極形成一差分信號輸入端，通過隔直電容連接至主增益級電路的輸出；第一電阻的 一端與電源電壓之間連接第一電感，第一電阻的另一端連接至第三N型場效應(yīng)晶體管的漏 極；第三N型場效應(yīng)晶體管的源極連接至第一 N型場效應(yīng)晶體管的漏極，第三N型場效應(yīng) 晶體管的柵極連接至電源電壓；第二電阻的一端與電源電壓之間連接第二電感，第二電阻 的另一端連接至第四N型場效應(yīng)晶體管的漏極；第四N型場效應(yīng)晶體管的源極連接至第二 N型場效應(yīng)晶體管的漏極，第四N型場效應(yīng)晶體管的柵極連接至電源電壓；第三電感的一端 與接地端之間連接第三電阻，第三電感的另一端連接至第一 N型場效應(yīng)晶體管的源極；第 四電感的一端與接地端之間連接第四電阻，第四電感的另一端連接至第二 N型場效應(yīng)晶體 管的源極；第一可變電阻連接于第三N型場效應(yīng)晶體管的漏極和第一 N型場效應(yīng)晶體管的 柵極之間，第二可變電阻連接于第四N型場效應(yīng)晶體管的漏極和第二 N型場效應(yīng)晶體管的 柵極之間。第三N型場效應(yīng)晶體管的漏極與第四N型場效應(yīng)晶體管的漏極形成增益控制級 電路的差分信號輸出端，其輸出信號通過隔直電容與輸出阻抗匹配電路相連接。本發(fā)明的有益效果是放大功能和增益控制功能采用兩級獨(dú)立電路來實(shí)現(xiàn)，放大 功能由主增益級電路來提供，增益控制功能由增益控制級電路來提供，增益控制級電路的 輸入端通過隔直電容與主增益級的輸出端連接，主增益級電路工作在高頻放大模式，增益 控制級電路工作在低頻放大模式，在保證低噪聲放大器帶寬需求的同時(shí)提供高的增益；主 增益級電路的高頻放大在提供高增益的同時(shí)，還會(huì)有效的抑制由于頻率的提高增益控制級 電路所引入的噪聲，降低低噪聲放大器的最大噪聲系數(shù)；增益控制級電路在改變低噪聲放 大器增益的同時(shí)，有效的避免了由于晶體管跨導(dǎo)的改變所帶來的噪聲性能惡化的后果，并 且由于主增益級電路所提供的高增益，還可以很好的抑制由于增益的改變所引入的其他噪 聲；另外，增益控制級電路所提供的改善低噪聲放大器平坦度的多個(gè)自由度可以滿足放大 器在寬帶范圍內(nèi)對增益平坦度的需求。為了更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明 和附圖，然而所附圖僅提供參考與說明，并非用來對本發(fā)明加以限制。


圖1圖解說明采用電流分離技術(shù)的增益可調(diào)低噪聲放大器電路結(jié)構(gòu)；
圖2圖解說明對圖1電路進(jìn)行改進(jìn)后的電路結(jié)構(gòu)；圖3圖解說明并聯(lián)峰值結(jié)構(gòu)；圖4圖解說明并聯(lián)峰值結(jié)構(gòu)負(fù)載幅度頻率響應(yīng)曲線；
圖5圖解說明本發(fā)明的整體電路結(jié)構(gòu)；圖6圖解說明本發(fā)明的第一實(shí)施例；圖7圖解說明本發(fā)明的第二實(shí)施例；圖8圖解說明增益控制級電路中可變電阻Re，Rci的具體實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式請參照圖5，其所示為本發(fā)明寬帶增益可調(diào)的低噪聲放大器模塊示意圖。此放大器 包括輸入阻抗匹配電路110、主增益級電路120、增益控制級電路130以及輸出阻抗匹配電 路140。其中輸入阻抗匹配電路110接收來自于天線或其它設(shè)備的射頻輸入信號，并直接和 主增益級電路120相連接；主增益級電路120接收來自于輸入阻抗匹配電路110的信號，并 通過隔直電容與增益控制級電路130相連接；增益控制級電路130接收來自于主增益級電 路120的信號，并通過隔直電容與輸出阻抗匹配電路140相連接；輸出阻抗匹配電路140接 收來自于增益控制級電路130的信號，并通過隔直電容把信號輸出。本發(fā)明采用差分結(jié)構(gòu)， 一方面可以很好的抑制電源電壓以及襯底電壓所產(chǎn)生的共模噪聲，減小對于接地寄生電感 的靈敏度，另一方面差分連接使電壓分布在兩個(gè)器件上從而使線性度得到改善。請參考圖6，其所示為本發(fā)明寬帶增益可調(diào)的低噪聲放大器主體電路圖的第一實(shí) 施例。輸入阻抗匹配電路Iio包括五個(gè)電感和三個(gè)電容。其中第一電感L1的一端與第二電 感1^2的一端形成一差分信號輸入端，連接外部的輸入信號，第一電感L1的另一端與第二電 感L2的另一端分別連接至第一電容C1的一端與第二電容C2的一端；第一電容C1的另一端 與第二電容C2的另一端分別連接至節(jié)點(diǎn)m和節(jié)點(diǎn)η ；第三電感L3與第三電容C3并聯(lián)在節(jié)點(diǎn) m與節(jié)點(diǎn)η之間；第四電感L4的一端與第五電感L5的一端分別連接至節(jié)點(diǎn)m與節(jié)點(diǎn)n，第 四電感L4的另一端與第五電感L5的另一端形成輸入阻抗匹配電路110的差分輸出端。輸 入阻抗匹配電路是切比雪夫帶通濾波器的一部分，其與主增益級電路120中的第一 N型場 效應(yīng)晶體管M1的柵源電容和第二 N型場效應(yīng)晶體管M2的柵源電容、第一電容Cpi、第二電容 Cp2以及兩個(gè)源極電感L8、L9組成差分的切比雪夫帶通濾波器。主增益級電路120包括四個(gè)N型場效應(yīng)晶體管、兩個(gè)電阻、四個(gè)電感、兩個(gè)電容、一 個(gè)電流源和電源電壓。其中第一 N型場效應(yīng)晶體管M1的柵極與第二 N型場效應(yīng)晶體管M2 的柵極形成一差分信號輸入端，連接至輸入阻抗匹配電路110的輸出；第一電阻R1的一端 與電源電壓V。。之間連接第一電感L6,第一電阻R1的另一端連接至第三N型場效應(yīng)晶體管 M3的漏極；第三N型場效應(yīng)晶體管M3的源極連接至第一 N型場效應(yīng)晶體管M1的漏極，第三 N型場效應(yīng)晶體管M3的柵極連接至電源電壓V。。；第二電阻R2的一端與電源電壓V。。之間連 接第二電感L7，第二電阻R2的另一端連接至第四N型場效應(yīng)晶體管M4的漏極；第四N型場 效應(yīng)晶體管M4的源極連接至第二 N型場效應(yīng)晶體管M2的漏極，第四N型場效應(yīng)晶體管M4 的柵極連接至電源電壓V。。；第一電容Cpi的兩端分別連接至第一 N型場效應(yīng)晶體管M1的柵 極和源極；第二電容Cp2的兩端分別連接至第二 N型場效應(yīng)晶體管M2的柵極和源極；兩個(gè)源 極電感L8、L9的一端分別連接至第一 N型場效應(yīng)晶體管M1的源極與第二 N型場效應(yīng)晶體管M2的源極，另一端分別連接至節(jié)點(diǎn)a ；第一電流源Ia連接于節(jié)點(diǎn)a與接地端Gnd之間。另 夕卜，第三N型場效應(yīng)晶體管M3的漏極與第四N型場效應(yīng)晶體管M4的漏極形成主增益級電路 120的差分輸出端。增益控制級電路130包括四個(gè)N型場效應(yīng)晶體管、四個(gè)電阻、四個(gè)電感、兩個(gè)可變 電阻以及電源電壓。第一 N型場效應(yīng)晶體管M5的柵極與第二 N型場效應(yīng)晶體管M6的柵極 形成一差分信號輸入端，通過隔直電容C4、C5連接至主增益級電路的輸出；第一電阻R3的一 端與電源電壓V。。之間連接第一電感Lltl，第一電阻R3的另一端連接至第三N型場效應(yīng)晶體 管M7的漏極；第三N型場效應(yīng)晶體管M7的源極連接至第一 N型場效應(yīng)晶體管M5的漏極，第 三N型場效應(yīng)晶體管M7的柵極連接至電源電壓V。。；第二電阻R4的一端與電源電壓V。。之間 連接第二電感L11,第二電阻R4的另一端連接至第四N型場效應(yīng)晶體管M8的漏極；第四N型 場效應(yīng)晶體管M8的源極連接至第二 N型場效應(yīng)晶體管M6的漏極，第四N型場效應(yīng)晶體管M8 的柵極連接至電源電壓V。。；第三電感L12的一端與接地端Gnd之間連接第三電阻R5,第三電 感L12的另一端連接至第一 N型場效應(yīng)晶體管M5的源極；第四電感L13的一端與接地端Gnd 之間連接第四電阻R6,第四電感L13的另一端連接至第二 N型場效應(yīng)晶體管M6的源極；兩個(gè) 可變電阻Ra的一端分別連接至第三N型場效應(yīng)晶體管M7的漏極和第四N型場效應(yīng)晶體管 M8的漏極，另一端分別連接至第一 N型場效應(yīng)晶體管M5的柵極與第二 N型場效應(yīng)晶體管M6 的柵極。另外，第三N型場效應(yīng)晶體管M7的漏極與第四N型場效應(yīng)晶體管M8的漏極形成增 益控制級電路130的差分輸出端。
輸出阻抗匹配電路140是一種源極跟隨器，包括第一 N型場效應(yīng)晶體管Mltl，第二 N型場效應(yīng)晶體管M11,第一電流源Ic2以及第二電流源IC3。第一 N型場效應(yīng)晶體管Mltl的柵 極與第二 N型場效應(yīng)晶體管M11的柵極為一差分信號輸入端，通過隔直電容C7、C8連接至增 益控制級電路130的輸出，第一 N型場效應(yīng)晶體管MlO的漏極和柵極與第二 N型場效應(yīng)晶 體管的漏極和柵極分別連接于電源電壓V。。；第一電流源Ie2的兩端分別連接于第一 N型場 效應(yīng)晶體管Mltl的源極與接地端Gnd ；第二電流源Ic3的兩端分別連接于第二 N型場效應(yīng)晶 體管M11的源極與接地端Gnd ；第一 N型場效應(yīng)晶體管Mltl的源極與第二 N型場效應(yīng)晶體管 M11的源極通過隔直電容C9、C10連接至差分信號輸出端RF。ut+與RF。ut_。其中主增益級電路120通過隔直電容C4、C5與增益控制級電路130連接，增益控制 級電路130通過隔直電容C7、C8與輸出阻抗匹配電路140連接，輸出阻抗匹配電路140通過 隔直電容C9、C10與輸出端RFout+、RFout-連接。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，主增益級電路120中第一 N型場效應(yīng)晶體管禮與第二 N型 場效應(yīng)晶體管M2具有相同的尺寸；第三N型場效應(yīng)晶體管M3與第四N型場效應(yīng)晶體管M4具 有相同的尺寸；第一電阻R1與第二電阻R2具有相同的取值；第一電感L6與第二電感L7具 有相同的取值；第一電容Cpi與第二電容Cp2具有相同的取值；兩個(gè)源極電感L8、L9具有相同 的取值。另外，第一電流源Ia是用來提供主增益級電路120上所有晶體管的直流偏置，使 得其工作在適當(dāng)?shù)墓ぷ鼽c(diǎn)。增益控制級電路130中第一 N型場效應(yīng)晶體管M5與第二 N型場效應(yīng)晶體管M6具 有相同的尺寸；第三N型效應(yīng)晶體管M7與第四N型場效應(yīng)晶體管M8具有相同的尺寸；第一 電阻R3與第二電阻R4具有相同的取值；第一電感Lltl與第二電感L11具有相同的取值；第三 電阻R5與第四電阻R6具有相同的取值；第三電感L12與第四電感L13具有相同的取值。
請參考圖7，其所示為本發(fā)明寬帶增益可調(diào)的低噪聲放大器主體電路圖的第二實(shí) 施例，與第一實(shí)施例的差別在于增益控制級電路130中兩個(gè)可變電阻Ra的接入方式，第二 實(shí)施例中兩個(gè)可變電阻Ra的一端分別連接于第一 N型場效應(yīng)晶體管M5的柵極與第二 N型 場效應(yīng)晶體管M6的柵極，另一端分別連接于接地端Gnd。第二實(shí)施例中可變電阻Ra的接入 方式雖與第一實(shí)施例中可變電阻Re的接入方式不同，但在增益調(diào)整的過程中，Rc的接入與 Rci的接入在原理上是沒有區(qū)別的，只是放大器有相同的增益時(shí)，控制Rc或Ra變動(dòng)的控制電 壓V_不同。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明將放大器的放大功能和增益控制功能采用兩級獨(dú)立的電路來實(shí)現(xiàn)，放大功能由主增益級電路120來提供，增益控制功能由增益控制級電路130 來提供。為了使放大器在滿足帶寬要求的情況下仍具有足夠高的增益，本發(fā)明的主增益級 電路120采用高頻放大的形式，增益控制級電路130采用低頻放大的形式。主增益級電路 120的增益由第一 N型場效應(yīng)晶體管M1的跨導(dǎo)與第二 N型場效應(yīng)晶體管M2的跨導(dǎo)以及輸 出端的負(fù)載大小來決定，在第一電流源Ia確定的情況下，晶體管跨導(dǎo)就會(huì)相對穩(wěn)定，此時(shí) 主增益級電路120的增益由輸出負(fù)載阻抗來決定。主增益級電路120的負(fù)載是由第一電阻 R1、第一電感L6、第二電阻R2、第二電感L7、第三N型場效應(yīng)晶體管M3漏極寄生電容與第三N 型場效應(yīng)晶體管M4漏極寄生電容以及增益控制級電路130中第一 N型場效應(yīng)晶體管M5柵 極寄生電容與第二 N型場效應(yīng)晶體管M6柵極寄生電容組成的并聯(lián)峰值結(jié)構(gòu)。請參考圖4， 若增益控制級電路130的晶體管尺寸已經(jīng)固定，則通過調(diào)整第一電阻R1、第一電感L6、第二 電阻R2以及第二電感L7的值即可實(shí)現(xiàn)主增益級電路120的高頻放大。增益控制級電路130 低頻放大原理與主增益級相似，只是調(diào)整其并聯(lián)峰值結(jié)構(gòu)中第一電阻R3、第一電感Lltl、第二 電阻R4以及第二電感L11的值時(shí)與主增益級電路中的調(diào)整方法相反。對于增益可調(diào)低噪聲放大器來說，增益的變動(dòng)會(huì)額外的引入一部分噪聲，從而惡 化放大器的噪聲性能，本發(fā)明中增益的變動(dòng)由增益控制級電路130來實(shí)現(xiàn)，由于主增益級 電路120具有足夠高的增益，因此本發(fā)明中增益的變動(dòng)對放大器噪聲性能的惡化大大減 弱。另外，與發(fā)明背景中提到的采用電流分離技術(shù)來實(shí)現(xiàn)放大器增益變動(dòng)的方法相比，本發(fā) 明中增益的變動(dòng)不會(huì)改變相應(yīng)晶體管的跨導(dǎo)，因此對放大器噪聲性能的影響很小。以本發(fā)明第一實(shí)施例為例，可變電阻Rc的接入，由于Miller效應(yīng)，等效于在增益 控制級電路130的第一 N型場效應(yīng)晶體管M5的柵極與第二 N型場效應(yīng)晶體管M6的柵極與 接地端Gnd之間引入一電阻，該電阻值的引入會(huì)降低主增益級電路120中負(fù)載阻抗的大小， 同時(shí)還會(huì)降低增益控制級電路130的輸入品質(zhì)因子，從而造成放大器增益的下降，可變電 阻&的值越小，Miller效應(yīng)越明顯，增益下降的幅度就會(huì)越大，從而實(shí)現(xiàn)了放大器的增益可 調(diào)功能。本發(fā)明第二實(shí)施例中可變電阻Ra的引入等效于第一實(shí)施例中可變電阻Re引入的 Miller 效應(yīng)。請參考圖8，其所示為可變電阻Rc或Ra的實(shí)施例，可變電阻是由第一 N型場效應(yīng) 晶體管M9、第一電容C6以及第一電感L14所組成。其中，第一 N型場效應(yīng)晶體管M9的柵極連 接至控制電壓V。。n，源極與漏極分別連接至第一電感L14與第一電容C6，第一電感L14與第一 電容C6的另一端為可變電阻的兩端。另外，本發(fā)明通過在增益控制級電路130的第一 N型場效應(yīng)晶體管仏的源極與第 二 N型場效應(yīng)晶體管M6的源極串接電阻與電感(第三電阻R5、第三電感L12，第四電阻R6、第四電感L13)，一方面可以提高放大器的線性性能，另一方面，電阻值的改變會(huì)很明顯的改變 反饋?zhàn)杩沟牡皖l頻率響應(yīng)，進(jìn)而會(huì)改變增益控制級電路130的增益低頻頻率響應(yīng)，從而可 以調(diào)整放大器在低頻范圍內(nèi)的增益平坦度。另外，請參考圖8，可變電阻Rc或Ra中電感的 引入可以改變可變電阻&或Ra中電阻的反饋量和接入量，尤其在高頻范圍內(nèi)更加明顯，因 此可變電阻&或、中電感的引入可以改變增益控制級電路130的增益高頻頻率響應(yīng)，從 而可以調(diào)整放大器在高頻范圍內(nèi)的平坦度。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā) 明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種寬帶增益可調(diào)的低噪聲放大器，包括輸入阻抗匹配電路、主增益級電路、增益控制級電路以及輸出阻抗匹配電路；其中，輸入阻抗匹配電路接收射頻輸入信號，并直接和主增益級電路相連接；主增益級電路接收來自于輸入阻抗匹配電路的信號，并通過隔直電容與增益控制級電路相連接；增益控制級電路接收來自于主增益級電路的信號，并通過隔直電容與輸出阻抗匹配電路相連接；輸出阻抗匹配電路接收來自于增益控制級電路的信號，并通過隔直電容把信號輸出；輸入阻抗匹配電路，是帶通濾波器的一部分，使低噪聲放大器在設(shè)定的頻率范圍內(nèi)滿足輸入阻抗匹配要求；主增益級電路為低噪聲放大器提供增益，其在高頻范圍內(nèi)的增益大于在低頻范圍內(nèi)的增益；增益控制級電路實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器的增益控制功能，其在低頻范圍內(nèi)的增益大于在高頻范圍內(nèi)的增益；輸出阻抗匹配電路，是一種源級跟隨器，實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器在設(shè)定的頻率范圍內(nèi)滿足輸出阻抗匹配要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶增益可調(diào)的低噪聲放大器，其特征在于，輸入阻抗匹配 電路包括五個(gè)電感和三個(gè)電容；其中，第一電感的一端與第二電感的一端形成一差分信號 輸入端，接收射頻輸入信號；第一電感的另一端連接第一電容的一端，第一電容的另一端連 接節(jié)點(diǎn)m ；第二電感的另一端連接第二電容的一端，第二電容的另一端連接節(jié)點(diǎn)n ；第三電 感與第三電容并聯(lián)在節(jié)點(diǎn)m與節(jié)點(diǎn)n之間；第四電感的一端連接節(jié)點(diǎn)m，第五電感的一端連 接節(jié)點(diǎn)n，第四電感的另一端與第五電感的另一端形成輸入阻抗匹配電路的差分信號輸出 端，輸出信號至主增益級電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬帶增益可調(diào)的低噪聲放大器，其特征在于，主增益級 電路包括四個(gè)N型場效應(yīng)晶體管、兩個(gè)電阻、四個(gè)電感、兩個(gè)電容、一個(gè)電流源和電源電壓； 其中，第一 N型場效應(yīng)晶體管的柵極與第二 N型場效應(yīng)晶體管的柵極形成一差分信號輸入 端，連接輸入阻抗匹配電路的輸出端；第一電阻的一端與電源電壓之間連接第一電感，第一 電阻的另一端連接至第三N型場效應(yīng)晶體管的漏極；第三N型場效應(yīng)晶體管的源極連接至 第一N型場效應(yīng)晶體管的漏極，第三N型場效應(yīng)晶體管的柵極連接至電源電壓；第二電阻的 一端與電源電壓之間連接第二電感，第二電阻的另一端連接至第四N型場效應(yīng)晶體管的漏 極；第四N型場效應(yīng)晶體管的源極連接至第二N型場效應(yīng)晶體管的漏極，第四N型場效應(yīng)晶 體管的柵極連接至電源電壓；第一電容的兩端分別連接至第一 N型場效應(yīng)晶體管的柵極和 源極；第二電容的兩端分別連接至第二 N型場效應(yīng)晶體管的柵極和源極；第三電感連接于 第一 N型場效應(yīng)晶體管的源極和節(jié)點(diǎn)a之間，第四電感連接于第二 N型場效應(yīng)晶體管的源 極和節(jié)點(diǎn)a之間；第一電流源連接于節(jié)點(diǎn)a與接地端之間；第三N型場效應(yīng)晶體管的漏極與 第四N型場效應(yīng)晶體管的漏極形成主增益級電路的差分信號輸出端，其輸出信號通過隔直 電容與增益控制級電路相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬帶增益可調(diào)的低噪聲放大器，其特征在于，增益控制級 電路包括四個(gè)N型場效應(yīng)晶體管、四個(gè)電阻、四個(gè)電感、兩個(gè)可變電阻以及電源電壓；其中， 第一 N型場效應(yīng)晶體管的柵極與第二 N型場效應(yīng)晶體管的柵極形成一差分信號輸入端，通 過隔直電容連接至主增益級電路的輸出；第一電阻的一端與電源電壓之間連接第一電感， 第一電阻的另一端連接至第三N型場效應(yīng)晶體管的漏極；第三N型場效應(yīng)晶體管的源極連 接至第一 N型場效應(yīng)晶體管的漏極，第三N型場效應(yīng)晶體管的柵極連接至電源電壓；第二電 阻的一端與電源電壓之間連接第二電感，第二電阻的另一端連接至第四N型場效應(yīng)晶體管的漏極；第四N型場效應(yīng)晶體管的源極連接至第二N型場效應(yīng)晶體管的漏極，第四N型場效 應(yīng)晶體管的柵極連接至電源電壓；第三電感的一端與接地端之間連接第三電阻，第三電感 的另一端連接至第一 N型場效應(yīng)晶體管的源極；第四電感的一端與接地端之間連接第四電 阻，第四電感的另一端連接至第二N型場效應(yīng)晶體管的源極；第一可變電阻連接于第三N型 場效應(yīng)晶體管的漏極和第一 N型場效應(yīng)晶體管的柵極之間，第二可變電阻連接于第四N型 場效應(yīng)晶體管的漏極和第二 N型場效應(yīng)晶體管的柵極之間；第三N型場效應(yīng)晶體管的漏極 與第四N型場效應(yīng)晶體管的漏極形成增益控制級電路的差分信號輸出端，其輸出信號通過 隔直電容與輸出阻抗匹配電路相連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種寬帶增益可調(diào)的低噪聲放大器，這種放大器可提供足夠高的增益、較大的增益變動(dòng)范圍以及高的增益平坦度，且在低頻時(shí)具有較低的噪聲系數(shù)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種寬帶增益可調(diào)的低噪聲放大器，包括輸入阻抗匹配電路、主增益級電路、增益控制級電路以及輸出阻抗匹配電路。其中輸入阻抗匹配電路接收來自于天線或其它設(shè)備的射頻輸入信號，并直接和主增益級電路相連接；主增益級電路接收來自于輸入阻抗匹配電路的信號，并通過隔直電容與增益控制級電路相連接；增益控制級電路接收來自于主增益級電路的信號，并通過隔直電容與輸出阻抗匹配電路相連接；輸出阻抗匹配電路接收來自于增益控制級電路的信號，并通過隔直電容把信號輸出。
文檔編號H03F1/26GK101834567SQ20101019133
公開日2010年9月15日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者李建成, 李松亭, 楊青, 汪金真, 王宏義, 谷曉忱 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)