專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高線性度的射頻低噪聲放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線射頻通信集成電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及具有低噪聲、高線性度的低噪聲放大器，尤其涉及一種高線性度的射頻低噪聲放大器，應(yīng)用于無(wú)線通信接收機(jī)系統(tǒng)射頻iu端芯片中。
背景技術(shù)：
在無(wú)線通信射頻接收芯片中，低噪聲放大器位于最前端，是整個(gè)射頻前端的關(guān)鍵模塊，其噪聲系數(shù)直接決定了整個(gè)接收機(jī)的噪聲系數(shù)的下限值，影響系統(tǒng)的接收靈敏度。低噪聲放大器應(yīng)在盡可能低地產(chǎn)生噪聲的前提下，對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行放大，以降低后面各級(jí)模塊產(chǎn)生的噪聲對(duì)信號(hào)的影響。 低噪聲放大器還應(yīng)提供良好的輸入阻抗匹配，以避免或降低信號(hào)在傳輸過(guò)程中的功率損耗。為了避免非線性對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響，還要求低噪聲放大器具有較高的線性度。SiGe BiCMOS工藝具有高頻特性好、噪聲極低的特點(diǎn)，并且能夠提供較高的功率增益和線性度，因此適合低噪聲放大器。隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，在某些通信技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合，例如便攜電話、移動(dòng)電視等，接收機(jī)容易受到強(qiáng)信號(hào)的干擾，嚴(yán)重影響信號(hào)的質(zhì)量，因此要求前端的低噪聲放大器具有足夠高的線性度。為獲取高隔離度，通常的低噪聲放大器都會(huì)采用cascode結(jié)構(gòu)，在SiGe BiCMOS工藝中為共射共基HBT—HBT結(jié)構(gòu)。但是，由于HBT管自身的限制，線性度通常難以滿足要求更高的需求。如已有技術(shù)為了提高低噪聲放大器的線性度，采用增加電流的方法，在提高線性度的同時(shí)，會(huì)造成噪聲性能惡化。對(duì)于HBT管構(gòu)成的放大器，其IdB壓縮點(diǎn)性能與HBT管的偏置電路有關(guān)。目前實(shí)用的偏置方式主要有電感饋電偏置、電阻饋電偏置兩種。電感饋電偏置能夠達(dá)到低噪聲和高線性度，但是使用片內(nèi)電感，給電路實(shí)現(xiàn)帶來(lái)增加損耗和加大芯片面積的缺陷，若用片外電感會(huì)增加外圍元件和引入寄生的缺陷。電阻饋電偏置通過(guò)電阻連接到輸入放大管的基極，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且易于片內(nèi)集成，但電阻饋電偏置存在惡化噪聲性能和線性度較差的缺陷。目前已發(fā)表的文獻(xiàn)[I] Pingxi Ma, et al., “A novel bipo Iar-MOSFETlow-noise amplifier (BiFET LNA), circuit configuration, design methodology, andchip implementation, ” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,vol.51, pp.2175-2180，2003)，如圖1所示。低噪聲放大器包括輸入級(jí)、輸出級(jí)、負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和電阻饋電偏置電路。電阻饋電偏置電路由恒流源IB01，HBT管Q03、Q04，電阻Rb01、Rb02構(gòu)成，輸入級(jí)QOl管集電極，輸出級(jí)Q02與QOl管極電極相連，恒流源IBOl由電源VDD灌入Q03管基極與Q04管集電極的連接點(diǎn)，Q04管基極與Q03發(fā)射極之間跨接電阻RbOl,Q03管發(fā)射極接地，Q03集電極接電源VDD，電阻Rb02的一端連接到Q03發(fā)射極，Rb02的另一端與輸入放大管QOl基極相連，為QOl管提供基極電壓。QOl管與Q02管構(gòu)成鏡像電流源，恒流源IBl灌入Q02使得Q02產(chǎn)生基極-發(fā)射極電壓，Q03使得流入Q02的電流更精確地接近恒流源IBl的大小，Rb02用于隔離偏置電路和射頻輸入信號(hào)，由于基極電流的存在，Rb02上會(huì)產(chǎn)生壓降，使得Q01、Q02的基極電壓不相等，因此RbOl用來(lái)平衡Rb02上的壓降，使得Q01、Q02具有相同的基極電壓。對(duì)于該偏置電路結(jié)構(gòu)，當(dāng)射頻輸入信號(hào)很大時(shí)，需要偏置電路提供額外的基極電流，流過(guò)電阻Rb02的電流增加造成電阻Rb02上的壓降增加，導(dǎo)致輸入管QOl的基極電壓Vb減小，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重惡化低噪聲放大器的線性度。另外，為了減小偏置電路對(duì)主放大器噪聲性能的惡化，電阻Rb02通常取得比較大。但是大阻值的Rb02會(huì)嚴(yán)重限制低噪聲放大器的線性度。由此可見(jiàn)，已有技術(shù)文獻(xiàn)中低噪聲放大器大多采用傳統(tǒng)電阻饋電偏置存在提高線性度必然會(huì)導(dǎo)致噪聲性能變差的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)采用電阻饋電偏置電路結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)低噪聲和高線性度的缺陷，本發(fā)明提供一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)低噪聲的高線性度的射頻低噪聲放大器，在獲取低噪聲性能的同時(shí)又顯著提高線性度。本發(fā)明目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
一種高線性度的射頻低噪聲放大器，包括輸入共射級(jí)、輸出共柵級(jí)、負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和偏置電路，其在于所述偏置電路為高線性偏置電路；
所述高線性偏置電路包括一個(gè)電荷泵反饋環(huán)路和一個(gè)饋電偏置電路；電荷泵反饋環(huán)路的輸入端連接負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)端RFout，電荷泵反饋環(huán)路的兩個(gè)控制電壓輸出端連接饋電偏置電路的兩個(gè)控制端；饋電偏置電路的輸出端VB連接輸入共射級(jí)的偏置電壓端；高線性偏置電路用于為輸入共射級(jí)HBT管基極偏置電壓端提供偏置電壓VB，電荷泵反饋環(huán)路檢測(cè)負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)輸出信號(hào)端RFout輸出信號(hào)的功率大小，并生成兩路動(dòng)態(tài)的輸出電流源控制電壓Vctll和Vrtl2，輸出電流源控制電壓Vctll和Vrtl2各自對(duì)應(yīng)連接兩個(gè)饋電偏置電路中的一個(gè)控制端，用于調(diào)節(jié)饋電偏置電路中兩個(gè)電流源IBl和B2的電流大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)饋電偏置電路輸出的偏置電壓Vb，為輸入共射級(jí)基極提供動(dòng)態(tài)的、穩(wěn)定的偏置電壓\，實(shí)現(xiàn)提高低噪聲放大器的線性度，同時(shí)保證低噪聲放大器的低噪聲性能。輸入共射級(jí)與輸出共柵級(jí)采用HBT-M0SFET管結(jié)構(gòu)，MOSFET管線性度較好，有利于改善線性度；輸出共柵級(jí)由兩個(gè)共柵連接的MOS管構(gòu)成，一個(gè)MOS管偏置工作在飽和區(qū)，另一個(gè)MOS管偏置工作在亞閾值區(qū)；兩個(gè)MOS管的源極與輸入共射級(jí)中輸入HBT管的集電極相連，兩個(gè)MOS管的柵極分別對(duì)應(yīng)連接片外提供的固定偏置電壓VB2、VB3，兩個(gè)MOS管的漏極分別連接負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)；輸出共柵級(jí)將從輸入共射級(jí)流入的電流信號(hào)饋入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)MOS管并聯(lián)連接的漏極為電壓信號(hào)輸出端RFout。所述的射頻低噪聲放大器，其在于所述電荷泵反饋環(huán)路由功率檢測(cè)電路、電荷泵和環(huán)路濾波器構(gòu)成；其中
所述功率檢測(cè)電路為飽和區(qū)均方根RMS檢波器，其輸入端連接射頻低噪聲放大器輸出端RFout，其輸出端連接電荷泵的控制端，用于檢測(cè)射頻低噪聲放大器輸出信號(hào)的平均功率大小，為電荷泵提供邏輯控制信號(hào)；
所述電荷泵為雙平衡電流充放電結(jié)構(gòu)，用于將功率檢測(cè)電路產(chǎn)生的邏輯控制電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的兩路誤差信號(hào)輸出，該兩路誤差信號(hào)包含射頻輸出信號(hào)的功率大小的信息，電荷泵的兩路輸出端對(duì)應(yīng)連接環(huán)路濾波器的兩個(gè)低通濾波器的輸入端； 所述環(huán)路濾波器由第一低通濾波器LPFl和第二低通濾波器LPF2組成，第一低通濾波器LPFl和第二低通濾波器LPF2各有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端,第一低通濾波器LPFl的輸入端對(duì)應(yīng)連接電荷泵的第一個(gè)電流輸出端，第二低通濾波器LPF2的輸入端對(duì)應(yīng)連接電荷泵的第二個(gè)電流輸出端，環(huán)路濾波器用于濾除電荷泵輸出的電流信號(hào)中的高頻雜波，相應(yīng)產(chǎn)生兩個(gè)直流的控制電壓信號(hào)，第一低通濾波器LPFl的輸出端為饋電偏置電路提供第一路輸出電流源控制電壓Vctll，第二低通濾波器LPF2的輸出端為饋電偏置電路提供第二路輸出電流源控制電壓Vctl2。所述的射頻低噪聲放大器，其在于所述饋電偏置電路包括反饋電阻饋電偏置電路和二極管饋電偏置電路，饋電偏置電路的電路結(jié)構(gòu)為由兩個(gè)饋電偏置電路組合而成；反饋電阻饋電偏置電路電源端與二極管饋電偏置電路電源端都連接電源VDD，反饋電阻饋電偏置電路輸出端與二極管饋電偏置電路輸出端連接點(diǎn)為VB端，反饋電阻饋電偏置電路控制端連接電荷泵反饋環(huán)路的第一低通濾波器輸出端，二極管饋電偏置電路控制端連接電荷泵反饋環(huán)路的第二低通濾波器輸出端，饋電偏置電路用于為輸入共射級(jí)輸入HBT管基極提供恒定的偏置電壓Vb。所述的射頻低噪聲放大器，其在于所述反饋電阻饋電偏置電路由第一電流源IB1、第一 HBT管Q2、第二 HBT管Q3、第一反饋電阻Rbl、第二反饋電阻Rb2和第三反饋電阻Rbf組成，反饋電阻饋電偏置電路的輸出端為VB端；其中，
第一電流源IBl —端連接電源VDD,還有一個(gè)控制端和一個(gè)輸出端，第一電流源IBl的控制端與環(huán)路濾波器的第一輸出端相連，第一電流源IBl的輸出端連接第一 HBT管Q2的集電極以及第二 HBT管Q3的基極；
第一 HBT管Q2基極和第二 HBT管Q3發(fā)射極通過(guò)第一反饋電阻Rbl相連，第一 HBT管Q2的發(fā)射極接地，第二 HBT管Q3集電極接電源VDD，第二 HBT管Q3發(fā)射極通過(guò)第二反饋電阻Rb2與輸入共射級(jí)輸入HBT管Ql的基極相連，第三反饋電阻Rbf跨接在第一 HBT管Q2基極和輸入共射級(jí)輸入HBT管Ql基極之間；反饋電阻饋電偏置電路的輸出端與二極管饋電偏置電路輸出端并接在VB端；用于降低饋電偏置電路的VB端的等效輸入阻抗，以減小強(qiáng)信號(hào)輸入造成的輸入HBT管Ql基極電壓降低，使偏置電壓Vb恒定。所述的射頻低噪聲放大器，其在于所述二極管饋電偏置電路由第二電流源IB2、第三HBT管Q4、第四HBT管Q5和第五HBT管Q6組成，第三HBT管Q4、第四HBT管Q5和第五HBT管Q6均為二極管連接結(jié)構(gòu)，集電極與基極短接；第四HBT管Q5的發(fā)射極和第五HBT管Q6的集電極串聯(lián)連接；其中:
第二電流源IB2 —端連接電源VDD，還有一個(gè)控制端和一個(gè)輸出端，第二電流源IB2的控制端與環(huán)路濾波器的第二輸出端相連，第二電流源IB2的輸出端連接第三HBT管Q4集電極和第四HBT管Q5集電極，第五HBT管Q6的發(fā)射極接地；第三HBT管Q4發(fā)射極連接饋電偏置電路的輸出端VB ;用于在強(qiáng)信號(hào)輸入時(shí)為輸入共射級(jí)輸入HBT管Ql提供所需要的大基極電流。所述的射頻低噪聲放大器，其在于所述饋電偏置電路的第一電流源IBl的控制端連接環(huán)路濾波器第一輸出端，第一輸出端輸出的控制電壓為Vrtll，第二電流源IB2的控制端連接環(huán)路濾波器第二輸出端，第二輸出端輸出的控制電壓Vrfl2;反饋電阻饋電偏置電路與二極管饋電偏置電路并聯(lián)連接，一個(gè)并聯(lián)接點(diǎn)連接電源VDD，另一個(gè)并聯(lián)接點(diǎn)連接饋電偏置電路的輸出端VB，反饋電阻饋電偏置電路的第二電阻Rb2和第三電阻Rbf的并聯(lián)點(diǎn)與二極管饋電偏置電路的第三HBT管Q4發(fā)射極并聯(lián)連接饋電偏置電路的輸出端,輸出偏置電壓為恒定偏置電壓Vb ;用于提高饋電偏置電路的線性度。所述的射頻低噪聲放大器，其還在于所述二極管饋電偏置電路由第二電流源IB2、第三MOS管M3、第四MOS管M4和第五MOS管M5組成，第三MOS管M3、第四MOS管M4和第五MOS管M5均為二極管連接結(jié)構(gòu)，柵極與漏極短接；第四MOS管M4的源極和第五MOS管M5的漏極串聯(lián)連接，第五MOS管M5的源極接地；其中:
第二電流源IB2 —端連接電源VDD，還有一個(gè)控制端和一個(gè)輸出端，第二電流源IB2的控制端與環(huán)路濾波器的第二輸出端相連，第二電流源IB2的輸出端連接第三MOS管M3漏極和第四MOS管M4漏極，第五MOS管M5的源極接地；第三MOS管M3源極連接饋電偏置電路的輸出端VB ;用于在強(qiáng)信號(hào)輸入時(shí)為輸入共射級(jí)輸入HBT管Ql提供所需要的大基極電流。所述的射頻低噪聲放大器，其還在于所述饋電偏置電路中，第三電阻Rbf的阻值范圍為20ΙΓ40Κ?dú)W姆；第三HBT管Q4的偏置電流取值范圍為2uA飛uA ;第四HBT管Q5、第五HBT管Q6電流是第三HBT管Q4的電流的兩倍，它們的HBT管尺寸是第三HBT管Q4尺寸的兩倍。所述的射頻低噪聲放大器，其還在于所述饋電偏置電路中，第三電阻Rbf的阻值范圍為20ΙΓ40Κ?dú)W姆；第三MOS管M3的電流取值范圍為2uA 5uA ;第四MOS管M4、第五MOS管M5是第三MOS管M3的電流的兩倍，它們的MOS管尺寸是第三MOS管M3尺寸的兩倍。高線性度的射頻 低噪聲放大器的輸入共射級(jí)將射頻輸入端RFin輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，同時(shí)提供低噪聲性能；輸出共柵級(jí)將輸入共射級(jí)產(chǎn)生的電流信號(hào)傳送到負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)并在輸出端RFout產(chǎn)生輸出電壓信號(hào)；負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)為諧振負(fù)載提高增益，同時(shí)保證輸出阻抗匹配。在饋電偏置電路中，比現(xiàn)有技術(shù)電阻饋電偏置電路增加一個(gè)跨接在偏置管和輸入共射級(jí)輸入管基極之間的反饋電阻Rbf，降低饋電偏置電路的低頻輸入阻抗，從而提高線性度。增加一個(gè)二極管饋電偏置電路，饋電通路在大信號(hào)輸入時(shí)，為輸入共射級(jí)輸入管提供所需的大基極電流，減弱在反饋電阻Rb2上的壓降效應(yīng)，從而保證了輸入管基極電壓的恒定。由電荷泵反饋環(huán)路給輸入共射級(jí)輸入管提供動(dòng)態(tài)的基極電壓偏置。當(dāng)射頻輸入信號(hào)較小時(shí)，電荷泵反饋環(huán)路不作貢獻(xiàn)，饋電偏置電路正常工作；當(dāng)射頻輸入信號(hào)較大時(shí)，通過(guò)電荷泵反饋環(huán)路的反饋調(diào)節(jié)使得饋電偏置電路中的電流源變大，抵消由于大信號(hào)造成輸入管基極電壓變小的影響，從而維持輸入管基極電壓不變。電荷泵反饋環(huán)路現(xiàn)檢測(cè)輸出信號(hào)功率大小的功能，電荷泵根據(jù)功率檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生控制電壓，該控制電壓通過(guò)調(diào)節(jié)可控電流源的大小以維持輸入管基極偏置電壓不變。輸出共柵級(jí)工作在飽和區(qū)的MOS管和工作在亞閾值區(qū)的MOS管相互并聯(lián)連接，利用工作在亞閾值區(qū)的MOS管對(duì)工作在飽和區(qū)的MOS管進(jìn)行補(bǔ)償，降低其三階交調(diào)量，提高輸出共柵級(jí)的線性度，進(jìn)而提高整體低噪聲放大器的線性度。本發(fā)明的一種高線性度的低噪聲放大器，輸入共射級(jí)和輸出共柵級(jí)采用HBT-M0SFET管結(jié)構(gòu)，輸入管采用HBT管，充分利用MOSFET管線性度較好的特點(diǎn)改善線性度，以便獲取優(yōu)良的低噪聲性能，同時(shí)在輸入管的偏置端連接高線性偏置電路，高線性偏置電路由電荷泵環(huán)路和饋電偏置電路組成，饋電偏置電路采用電阻和二極管饋電偏置組合結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)信號(hào)輸入時(shí)為輸入管提供較大的基極電流，補(bǔ)償輸入管基極-發(fā)射極電壓的減??；在小信號(hào)輸入時(shí)，饋電偏置電路正常工作，從而獲得恒定的偏置電壓Vb，顯著提高低噪聲放大器的線性度。本發(fā)明的低噪聲放大器在輸入級(jí)實(shí)現(xiàn)了噪聲匹配和功率匹配，在保證低噪聲性能的同時(shí)極大地提高了線性度，且實(shí)現(xiàn)單片集成。本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明基于已有技術(shù)的電阻饋電偏置電路，采用電荷泵反饋環(huán)路給輸入管提供動(dòng)態(tài)的基極偏置電壓，在保持噪聲性能的前提下，IdB壓縮點(diǎn)能夠提高6ldB。2、本發(fā)明的饋電偏置電路采用反饋電阻饋電偏置和二極管饋電偏置組合電路結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)信號(hào)輸入時(shí)能有效抑制輸入管基極偏置電壓的下降，顯著改善線性度性能，IdB壓縮點(diǎn)提高3飛dB，同時(shí)對(duì)噪聲性能也無(wú)明顯影響。3、本發(fā)明的高線性度的射頻低噪聲放大器實(shí)現(xiàn)單片集成，在保持現(xiàn)有技術(shù)低噪聲性能的同時(shí)，IdB壓縮點(diǎn)的改善達(dá)到11.27dBm，極大地提高低噪聲放大器的線性度。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)采用傳統(tǒng)的電阻饋電偏置結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器電路原理圖。圖2為本發(fā)明的高線性度的低噪聲放大器組成結(jié)構(gòu)的電路原理框 圖2中，21—輸入共射級(jí),22—輸出共柵級(jí)，23—聞線性偏置電路，231—電荷泵反饋環(huán)路，232—饋電偏置電路，24—負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，RFni—輸入信號(hào)端，RFout—輸出信號(hào)端，VB—偏置電壓Vb輸出端。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的高線性偏置電路構(gòu)成電原理框 圖3中，3 —聞線性偏置電路，31 —電荷栗反饋環(huán)路，311—功率檢測(cè)電路，312 —電荷泵，313—第一低通濾波器，314—第二低通濾波器，32—饋電偏置電路，321—反饋電阻饋電偏置電路,321—二極管饋電偏置電路，Vctll—第一控制電壓，Vctl2—第二控制電壓。圖4a為本發(fā)明第一實(shí)施例的高線性度的射頻低噪聲放大器的電路 圖4b為本發(fā)明第二實(shí)施例的高線性度的射頻低噪聲放大器的電路 圖4a和圖4b中，41 一輸入共射級(jí)，42—輸出共柵級(jí)，43—負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，44一高線性偏置電路，45—電荷泵反饋環(huán)路，451—第一低通濾波器LPF1，452—第二低通濾波器LPF2,46一饋電偏置電路，461一反饋電阻饋電偏置電路，462、463—二極管饋電偏置電路，Vb一輸出的偏置電壓，Vb2一外部輸入第一偏置電壓，Vb3一外部輸入第二偏置電壓，Vctll—第一輸出直流控制電壓，Vctl2—第二輸出直流控制電壓。圖5a為已有技術(shù)傳統(tǒng)低噪聲放大器的線性度不意 圖5b為本發(fā)明的低噪聲、高線性度低噪聲放大器與傳統(tǒng)低噪聲放大器的線性度對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。圖2給出本發(fā)明實(shí)施例的高線性度的射頻低噪聲放大器的電路構(gòu)成框圖，該低噪聲放大器包括:輸入共射級(jí)21、輸出共柵級(jí)22、高線性偏置電路23和負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)24四部分。構(gòu)成框圖如圖2所示，輸入信號(hào)進(jìn)入輸入共射級(jí)21的輸入端RFin，輸入共射級(jí)21輸出端連接輸出共柵級(jí)22的輸入端，輸出共柵級(jí)22輸出端并聯(lián)連接負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)24的一端，該并聯(lián)連接的輸出共柵級(jí)22輸出端為低噪聲放大器的輸出端RFout,負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)24的另一端連接電源VDD。高線性偏置電路23由電荷泵反饋環(huán)路231和饋電偏置電路232組成，電荷泵反饋環(huán)路231的兩個(gè)控制端分別對(duì)應(yīng)連接饋電偏置電路232的兩個(gè)電流控制端。電荷泵反饋環(huán)路231的輸入端連接低噪聲放大器的輸出端RFout，饋電偏置電路232的輸出端連接輸入共射級(jí)21的偏置端VB，高線性偏置電路23為輸入共射級(jí)21提供高線性度的恒定偏置電壓Vb。圖3是本發(fā)明實(shí)施例高線性度的低噪聲放大器中的高線性偏置電路構(gòu)成框圖。如圖3所示，高線性偏置電路3包括電荷泵反饋環(huán)路31和饋電偏置電路32，其中電荷泵反饋環(huán)路31由功率檢測(cè)電路311、電荷泵312和環(huán)路濾波器313組成，環(huán)路濾波器313包括第一低通濾波器313a和第二低通濾波器313b。饋電偏置電路32包括反饋電阻饋電偏置電路321和二極管饋電偏置電路322。功率檢測(cè)電路311檢測(cè)射頻低噪聲放大器輸出信號(hào)的平均功率大小，并輸出邏輯控制信號(hào)，控制電荷泵312中電流的注入與抽取，并通過(guò)環(huán)路濾波器313的第一低通濾波器313a和第二低通濾波器313b濾波后產(chǎn)生兩路輸出直流控制電壓，第一路輸出電流源控制電壓Vctl I，第二路輸出電流源控制電壓Vctl2。這兩路直流控制電壓分別控制并調(diào)節(jié)反饋電阻饋電偏置電路和二極管饋電偏置電路中的電流源大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸入管基極偏置電壓VB的大小。第一實(shí)施例
圖4a和圖4b給出本發(fā)明的第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的高線性度的射頻低噪聲放大器的電路圖。如圖4所示，高線性度的射頻低噪聲放大器主要包括輸入共射級(jí)41、輸出共柵級(jí)42、負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)43和聞線性偏置電路44的四個(gè)部分。輸入共射級(jí)41將射頻輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，同時(shí)提供低噪聲性能；輸出共柵級(jí)42將輸入共射級(jí)41輸出的電流信號(hào)加到負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)43，在輸出阻抗匹配的同時(shí)，諧振負(fù)載獲得高增益，并在輸出端RFout產(chǎn)生輸出經(jīng)低噪聲放大的電壓信號(hào)。高線性偏置電路44為輸入共射級(jí)的輸入管提供恒定偏置電壓Vb，在保證提供低噪聲性能的同時(shí)極大地提高整個(gè)低噪聲放大器的線性度。輸入共射級(jí)41和輸出共柵級(jí)42采用HBT-M0SFET管結(jié)構(gòu)，MOSFET管線性度較好，有利于改善線性度。輸出共柵級(jí)由兩個(gè)MOS管Ml和M2構(gòu)成，Ml管和M2管的源-源極和漏-漏極相互并聯(lián)連接，一個(gè)MOS管Ml偏置工作在飽和區(qū)，另一個(gè)MOS管偏M2置工作在亞閾值區(qū)。輸出共柵級(jí)的兩個(gè)MOS管Ml和M2的源極與輸入共射級(jí)中輸入HBT管Ql的集電極相連，兩個(gè)MOS管Ml和M2的漏極與負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)43的一端相連，兩個(gè)MOS管Ml和M2的柵極分別對(duì)應(yīng)連接片外提供的固定偏置電壓VB2、VB3。輸出共柵級(jí)42將從輸入共射級(jí)41流入的電流信號(hào)送入負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)43，兩個(gè)MOS管Ml和M2漏極經(jīng)隔直電容C2連接電壓信號(hào)輸出端RFout。負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)43由并聯(lián)連接的負(fù)載電感Ld、負(fù)載電容C和負(fù)載電阻R組成，負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)43的另一端連接電源VDD。所述的輸入共射級(jí)41由輸入隔直電容Cl、輸入串聯(lián)電感Lb、輸入HBT管Ql以及射極串聯(lián)電感Le組成。射頻輸入信號(hào)由射頻輸入端RFin經(jīng)隔直電容Cl的一端輸入，隔直電容Cl與輸入串聯(lián)電感Lb串聯(lián)連接，輸入串聯(lián)電感Lb的另一端相連HBT管Ql的基極，HBT管Ql發(fā)射極與串聯(lián)電感Le的一端相連，HBT管Ql集電極連接輸出共柵級(jí)Ml管和M2管的源極，串聯(lián)電感Le的另一端接地。
所述的輸出共柵級(jí)42由第一 MOS管Ml和第二 MOS管M2構(gòu)成，第一 MOS管Ml和第二 MOS管M2的源-源極以及漏-漏極相互并聯(lián)連接，第一 MOS管Ml偏置工作在飽和區(qū)，第二 MOS管M2偏置工作在亞閾值區(qū)。第一 MOS管Ml和第二 MOS管M2的源極與輸入共射級(jí)41中輸入HBT管Ql的集電極相連，構(gòu)成HBT-M0SFET管結(jié)構(gòu)，獲得良好的低噪聲和線性度性能。第一 MOS管Ml的柵極連接外部的固定偏置電壓Vb2，第二 MOS管M2的柵極連接外部的固定偏置電壓VB3，第一 MOS管Ml和第二 MOS管M2的漏極并接端連接負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)43的負(fù)載輸出端NZ。輸出共柵級(jí)42將從輸入共射極41流入的電流信號(hào)饋入負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)43，并在負(fù)載輸出NZ端經(jīng)輸出匹配電容C2，將輸出電壓信號(hào)送到高線性度的低噪聲放大器的輸出端RFout。所述的負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)43包括負(fù)載電感Ld、諧振電容C、負(fù)載電阻R和輸出匹配電容C2。負(fù)載電感Ld、諧振電容C和負(fù)載電阻R并聯(lián)連接，一個(gè)并聯(lián)端接到電源VDD，另一并聯(lián)端與Ml漏極相連，輸出匹配電容C2 —端連接負(fù)載輸出NZ端，另一端連接低噪聲放大器信號(hào)輸出端RFout。負(fù)載電感Ld和諧振電容C諧振在工作頻率點(diǎn)，負(fù)載電阻R用于降低諧振網(wǎng)絡(luò)的Q值，增加帶寬。輸出匹配電容C2與諧振網(wǎng)絡(luò)共同提供50歐姆阻抗輸出。所述的高線性度偏置電路44包括電荷泵反饋環(huán)路45和饋電偏置電路46，用于為輸入共發(fā)射極41的輸入HBT管Ql提供動(dòng)態(tài)的基極偏置電壓VB。電荷泵反饋環(huán)路45的功率檢測(cè)電路311檢測(cè)低噪聲放大器輸出端RFout輸出信號(hào)的功率大小，并將產(chǎn)生的控制邏輯電壓信號(hào)送到電荷泵312的輸入端，電荷泵312將輸入的控制邏輯電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為兩個(gè)控制電流信號(hào)，兩個(gè)控制電流信號(hào)對(duì)應(yīng)送到第一低通濾波器451和第二低通濾波器452的輸入端,第一低噪聲濾波器451輸出第一電流源控制電壓Vrfll,第二低噪聲濾波器452輸出第二電流源控制電壓Vrtl2，二路電流源控制電壓Vrfll和Vrfl2分別調(diào)節(jié)饋電偏置電路46中第一電流源IBl和第二電流源IB2的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)高線性偏置電路44輸出端VB加在輸入共射級(jí)HBT管Ql的基極偏置電壓VB。電荷泵反饋環(huán)路45由功率檢測(cè)電路311、電荷泵312、第一低通濾波器451和第二低通濾波器452組成。功率檢測(cè)電路311為飽和區(qū)RMS檢波器，其輸入端連接射頻低噪聲放大器輸出端RFout，功率檢測(cè)電路311檢測(cè)射頻低噪聲放大器輸出信號(hào)的平均功率大小，生成邏輯控制信號(hào)提供給電荷泵312。電荷泵312將邏輯控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閮陕冯妷嚎刂菩盘?hào),兩路控制電壓信號(hào)中包含輸出端RFout射頻輸出信號(hào)功率大小的信息。兩路電流控制信號(hào)對(duì)應(yīng)送第一低通濾波器451和第二低噪通聲濾波器452，濾除高頻雜波，輸出兩路電流源控制信號(hào):第一控制電壓Vrfll和第二控制電壓1,12。電荷泵反饋環(huán)路45根據(jù)功率檢測(cè)電路311產(chǎn)生的邏輯控制信號(hào)，經(jīng)環(huán)路濾波器輸出的第一控制電壓Vrtll和第二控制電壓Vrfl2控制向饋電偏置電路的電流源注入電荷或抽取電荷，并控制注入電荷或抽取電荷的大小。環(huán)路濾波器45由第一低通濾波器LPFl和第二低通濾波器LPF2組成，用于濾除電荷泵產(chǎn)生的電流信號(hào)中的高頻雜波，產(chǎn)生相應(yīng)的控制電壓信號(hào)。第一低通濾波器LPFl和第二低通濾波器LPF2各有一個(gè)輸出端，用于為饋電偏置電路46提供兩路控制電壓:第一控制電壓Vetll和第二控制電壓Vetl2。第一低通濾波器451的輸出端連接反饋電阻饋電偏置電路461中電流源IBl的控制端，第二低通濾波器452的輸出端連接二極管饋電偏置電路462中電流源IB2的控制端。當(dāng)射頻信號(hào)輸入RFin端的輸入信號(hào)較小時(shí)，電輸入共射級(jí)和輸出共柵級(jí)工作在線性區(qū)，電荷泵反饋環(huán)路45和饋電偏置電路46正常工作，貢獻(xiàn)不為突出。當(dāng)射頻信號(hào)輸入RFin端的輸入信號(hào)較大時(shí)，功率檢測(cè)電路311檢測(cè)到輸出端RFout射頻輸出信號(hào)功率較大，產(chǎn)生的邏輯控制信號(hào)增大，電荷泵312轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞑⒔?jīng)低通濾波器濾波后的第一控制電壓Vctll和第二控制電壓Vrtl2也增大，通過(guò)電荷泵反饋環(huán)路45的反饋調(diào)節(jié)作用，使得流過(guò)饋電偏置電路46中的第一電流源IB1、第二電流源IB2的電流變大，在高線性偏置電路輸出端VB，貢獻(xiàn)為較高的偏置電壓Vb，從而抵消因大信號(hào)輸入造成輸入管Ql基極電壓下降的影響，使加在輸入管Ql基極電壓維持不變。饋電偏置電路46包括反饋電阻饋電偏置電路461和二極管饋電偏置電路462，用于為輸入HBT管Ql提供基極偏置電壓VB。反饋電阻饋電偏置電路461由第一電流源IB1，第一 HBT管Q2、第二 HBT管Q3，第一電阻Rbl、第二電阻Rb2和第三電阻Rbf組成。其中，第一電流源IBl的輸入端連接電源VDD，第一電流源IBl的控制端連接第一低通濾波器的輸出端，第一電流源IBl的輸出端連接第一 HBT管Q2的集電極，第一 HBT管Q2集電極與第二HBT管Q3基極相連，第一 HBT管Q2基極和第二 HBT管Q3發(fā)射極之間接入第一電阻Rbl，第一 HBT管Q2發(fā)射極接地。第二 HBT管Q3集電極接電源VDD，第二 HBT管Q3發(fā)射極通過(guò)第二電阻Rb2與輸入HBT管Ql基極相連，第三電阻Rbf跨接在第一 HBT管Q2基極和饋電偏置電路46輸出端VB之間，輸出端VB連接到輸入共射級(jí)HBT管Ql的基極，用于降低輸入共射級(jí)HBT管Ql的基極偏置電路的等效輸入阻抗，在強(qiáng)信號(hào)輸入時(shí)有效抑制輸入HBT管Ql基極電壓的降低，從而提高低噪聲放大器的線性度。二極管饋電偏置電路462由第二電流源IB2，第三HBT管Q4、第四HBT管Q5、第五HBT管Q6組成。其中，第二電流源IB2輸入端連接電源VDD，第二電流源IB2的控制端與第二低通濾波器452的輸出端相連，第二電流源IB2的輸出端連接第三HBT管Q4集電極和第四HBT管Q5集電極；Q4管、Q5和管Q6管采用二極管連接的基極-集電極并連結(jié)構(gòu)，第五HBT管Q6發(fā)射極接地，第四HBT管Q5發(fā)射極與第五HBT管Q6集電極相連，第三HBT管Q4集電極與第四HBT管Q5集電極相連，第三HBT管Q4發(fā)射極連接輸入HBT管Ql基極；用于在強(qiáng)信號(hào)輸入時(shí)為輸入HBT管Ql提供所需要的大基極電流。在輸入端RFin輸入信號(hào)較小時(shí)，流過(guò)第三HBT管Q4支路的電流較小，幾乎不影響輸入共射級(jí)HBT管Ql的噪聲性能；當(dāng)輸入端RFin輸入信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，流過(guò)第三HBT管Q4支路的電流也增大以額外提供輸入共射級(jí)HBT管Ql所需的大基極電流，使得流過(guò)第二電阻Rb2的電流和電壓降較小，從而抑制了輸入HBT管Ql的基極電壓下降，使得大信號(hào)下輸入HBT管Ql的基極電壓VB保持恒定。通過(guò)調(diào)節(jié)第三電阻Rbf的大小和第三HBT管Q4、第四HBT管Q5、第五HBT管Q6的尺寸大小，使整個(gè)低噪聲放大器在具有低噪聲性能的同時(shí)提供足夠高的線性度。第三電阻Rbf的取值根據(jù)提高線性度和兼顧噪聲系數(shù)的要求折中考慮，第三電阻Rbf的阻值通常是第二電阻Rb2的兩倍左右，第二電阻Rb2的取值范圍為10ΙΓ20Κ?dú)W姆，則第三電阻Rbf的阻值范圍為20ΙΓ40Κ?dú)W姆。第三HBT管Q4的電流取值關(guān)系到線性度和噪聲系數(shù)，第三HBT管Q4電流取值為2uA 5uA ;第四HBT管Q5、第五HBT管Q6電流是第三HBT管Q4的電流的兩倍，它們的尺寸是第三HBT管Q4尺寸的兩倍。第二實(shí)施例
圖4b所不的第二實(shí)施例電路與圖4a所不的第一實(shí)施例電路基本相同,兩個(gè)實(shí)施例不同之處是所述二極管饋電偏置電路由第 二電流源IB2、第三MOS管M3、第四MOS管M4和第五MOS管M5組成，第三MOS管M3、第四MOS管M4和第五MOS管M5均為二極管連接結(jié)構(gòu)，即它們的柵極與漏極短接。第四MOS管M4的源極和第五MOS管M5的漏極串聯(lián)連接，第五MOS管M5的源極接地。第二電流源IB2的輸出端連接第三MOS管M3漏極和第四MOS管M4漏極，第五MOS管M5的源極接地；二極管饋電偏置電路462的輸出端即第三MOS管M3源極連接饋電偏置電路的輸出端VB，反饋電阻饋電偏置電路461的輸出端也并接于饋電偏置電路的輸出端VB，饋電偏置電路的輸出端VB連接輸入共射級(jí)HBT管Ql的基極，用于在強(qiáng)信號(hào)輸入時(shí)為輸入共射級(jí)輸入HBT管Ql提供所需要的大基極電流。通過(guò)調(diào)節(jié)第三電阻Rbf的大小和第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5的尺寸大小，使整個(gè)低噪聲放大器在具有低噪聲性能的同時(shí)提供足夠高的線性度。第三電阻Rbf的取值根據(jù)提高線性度和兼顧噪聲系數(shù)的要求折中考慮，第三電阻Rbf的阻值通常是第二電阻Rb2的兩倍左右，第二電阻Rb2的取值范圍為10ΙΓ20Κ?dú)W姆，則第三電阻Rbf的阻值范圍為20ΙΓ40Κ?dú)W姆。第三MOS管M3的電流取值關(guān)系到線性度和噪聲系數(shù)，第三MOS管M3電流取值為2uA 5uA ;第四MOS管M4、第五MOS管M5電流是第三MOS管M3的電流的兩倍，它們的尺寸是第三MOS管M3尺寸的兩倍。圖5a和圖5b分別示出現(xiàn)有技術(shù)低噪聲放大器與本發(fā)明的高線性度射頻低噪聲放大器的輸入IdB壓縮點(diǎn)ICPl的性能曲線。通常把增益下降到比線性增益低IdB時(shí)的輸出功率定義為輸出功率的IdB壓縮點(diǎn)。輸入IdB壓縮點(diǎn)ICPl是輸出功率的性能參數(shù)，壓縮點(diǎn)越高，意味著輸出功率越高。也用IdB壓縮點(diǎn)來(lái)描述放大器的線性動(dòng)態(tài)范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)，放大器的輸出功率隨輸入功率線性增加。用IdB壓縮點(diǎn)來(lái)表示線性度性能的參數(shù)，ICPl值越高，表示線性度越好，信號(hào)失真越小。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，將數(shù)據(jù)繪制成本發(fā)明的高線性度的射頻低噪聲放大器與現(xiàn)有技術(shù)低噪聲放大器的輸入IdB壓縮點(diǎn)ICPl的性能曲線。仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明:本發(fā)明與已有技術(shù)的電阻饋電偏置電路相比，采用電荷泵反饋環(huán)路給輸入管提供動(dòng)態(tài)的基極偏置電壓，在保持噪聲性能的前提下，IdB壓縮點(diǎn)能夠提高6ldB ;本發(fā)明的饋電偏置電路采用反饋電阻饋電偏置和二極管饋電偏置組合電路結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)信號(hào)輸入時(shí)能有效抑制輸入管基極偏 置電壓的下降，顯著改善線性度性能，IdB壓縮點(diǎn)提高3飛dB，同時(shí)對(duì)噪聲性能也無(wú)明顯影響。依據(jù)圖5a和圖5b曲線容易得出本發(fā)明的高線性度的射頻低噪聲放大器與現(xiàn)有技術(shù)低噪聲放大器的噪聲系數(shù)NF、輸入IdB壓縮點(diǎn)ICPl和消耗電流三個(gè)性能對(duì)比數(shù)據(jù)，對(duì)比數(shù)據(jù)列于表I。表I
比對(duì)電路\對(duì)比項(xiàng)j噪聲系數(shù)NF j輸入IdB壓縮點(diǎn)ICPl j消耗電流
本發(fā)明的低噪聲放大器—0.91dB-9.33dBm3.70mA ~
現(xiàn)有技術(shù)低噪聲放大器 0.90dB-20.60dBm+3.70mA
本領(lǐng)域技術(shù)人員從表I中可以看出，本發(fā)明的高線性度的射頻低噪聲放大器的噪聲系
數(shù)NF與現(xiàn)有技術(shù)低噪聲放大器相當(dāng)，均為0.9dB左右；消耗電流均為3.7mA。而輸入IdB
壓縮點(diǎn)ICPl性能從現(xiàn)有技術(shù)低噪聲放大器的-20.6dBm增加到了 -9.33dBm，增加值達(dá)到
11.27dBm，本發(fā)明低噪聲放大器提高線性度的效果非?？捎^。上述比較結(jié)果驗(yàn)證了本發(fā)明
采取的技術(shù)方案在保證相同的低噪聲系數(shù)的前提下，顯著的提高了低噪聲放大器的線性
度，使得本發(fā)明的射頻低噪聲放大器同時(shí)具有低噪聲性能和高線性度性能。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不背離本發(fā)明廣義范圍的前提下，對(duì)上述實(shí)施例作出若干改動(dòng)。因而，本發(fā)明并不僅限于所公開(kāi)的特定實(shí)施例。其范圍應(yīng)當(dāng)涵蓋所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明核心及保護(hù)范圍內(nèi)的所有變化。
權(quán)利要求
1.一種高線性度的射頻低噪聲放大器，包括輸入共射級(jí)、輸出共柵級(jí)、負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和偏置電路，其特征在于:偏置電路為高線性偏置電路； 所述高線性偏置電路包括一個(gè)電荷泵反饋環(huán)路和一個(gè)饋電偏置電路；電荷泵反饋環(huán)路的輸入端連接負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào)端RFout，電荷泵反饋環(huán)路的兩個(gè)控制電壓輸出端連接饋電偏置電路的兩個(gè)控制端；饋電偏置電路的輸出端VB連接輸入共射級(jí)的偏置電壓端；高線性偏置電路用于為輸入共射級(jí)HBT管基極偏置電壓端提供偏置電壓VB，電荷泵反饋環(huán)路檢測(cè)負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)輸出信號(hào)端RFout輸出信號(hào)的功率大小，并生成兩路動(dòng)態(tài)的輸出電流源控制電壓Vctll和Vrtl2，輸出電流源控制電壓Vctll和Vrtl2各自對(duì)應(yīng)連接兩個(gè)饋電偏置電路中的一個(gè)控制端，用于調(diào)節(jié)饋電偏置電路中兩個(gè)電流源IBl和B2的電流大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)饋電偏置電路輸出的偏置電壓Vb，為輸入共射級(jí)基極提供動(dòng)態(tài)的、穩(wěn)定的偏置電壓\，實(shí)現(xiàn)提高低噪聲放大器的線性度，同時(shí)保證低噪聲放大器的低噪聲性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻低噪聲放大器，其特征在于:所述電荷泵反饋環(huán)路由功率檢測(cè)電路、電荷泵和環(huán)路濾波器構(gòu)成；其中 所述功率檢測(cè)電路為飽和區(qū)均方根RMS檢波器，其輸入端連接射頻低噪聲放大器輸出端RFout，其輸出端連接電荷泵的控制端，用于檢測(cè)射頻低噪聲放大器輸出信號(hào)的平均功率大小，為電荷泵提供邏輯控制信號(hào)； 所述電荷泵為雙平衡電流充放電結(jié)構(gòu)，用于將功率檢測(cè)電路產(chǎn)生的邏輯控制電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的兩路誤差信號(hào)輸出，該兩路誤差信號(hào)包含射頻輸出信號(hào)的功率大小的信息，電荷泵的兩路輸出端對(duì)應(yīng)連接環(huán)路濾波器的兩個(gè)低通濾波器的輸入端； 所述環(huán)路濾波器由第一低通濾波器LPFl和第二低通濾波器LPF2組成，第一低通濾波器LPFl和第二低通濾波器LPF2各有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端,第一低通濾波器LPFl的輸入端對(duì)應(yīng)連接電荷泵的第一個(gè)電流輸出端，第二低通濾波器LPF2的輸入端對(duì)應(yīng)連接電荷泵的第二個(gè)電流輸出端，環(huán)路濾波器用于濾除電荷泵輸出的電流信號(hào)中的高頻雜波，相應(yīng)產(chǎn)生兩個(gè)直流的控制電壓信號(hào)，第一`低通濾波器LPFl的輸出端為饋電偏置電路提供第一路輸出電流源控制電壓Vctll，第二低通濾波器LPF2的輸出端為饋電偏置電路提供第二路輸出電流源控制電壓Vctl2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻低噪聲放大器，其特征在于:所述饋電偏置電路包括反饋電阻饋電偏置電路和二極管饋電偏置電路，饋電偏置電路的電路結(jié)構(gòu)為由兩個(gè)饋電偏置電路組合而成；反饋電阻饋電偏置電路電源端與二極管饋電偏置電路電源端都連接電源VDD，反饋電阻饋電偏置電路輸出端與二極管饋電偏置電路輸出端連接點(diǎn)為VB端，反饋電阻饋電偏置電路控制端連接電荷泵反饋環(huán)路的第一低通濾波器輸出端，二極管饋電偏置電路控制端連接電荷泵反饋環(huán)路的第二低通濾波器輸出端，饋電偏置電路用于為輸入共射級(jí)輸入HBT管基極提供恒定的偏置電壓Vb。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的射頻低噪聲放大器，其特征在于:所述反饋電阻饋電偏置電路由第一電流源IB1、第一 HBT管Q2、第二 HBT管Q3、第一反饋電阻Rbl、第二反饋電阻Rb2和第三反饋電阻Rbf組成，反饋電阻饋電偏置電路的輸出端為VB端；其中: 第一電流源IBl —端連接電源VDD,還有一個(gè)控制端和一個(gè)輸出端，第一電流源IBl的控制端與環(huán)路濾波器的第一輸出端相連，第一電流源IBl的輸出端連接第一 HBT管Q2的集電極以及第二 HBT管Q3的基極；第一 HBT管Q2基極和第二 HBT管Q3發(fā)射極通過(guò)第一反饋電阻Rbl相連，第一 HBT管Q2的發(fā)射極接地，第二 HBT管Q3集電極接電源VDD，第二 HBT管Q3發(fā)射極通過(guò)第二反饋電阻Rb2與輸入共射級(jí)輸入HBT管Ql的基極相連，第三反饋電阻Rbf跨接在第一 HBT管Q2基極和輸入共射級(jí)輸入HBT管Ql基極之間；反饋電阻饋電偏置電路的輸出端與二極管饋電偏置電路輸出端并接在VB端；用于降低饋電偏置電路的VB端的等效輸入阻抗，以減小強(qiáng)信號(hào)輸入造成的輸入HBT管Ql基極電壓降低，使偏置電壓Vb恒定。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的射頻低噪聲放大器，其特征在于:所述二極管饋電偏置電路由第二電流源IB2、第三HBT管Q4、第四HBT管Q5和第五HBT管Q6組成，二極管饋電偏置電路的輸出端為VB端；第三HBT管Q4、第四HBT管Q5和第五HBT管Q6均為二極管連接結(jié)構(gòu)，集電極與基極短接；第四HBT管Q5的發(fā)射極和第五HBT管Q6的集電極串聯(lián)連接；其中: 第二電流源IB2 —端連接電源VDD，還有一個(gè)控制端和一個(gè)輸出端，第二電流源IB2的控制端與環(huán)路濾波器的第二輸出端相連，第二電流源IB2的輸出端連接第三HBT管Q4集電極和第四HBT管Q5集電極，第五HBT管Q6的發(fā)射極接地；第三HBT管Q4發(fā)射極連接饋電偏置電路的輸出端VB ;用于在強(qiáng)信號(hào)輸入時(shí)為輸入共射級(jí)輸入HBT管Ql提供所需要的大基極電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的射頻低噪聲放大器，其特征在于:所述饋電偏置電路的第一電流源IBl的控制端連接環(huán)路濾波器第一輸出端，第一路輸出直流控制電壓為Vrtll，第二電流源IB2的控制端連接環(huán)路濾波器第二輸出端，第二路輸出直流控制電壓為Vrtl2 ;反饋電阻饋電偏置電路與二極管饋電偏置電路并聯(lián)連接，一個(gè)并聯(lián)接點(diǎn)連接電源VDD，另一個(gè)并聯(lián)接點(diǎn)連接饋電偏置電路的輸出端VB，反饋電阻饋電偏置電路的第二電阻Rb2和第三電阻Rbf的并聯(lián)點(diǎn)與二極管饋電偏置電路的第三HBT管Q4發(fā)射極并聯(lián)連接饋電偏置電路的輸出端，輸出偏置電壓為恒定偏置電壓Vb ;用于提高饋電偏置電路的線性度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的射頻低噪聲放大器，其特征在于:所述饋電偏置電路的第一電流源IBl的控制端連接環(huán)路濾波器第一輸出端，第一路輸出直流控制電壓為Vrfll，第二電流源IB2的控制端連 接環(huán)路濾波器第二輸出端，第二路輸出直流控制電壓為Vrtl2;反饋電阻饋電偏置電路與二極管饋電偏置電路并聯(lián)連接，一個(gè)并聯(lián)接點(diǎn)連接電源VDD，另一個(gè)并聯(lián)接點(diǎn)連接饋電偏置電路的輸出端VB，反饋電阻饋電偏置電路的第二電阻Rb2和第三電阻Rbf的并聯(lián)點(diǎn)與二極管饋電偏置電路的第三HBT管Q4發(fā)射極并聯(lián)連接饋電偏置電路的輸出端，輸出偏置電壓為恒定偏置電壓VB;用于提高饋電偏置電路的線性度。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或5或6所述的射頻低噪聲放大器，其特征還在于:所述二極管饋電偏置電路由第二電流源IB2、第三MOS管M3、第四MOS管M4和第五MOS管M5組成，第三MOS管M3、第四MOS管M4和第五MOS管M5均為二極管連接結(jié)構(gòu)，柵極與漏極短接；第四MOS管M4的源極和第五MOS管M5的漏極串聯(lián)連接，第五MOS管M5的源極接地；其中: 第二電流源IB2 —端連接電源VDD，還有一個(gè)控制端和一個(gè)輸出端，第二電流源IB2的控制端與環(huán)路濾波器的第二輸出端相連，第二電流源IB2的輸出端連接第三MOS管M3漏極和第四MOS管M4漏極，第五MOS管M5的源極接地；第三MOS管M3源極連接饋電偏置電路的輸出端VB ;用于在強(qiáng)信號(hào)輸入時(shí)為輸入共射級(jí)輸入HBT管Ql提供所需要的大基極電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或5或6所述的射頻低噪聲放大器，其特征還在于:所述饋電偏置電路中，第三電阻Rbf的阻值范圍為20ΙΓ40Κ?dú)W姆；第三HBT管Q4的偏置電流取值范圍為2uA 5uA ;第四HBT管Q5、第五HBT管Q6電流是第三HBT管Q4的電流的兩倍，它們的HBT管尺寸是第三HBT管Q4尺寸的兩倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的射頻低噪聲放大器，其特征還在于:所述饋電偏置電路中，第三電阻Rbf的阻值范圍為20ΙΓ40Κ?dú)W姆；第三MOS管M3的電流取值范圍為2uA飛uA ’第四MOS管M4、第五MOS管M5是第三MOS管M3的電流的兩倍，它們的MOS管尺寸是第三MOS管M3尺寸的兩倍。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高線性度的射頻低噪聲放大器，由輸入共射級(jí)、輸出共柵級(jí)、負(fù)載輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和偏置電路組成，偏置電路為包括一個(gè)電荷泵反饋環(huán)路和一個(gè)饋電偏置電路的高線性偏置電路，輸入共射級(jí)和輸出共柵級(jí)為HBT-MOSFET管結(jié)構(gòu)，以便改善線性度，獲取優(yōu)良的低噪聲性能，輸入共射級(jí)輸入管偏置端連接高線性偏置電路，饋電偏置電路為電阻饋電偏置電路和二極管饋電偏置電路的組合結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)信號(hào)輸入時(shí)為輸入管提供較大的基極電流，補(bǔ)償輸入管基極-發(fā)射極電壓的減小，在小信號(hào)輸入時(shí)電荷泵反饋環(huán)路不作貢獻(xiàn)，饋電偏置電路正常工作，從而獲得恒定的偏置電壓，顯著提高低噪聲放大器的線性度。本發(fā)明的低噪聲放大器在保證低噪聲性能的同時(shí)極大地提高了線性度，且實(shí)現(xiàn)單片集成。
文檔編號(hào)H03F1/26GK103166581SQ20131003326
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者項(xiàng)勇, 周仁杰, 羅彥彬, 甘業(yè)兵, 錢(qián)敏, 馬成炎 申請(qǐng)人:嘉興聯(lián)星微電子有限公司