一種電流復(fù)用型射頻放大器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種電流復(fù)用型射頻放大器，其包括輸入匹配電路和反相器電路，其中，輸入匹配電路包括第一NMOS管NM1、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4、電感L2以及電容C1，反相器電路包括第二NMOS管NM2和PMOS管PM1；射頻輸入端RFIN串接電容C1后與第一NMOS管NM1的源極、第三NMOS管NM3的源極、以及第四NMOS管NM4的源極連接，電感L2的一端接于第一NMOS管NM1的源極，電感L2的另一端接地；第二NMOS管NM2的源極和第一NMOS管NM1的漏極、第三NMOS管NM3的漏極、以及第四NMOS管NM4的漏極連接。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種電流復(fù)用型射頻放大器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于RFID讀卡機(jī)中的射頻放大器的制造領(lǐng)域，具體涉及一種電流復(fù)用 型的射頻放大器。
【背景技術(shù)】
[0002] 最近幾年隨著900MHz和2.4GHz頻段RFID技術(shù)的發(fā)展，對(duì)RFID讀卡機(jī)性能提出了更 高的要求，更加的關(guān)注芯片的性能，以及功耗和成本等指標(biāo)。而射頻前端放大器作為RFID讀 卡機(jī)中的重要模塊，其特性也決定著整個(gè)接收模塊的性能，比如噪聲和靈敏度等。射頻放大 器要求具有一定的增益同時(shí)噪聲盡可能的低，從而來(lái)抑制混頻器等后續(xù)模塊的噪聲，從而 最終提高整個(gè)RFID讀卡機(jī)的靈敏度。
[0003] 描述射頻放大器的性能的主要參數(shù)有:噪聲系數(shù)，電壓增益、輸入和輸出損耗、反 向隔離度以及線(xiàn)性度等。由于這些參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)、相互制約的，因此采用何種折衷方案來(lái) 提高放大器的整體性能成了設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)。
[0004] 傳統(tǒng)的射頻放大器參見(jiàn)圖1，一般分為兩級(jí)，第一級(jí)是共柵放大器，具有較好的輸 入匹配，第二級(jí)采用反相器，可相對(duì)提高整體的增益和降低一定的噪聲系數(shù)，但是傳統(tǒng)的射 頻放大器的功耗相對(duì)較大，整體性能不高。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 因此，為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，獲得更高增益、更低噪聲系數(shù)，功耗相對(duì)較小、整體 性能高的射頻放大器，本實(shí)用新型提出一種電流復(fù)用型射頻放大器，其創(chuàng)新性的將第二級(jí) 移至第一級(jí)的電源處，加上一些元器件，構(gòu)成了本實(shí)用新型的射頻放大器，實(shí)現(xiàn)了電流復(fù) 用，達(dá)到了低功耗的目標(biāo)。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種電流復(fù)用型射頻 放大器，包括輸入匹配電路和反相器電路；其中，輸入匹配電路包括第一匪0S管NM1、第三 匪0S管匪3、第四匪0S管匪4、電感L2以及電容C1，反相器電路包括第二匪0S管匪2和PM0S管 PM1;其中，第一NM0S管匪1的柵極作為偏置端VB1，第三NM0S管匪3的柵極作為偏置端VB2，第 四匪0S管匪4的柵極作為偏置端VB3;電容C1為輸入隔直電容，射頻輸入端RFIN串接電容C1 后與第一匪0S管匪1的源極、第三匪0S管匪3的源極、以及第四匪0S管匪4的源極連接，電感 L2為源極負(fù)反饋電感，電感L2的一端接于第一匪0S管NM1的源極，電感L2的另一端接地;第 二匪0S管匪2的源極和第一匪0S管匪1的漏極、第三匪0S管匪3的漏極、以及第四匪0S管匪4 的漏極連接，第二NM0S管NM2的柵極連接至PM0S管PM1的柵極，第二NM0S管NM2的漏極連接至 PM0S管PM1的漏極，PM0S管PM1的源極連接至電源電壓RFVDD。
[0007] 其中，NM0S管匪1、匪2、匪3、電感L2和電容C1共同構(gòu)成了第一級(jí)放大器的輸入匹配 電路，射頻信號(hào)從NM1的源極輸入，為共柵放大結(jié)構(gòu)，C1為輸入隔直電容，讓射頻信號(hào)順利的 進(jìn)入匪0S管，電感L2為源極負(fù)反饋電感，影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定性，輸入匹配和電路的噪聲系 數(shù)。如果VB2和VB3加同樣的偏置電壓，那么匪3管和NM4也接入，和匪1管并聯(lián)，一起提供輸入 跨導(dǎo)，這樣可以增加整個(gè)放大器的增益，也使得總增益可調(diào)。
[0008] 作為一個(gè)優(yōu)選的方案，反相器電路還包括用于通直流隔交流的電感L1，電感L1串 接在輸入匹配電路和反相器電路之間，具體的，電感L1的一端連接第二NM0S管匪2的源極， 電感L1的另一端連接第一 NM0S管NM1的漏極。
[0009] 作為一個(gè)優(yōu)選的方案，反相器電路還包括用于使高頻處的增益平坦化的電感L3和 電容C4,電感L3和電容C4串聯(lián)連接，并接于第二匪0S管匪2的柵極和PM0S管PM1的柵極的之 間，具體的，電容C4的一端連接PM0S管PM1的柵極，電容C4的另一端連接電感L3的一端，電感 L3的另一端連接第二NM0S管匪2的柵極。電感L3和電容C4用于使高頻處的增益平坦化。
[0010] 作為一個(gè)優(yōu)選的方案，反相器電路還包括電阻R1和電阻R2,電阻R2的一端接于 PM0S管PM1的柵極，電阻R2的另一端連接電阻R1的一端、以及電容C4和電感L3的連接端，電 阻R1的另一端連接PM0S管PM1的漏極。電阻R1和電阻R2跨接在第二級(jí)的輸入和輸出之間，電 阻R2用于給PM0S管PM1提供偏置。
[0011] 作為一個(gè)優(yōu)選的方案，反相器電路還包括用于交流耦合的電容C2,電容C2的一端 接于電容C4和電感L3的連接端，另一端接于第一 NM0S管NM1的漏極。
[0012] 作為一個(gè)優(yōu)選的方案，反相器電路還包括用于對(duì)輸出端進(jìn)行隔直的電容C3,電容 C3的一端接于PM0S管PM1的漏極，另一端作為射頻輸出RF0UT。
[0013] 作為一個(gè)優(yōu)選的方案，反相器電路還包括用于旁路的電容C5,電容C5的一端接于 第二NM0S管NM2的源極，電容C5的另一端接地。
[0014] 作為一個(gè)優(yōu)選的方案，反相器電路還包括用于濾波的電容C6,電容C6的一端接于 電源電壓RFVDD，另一端接地。
[0015] 本實(shí)用新型采用了電流復(fù)用技術(shù)，不僅節(jié)省了功耗，而且還提高了電壓增益和降 低了噪聲系數(shù)，具有很好的實(shí)用性。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的射頻放大器的原理圖；
[0017] 圖2為本實(shí)用新型的電流復(fù)用型射頻放大器的構(gòu)思示意圖；
[0018] 圖3為本實(shí)用新型的電流復(fù)用型射頻放大器的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020] 圖1為傳統(tǒng)的射頻放大器的示意圖，第一級(jí)采用共柵放大器，第二級(jí)采用反相器實(shí) 現(xiàn)。本實(shí)用新型的主要思路參見(jiàn)圖2,是將現(xiàn)有技術(shù)中的第二級(jí)移至第一級(jí)的電源處，并在 此基礎(chǔ)上增設(shè)一些元器件以實(shí)現(xiàn)電路的優(yōu)化。
[0021] 作為一個(gè)具體的實(shí)施例，參見(jiàn)圖3,本實(shí)用新型的電流復(fù)用型射頻放大器，包括第 一匪0S管匪1、第二匪0S管匪2、第三匪0S管匪3、第四匪0S管匪4、PM0S管PM1、電感L1、電感 L2、電感L3、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6、電阻R1、電阻R2、電源電壓 RFVDD、第一偏置端VB1、第二偏置端VB2、第三偏置端VB3、射頻輸入端RFIN和射頻輸出端 RF0UT〇
[0022] 其中，第一匪0S管匪1、第三NM0S管匪3、第四匪0S管NM4、輸入隔直電容Cl以及源極 串聯(lián)電感L2組成第一級(jí)放大器的輸入匹配電路。電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6、 電阻R1、電阻R2、電感L1、以及電感L3組成第二級(jí)的反相器電路。
[0023] 上述輸入匹配電路中，共柵輸入管第一匪0S管匪1、第三匪0S管匪3、第四匪0S管 匪4中，信號(hào)從其源極輸入，構(gòu)成了放大器的第一級(jí)。而且本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為可 根據(jù)需要選擇接入的M0S管個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)總增益可調(diào)。在第一級(jí)的輸入匹配電路和第二級(jí)的反 相器電路之間串聯(lián)電感L2,可提供更好的輸入匹配以及降低噪聲。
[0024]反相器電路中，電容C2和電容C4為交流耦合電容，C3為輸出隔直電容，電容C5為旁 路電容，電容C6為濾波電容。電感L1連接了放大器的第一級(jí)(輸入匹配電路)和第二級(jí)(反相 器電路），用于通直流隔交流。電感L3和電容C4配合用于使高頻處的增益平坦化。電阻R1和 R2為偏置電阻，電阻R1和電阻R2跨接在第二級(jí)的輸入和輸出之間，電阻R2用于給PM0S管PM1 提供偏置。
[0025]射頻信號(hào)從射頻輸入端RFIN(第一 NM0S管NM1的源極)輸入，為共柵放大結(jié)構(gòu)，C1為 輸入隔直電容，讓射頻信號(hào)順利的進(jìn)入晶體管，電感L2為源極負(fù)反饋電感，影響著系統(tǒng)的穩(wěn) 定性，輸入匹配和電路的噪聲系數(shù)。如果VB2和VB3加同樣的偏置，那么匪3管和匪4也接入， 和NM1管并聯(lián)，一起提供輸入跨導(dǎo)，這樣可以增加整個(gè)放大器的增益，也使得總增益可調(diào)。
[0026] 輸入匹配通過(guò)小信號(hào)模型可以得到對(duì)應(yīng)的公式：
[0027]
[0028]其中，gm為輸入晶體管的總跨導(dǎo)，Cgsl為輸入晶體管的柵源寄生電容，從以上公式 可以看出，選定好電感和晶體管尺寸，可以使得輸入匹配在更大的帶寬內(nèi)符合匹配要求。
[0029] 采用共柵作為低噪聲放大器的輸入級(jí)，雖然有利于帶寬的匹配，但是相對(duì)于共源 結(jié)構(gòu)，噪聲系數(shù)偏大，而整個(gè)放大器的噪聲系數(shù)主要決定于放大器的輸入端，通過(guò)小信號(hào)模 型可以得到噪聲系數(shù)的公式：
[0030]
[0031]其中，k為系數(shù)，由晶體管特性決定，從公式中可以看出隨著跨導(dǎo)的增加，噪聲系數(shù) 可以有效減小，但是跨導(dǎo)同時(shí)受限于輸入匹配。
[0032] 由于電感L1為第一級(jí)的負(fù)載，阻止射頻信號(hào)通過(guò)此電感向上流，使得射頻信號(hào)經(jīng) 過(guò)耦合電容C2流向第二級(jí)的輸入端。
[0033] 在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，【背景技術(shù)】中的第一級(jí)電路所需工作電流為2mA，第二級(jí)電路所 需電路為1mA，采用本實(shí)用新型的技術(shù)，從RFVDD總共抽取2mA電流，能同時(shí)滿(mǎn)足兩路工作所 需的電流，因此達(dá)到了電流復(fù)用的效果。采用電流復(fù)用技術(shù)后，由于流過(guò)反相器的電流有所 增加，因此需根據(jù)實(shí)際情況對(duì)器件尺寸進(jìn)行調(diào)整和仿真驗(yàn)證，使得總體性最優(yōu)。
[0034] 本實(shí)用新型在電路的最頂端疊加了一個(gè)反向電路，在不消耗電流的情況下增加了 等效總跨導(dǎo)，電阻R2為PM0S管PM1提供偏置，實(shí)現(xiàn)寬帶以及噪聲系數(shù)性能的改善。電容C4和 電感L3在第二級(jí)輸入端產(chǎn)生阻抗補(bǔ)償，頻率較高時(shí)，電感等效阻抗變大，電容等效阻抗變 小，在頻率較低時(shí)，電感等效阻抗變小，電容等效阻抗變大，因此在高頻的一段范圍內(nèi)，第二 級(jí)的輸入等效阻抗值都基本等同，因此使得更高頻率處的增益更加平坦。
[0035] 對(duì)于電感L2,屬于源極串聯(lián)電感，隨著工作頻率的不同，其等效阻抗也是變化的， 通過(guò)通用的公式計(jì)算可以得到一個(gè)較優(yōu)的源極串聯(lián)電感值，使得其等效阻抗在工作頻率內(nèi) 達(dá)到最佳的匹配。
[0036] 盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本實(shí)用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng) 該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書(shū)所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié) 上可以對(duì)本實(shí)用新型做出各種變化，均為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電流復(fù)用型射頻放大器，其特征在于:包括輸入匹配電路和反相器電路;其中， 輸入匹配電路包括第一NMOS管匪1、第三NMOS管匪3、第四NMOS管匪4、電感L2以及電容Cl，反 相器電路包括第二NMOS管匪2和PMOS管PMl;其中，第一NMOS管匪1的柵極作為偏置端VBl，第 三匪OS管匪3的柵極作為偏置端VB2,第四NMOS管匪4的柵極作為偏置端VB3;電容Cl為輸入 隔直電容，射頻輸入端RFIN串接電容Cl后與第一 NMOS管匪1的源極、第三NMOS管匪3的源極、 以及第四NMOS管匪4的源極連接，電感L2為源極負(fù)反饋電感，電感L2的一端接于第一 NMOS管 匪1的源極，電感L2的另一端接地；第二匪OS管匪2的源極和第一匪OS管匪1的漏極、第三 匪OS管匪3的漏極、以及第四匪OS管匪4的漏極連接，第二匪OS管匪2的柵極連接至PMOS管 PMl的柵極，第二匪OS管匪2的漏極連接至PMOS管PMl的漏極，PMOS管PMl的源極連接至電源 電壓RFVDD; 所述反相器電路還包括用于通直流隔交流的電感Ll，電感Ll串接在輸入匹配電路和反 相器電路之間，具體的，電感Ll的一端連接第二匪OS管匪2的源極，電感Ll的另一端連接第 一 NMOS管NMl的漏極。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流復(fù)用型射頻放大器，其特征在于:所述反相器電路還包括 用于使高頻處的增益平坦化的電感L3和電容C4,電感L3和電容C4串聯(lián)連接，并接于第二 匪OS管匪2的柵極和PMOS管PMl的柵極的之間，具體的，電容C4的一端連接PMOS管PMl的柵 極，電容C4的另一端連接電感L3的一端，電感L3的另一端連接第二NMOS管NM2的柵極。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流復(fù)用型射頻放大器，其特征在于:所述反相器電路還包括 電阻Rl和電阻R2，電阻R2的一端接于PMOS管PMl的柵極， 電阻R2的另一端連接電阻Rl的一端、以及電容C4和電感L3的連接端， 電阻Rl的另一端連接PMOS管PMl的漏極。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電流復(fù)用型射頻放大器，其特征在于:所述反相器電路還 包括用于交流耦合的電容C2,電容C2的一端接于電容C4和電感L3的連接端，另一端接于第 一 NMOS管NMl的漏極。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的電流復(fù)用型射頻放大器，其特征在于:所述反相器電路 還包括用于對(duì)輸出端進(jìn)行隔直的電容C3，電容C3的一端接于PMOS管PMl的漏極，另一端作為 射頻輸出RFOUT。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的電流復(fù)用型射頻放大器，其特征在于:所述反相器電路 還包括用于旁路的電容C5,電容C5的一端接于第二NMOS管匪2的源極，電容C5的另一端接 地。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的電流復(fù)用型射頻放大器，其特征在于:所述反相器電路 還包括用于濾波的電容C6，電容C6的一端接于電源電壓RFVDD，另一端接地。
【文檔編號(hào)】H03F1/26GK205566227SQ201620399372
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月5日
【發(fā)明人】陳本彬, 曾世超, 孫鈴武, 李文惠, 林和瑞, 楊凱
【申請(qǐng)人】廈門(mén)致聯(lián)科技有限公司