一種改善線性度的分布式放大器電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種改善線性度的分布式放大器電路。【背景技術(shù)】
[0002] 無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率和帶寬提出了更高要求。通常 采用的寬帶放大器設(shè)計(jì)技術(shù)包括負(fù)反饋、平衡放大器、電阻匹配以及有源匹配等等，然而這 些技術(shù)均無法有效提升放大器的增益帶寬積。分布式放大器由于其結(jié)構(gòu)上的特性，能夠突 破放大器增益帶寬積的限制，實(shí)現(xiàn)更寬頻帶的信號(hào)放大，在包括微波功率放大器在內(nèi)的超 寬帶MMIC(MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit，單片微波集成電路）領(lǐng)域里得到 了廣泛的應(yīng)用。目前的分布式放大器已出現(xiàn)各種類型的結(jié)構(gòu)，包括非均勻結(jié)構(gòu)、分布-級(jí)聯(lián) 結(jié)構(gòu)等等，但它們都是采用低通結(jié)構(gòu)的人工傳輸線形式，此時(shí)所有增益單元都必須工作在 同一種偏置狀態(tài)下，因此設(shè)計(jì)自由度較低，無法通過設(shè)置不同的工作點(diǎn)來改善分布式放大 器的線性度等性能。
[0003] 分布式放大器的基本原理是將晶體管的寄生電容與電感元件構(gòu)成人工傳輸線，從 而克服寄生電容造成的增益滾降，其電路原理圖如圖1所示，其中VDD為電源電壓，為直 流偏置電壓，片上電感k和增益單元的輸入阻抗構(gòu)成了輸入人工傳輸線，片上電感LDl和增 益單元的輸出阻抗構(gòu)成了輸出人工傳輸線，顯然輸入/輸出人工傳輸線均為低通濾波器結(jié) 構(gòu)。傳統(tǒng)的分布式放大器由于各級(jí)增益單元采用直接耦合方式，因此各個(gè)增益單元必須工 作在同樣的直流偏置條件下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提出一種改善線性度的分布式放大器電路， 其技術(shù)方案是：
[0005] -種改善線性度的分布式放大器電路，包括若干個(gè)增益單元和連接在每個(gè)所述增 益單元輸入端的輸入片上電感、連接在每個(gè)所述增益單元輸出端的輸出片上電感，在至少 一個(gè)所述輸入片上電感之前或之后設(shè)有級(jí)間匹配電容，每個(gè)所述增益單元的輸入端連有偏 置電阻，從所述偏置電阻的另一端施加偏置電壓。
[0006] 優(yōu)選的，在每個(gè)所述輸入片上電感之前設(shè)有級(jí)間匹配電容。
[0007] 在第一個(gè)所述輸出片上電感之前和最后一個(gè)輸出片上電感分別串聯(lián)有一個(gè)親合 電容。
[0008] 所述增益單元為一NM0S管，其柵極為輸入端，漏極為輸出端。
[0009] 所述增益單元由兩個(gè)連接的NM0S管組成，第一NM0S管的源極與第二NM0S管的漏 極連接，第二NM0S管的柵極為輸入端，第一NM0S管的漏極為輸出端。
[0010] 所述增益單元由兩個(gè)NM0S管和一個(gè)電感組成，第一NM0S管的源極與所述電感一 端連接，所述電感的另一端連接第二NM0S管的漏極，第二NM0S管的柵極為輸入端，第一 NM0S管的漏極為輸出端。
[0011] 本發(fā)明通過采用不同電路結(jié)構(gòu)的增益單元，以及施加不同的偏置電壓能夠改變各 個(gè)增益單元的靜態(tài)工作點(diǎn)，從而可以改善它們的線性度，級(jí)間匹配電容的引入將各增益單 元輸入端的直流偏置隔離開，從而可以對(duì)各個(gè)增益單元的輸入端施加不同的偏置電壓，從 而增加了設(shè)計(jì)與調(diào)試的自由度。
【附圖說明】
[0012] 圖1為傳統(tǒng)的分布式放大器電路結(jié)構(gòu)圖；
[0013] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例分布式放大器電路結(jié)構(gòu)圖；
[0014] 圖3為圖2中增益單元的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；
[0015] 圖4為圖2中增益單元的另一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；
[0016] 圖5為圖2中增益單元的又一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；
[0017] 圖6為圖3實(shí)施例的輸出電流、跨導(dǎo)增益及各階導(dǎo)數(shù)與輸入電壓的關(guān)系；
[0018] 圖7為圖4和圖5實(shí)施例的輸出電流、跨導(dǎo)增益及各階導(dǎo)數(shù)與輸入電壓的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0020] 本發(fā)明分布式放大器電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，與圖1所示的傳統(tǒng)分布式放大器相比， 存在以下二處改進(jìn)：
[0021] (1)在至少一個(gè)輸入片上電感之前或之后設(shè)有級(jí)間匹配電容，與k共同構(gòu)成帶通 匹配網(wǎng)絡(luò)，圖2中在每個(gè)輸入片上電感k前連有電容C&，實(shí)際上(^也可放在L&之后；C& 的數(shù)量為[1，N];
[0022] (2)在設(shè)有級(jí)間匹配電容的增益單元的輸入端采用了獨(dú)立的偏置結(jié)構(gòu)I，以此可 以對(duì)增益單元的輸入端施加不同的偏置電壓
[0023] (3)增益單元可以采用如圖3到圖5中所示的任一種電路結(jié)構(gòu)，但同一電路中一般 均采用相同的電路結(jié)構(gòu)。
[0024] 本發(fā)明分布式放大器電路的原理如下：
[0025] 增益單元的輸出電流L和輸入偏置電壓vιη之間總是存在如下的關(guān)系式
[0026] i=gmv,"+g'ji+g';乂
[0027] 其中g(shù)ni表示增益單元的跨導(dǎo)增益，g' "為i^關(guān)于vιη的二階導(dǎo)數(shù)，g" "為i^關(guān) 于vin的三階導(dǎo)數(shù)。
[0028] 根據(jù)射頻電路理論，g" "對(duì)放大器的線性度性能影響最大，gni-定的情況下，g" " 越小則放大器的線性度越好。不同結(jié)構(gòu)的增益單元的跨導(dǎo)特性和輸入偏置電壓之間的關(guān)系 如圖6和圖7所示。
[0029] 如圖3所示，增益單元的一種結(jié)構(gòu)為一NM0S管，其柵極為輸入端，漏極為輸出端， 采用這種結(jié)構(gòu)的分布式放大器電路輸出電流、跨導(dǎo)增益及各階導(dǎo)數(shù)與輸入電壓的關(guān)系如圖 6所示。由圖6(b)可以看出增益單元呈現(xiàn)出嚴(yán)重的非線性，即跨導(dǎo)增益gni不是恒定的值， 而是隨著輸入偏置電壓νιη的變化而變化，因此當(dāng)放大器的輸入信號(hào)幅度增大時(shí)，輸出信號(hào) 將出現(xiàn)非線性失真。
[0030] 如圖4所示，增益單元的另一種結(jié)構(gòu)為：增益單元由兩個(gè)連接的NM0S管組成，第一 NM0S管的源極與第二NM0S管的漏極連接，第二NM0S管的柵極為輸入端，第一NM0S管的漏 極為輸出端。
[0031] 如圖5所示，增益單元的又一種結(jié)構(gòu)為：增益單元由兩個(gè)NM0S管和一個(gè)電感組成， 第一NM0S管的源極與電感一端連接，電感的另一端連接第二NM0S管的漏極，第二NM0S管 的柵極為輸入端，第一NM0S管的漏極為輸出端，該電感為峰值電感。采用圖4和圖5兩種結(jié) 構(gòu)的分布式放大器電路輸出電流、跨導(dǎo)增益及各階導(dǎo)數(shù)與輸入電壓的關(guān)系如圖7所示。由 圖7(a) (b)同樣可以看出增益單元呈現(xiàn)出嚴(yán)重的非線性，即跨導(dǎo)增益gni不是恒定的值，而 是隨著輸入偏置電壓νιη的變化而變化，因此當(dāng)放大器的輸入信號(hào)幅度增大時(shí)，輸出信號(hào)將 出現(xiàn)非線性失真。
[0032] 根據(jù)分布式放大器的工作原理，其前向跨導(dǎo)增益為各個(gè)增益單元跨導(dǎo)增益的疊 加，因此由圖6(d)和圖7(d)可以看出，當(dāng)各增益單元采用相同（或不同）的電路結(jié)構(gòu)并處 于不同的輸入偏置電壓時(shí)，g" "可以取正值也可以取負(fù)值，因此只需要通過調(diào)節(jié)各個(gè)增益 單元的偏置電壓就可以使得分布式放大器的總的跨導(dǎo)增益的二階偏導(dǎo)趨近于零，從而獲得 良好的線性度。
[0033] 本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述實(shí)施方式所公開的技術(shù)手段，還包括 由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改善線性度的分布式放大器電路，包括若干個(gè)增益單元和連接在每個(gè)所述增益 單元輸入端的輸入片上電感、連接在每個(gè)所述增益單元輸出端的輸出片上電感，其特征在 于：在至少一個(gè)所述輸入片上電感之前或之后設(shè)有級(jí)間匹配電容，每個(gè)所述增益單元的輸 入端連有偏置電阻，從所述偏置電阻的另一端施加偏置電壓。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式放大器電路，其特征在于：在每個(gè)所述輸入片上電感 之前設(shè)有級(jí)間匹配電容。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式放大器電路，其特征在于：在第一個(gè)所述輸出片上電 感之前和最后一個(gè)輸出片上電感分別串聯(lián)有一個(gè)耦合電容。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式放大器電路，其特征在于：所述增益單元為一NMOS 管，其柵極為輸入端，漏極為輸出端。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式放大器電路，其特征在于：所述增益單元由兩個(gè)連接 的NMOS管組成，第一NMOS管的源極與第二NMOS管的漏極連接，第二NMOS管的柵極為輸入 端，第一NMOS管的漏極為輸出端。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式放大器電路，其特征在于：所述增益單元由兩個(gè)NMOS 管和一個(gè)電感組成，第一NMOS管的源極與所述電感一端連接，所述電感的另一端連接第二 NMOS管的漏極，第二NMOS管的柵極為輸入端，第一NMOS管的漏極為輸出端。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改善線性度的分布式放大器電路，包括若干個(gè)增益單元和連接在每個(gè)增益單元輸入端的輸入片上電感、連接在每個(gè)增益單元輸出端的輸出片上電感，在至少一個(gè)所述輸入片上電感之前或之后設(shè)有級(jí)間匹配電容，每個(gè)所述增益單元的輸入端連有偏置電阻，從所述偏置電阻的另一端施加偏置電壓。本發(fā)明通過采用不同電路結(jié)構(gòu)的增益單元，以及施加不同的偏置電壓能夠改變各個(gè)增益單元的靜態(tài)工作點(diǎn)，從而可以改善它們的線性度，級(jí)間匹配電容的引入將各增益單元輸入端的直流偏置隔離開，從而可以對(duì)各個(gè)增益單元的輸入端施加不同的偏置電壓，從而增加了設(shè)計(jì)與調(diào)試的自由度。
【IPC分類】H03F1/32, H03G3/20
【公開號(hào)】CN105305979
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510737532
【發(fā)明人】張瑛
【申請(qǐng)人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月3日