【技術實現步驟摘要】
本申請涉及一種無線通信技術，特別是涉及一種射頻放大器。
技術介紹
1、請參閱圖1，這是一種現有的射頻放大器，具有單端轉差分以及輸入匹配功能。所述射頻放大器從下到上依次包含輸入級電路和輸出負載電路。輸入級電路包含變壓器一tr1、柵極電感lg1和lg2、源極退化電感ls、額外的電容c1和c2、差分nmos對管m1和m2、柵極偏置電阻r1和r2。輸出負載級電路包含可編程陣列電容c3、變壓器二tr2和負載電阻rl。整個射頻放大器呈現左右對稱結構，對稱的器件具有完全相同的參數。變壓器一tr1用來將單端信號（輸入電壓vin）轉換為差分信號。輸入級電路中的所有電容和電感的組合將輸入阻抗匹配到設計所需的值（一般情況是50歐姆），并通過差分nmos對管m1和m2把電壓輸入信號轉為電流信號。變壓器二tr2用來將差分信號轉換為單端信號（輸出電壓vout）。整個射頻放大器的增益大于1，所以輸入信號是經過放大后輸出。
2、圖1所示的現有的射頻放大器存在以下缺陷。
3、第一，輸入級電路采用了源簡并（source?degeneration，也稱源退化、源極退化）共源結構進行阻抗匹配，在nmos對管m1和m2的柵極分別添加了電感lg1和lg2，加上源極退化電感ls總共3個電感，導致版圖面積過大，也不易于版圖布局和連線，設計成本高。
4、第二，輸入級電路是基于電容和電感諧振實現的輸入匹配，。其中，zin是輸入阻抗，s是復頻率，ls是源極退化電感的電感值，lg是nmos管m1的柵極電感lg1的電感值（或nmos管m2的柵極電感l
5、以圖1為例可知，射頻收發機中的射頻放大器通常會用到電感這種大面積的器件，很容易增加制造成本。同時，射頻放大器的設計難點是良好的輸入匹配和線性度，以及具有一定的動態范圍，所以設計一種小尺寸和高性能的射頻放大器電路將會簡化射頻電路的設計，降低制造成本。
技術實現思路
1、本申請所要解決的技術問題是如何使射頻放大器同時具有小尺寸、寬帶輸入匹配、高線性度、具有一定動態范圍的特性。
2、為解決上述技術問題，本申請提出了一種低成本高性能射頻放大器，包括輸入級電路、共柵級電路和輸出負載電路。所述輸入級電路實現單端信號到差分信號的轉換，并實現輸入阻抗匹配，同時把輸入的射頻電壓信號轉化為射頻電流信號；所述輸入級電路包括三線圈變壓器一和共源級晶體管，所述三線圈變壓器一由主線圈、次級線圈、第三線圈組成；主線圈和次級線圈之間的耦合電感等效為共源級晶體管的柵極電感；第三線圈等效為共源級晶體管的源極退化電感的第一部分，主線圈和第三線圈之間的耦合電感等效為共源級晶體管的源極退化電感的第二部分，這兩部分的總和等效為共源級晶體管的源極退化電感。所述共柵級電路將輸入級電路輸出的射頻電流信號傳遞給輸出負載電路，同時提高電路的耐壓與等效輸出阻抗，并實現至少兩種模式的增益控制。所述輸出負載電路將來自共柵級電路的射頻電流信號轉化為射頻電壓信號，并實現從差分信號到單端信號的轉換，輸出放大后的射頻電壓信號。
3、進一步地，整個射頻放大器呈現左右對稱結構，對稱的器件具有完全相同的參數。
4、進一步地，所述三線圈變壓器一中，主線圈是兩圈大環形，次級線圈也是兩圈大環形，次級線圈與主線圈上下堆疊；第三線圈是兩圈小環形，被主線圈和次級線圈的大環形所包圍；次級線圈的中心抽頭與第三線圈的中心抽頭上下對應、相連接并接地。
5、進一步地，所述輸入級電路還包括可編程電容陣列c1、兩個隔直電容c2、c3、差分nmos對管m1、m2、兩個偏置電阻r1、r2；差分nmos對管m1、m2作為共源級晶體管。所述三線圈變壓器一中，主線圈的一端接輸入電壓，另一端接地；次級線圈并聯可編程電容陣列c1，次級線圈的兩端還分別通過兩個隔直電容c2、c3連接差分nmos對管m1、m2的柵極；主線圈和次級線圈之間實現從單端信號到差分信號的轉換；第三線圈的兩端分別連接差分nmos對管m1、m2的源極。差分nmos對管m1、m2的柵極還分別通過兩個偏置電阻r1、r2連接柵極偏置電壓一；差分nmos對管m1、m2的漏極向共柵級電路輸出差分電流信號；差分nmos對管m1、m2實現從電壓信號到電流信號的轉換。所述輸入級電路基于所有電容和等效出的所有電感的諧振實現輸入阻抗匹配。
6、進一步地，所述共柵級電路包括nmos管m3至m8、柵端去耦電容cg1、cg2、偏置電阻r3、r4。nmos管一m1的漏極同時連接到nmos管三m3的源極、nmos管四m4的源極、nmos管五m5的源極；nmos管二m2的漏極同時連接到nmos管六m6的源極、nmos管七m7的源極、nmos管八m8的源極；nmos管三m3的柵極、nmos管八m8的柵極分別通過兩個偏置電阻r3、r4連接柵極偏置電壓二；nmos管三m3的柵極、nmos管八m8的柵極還分別通過兩個柵端去耦電容cg1、cg2接地；nmos管三m3的漏極和nmos管四m4的漏極連接后再連接到輸出負載電路；nmos管八m8的漏極和nmos管七m7的漏極連接后再連接到輸出負載電路；nmos管四m4的柵極、nmos管七m7的柵極都接增益控制信號；增益控制信號連接到反相器后輸出反相增益控制信號；nmos管五m5的柵極、nmos管六m6的柵極都接反相增益控制信號；nmos管五m5的漏極、nmos管六m6的漏極都接到電源電壓。
7、進一步地，當增益控制信號為高電平、反相增益控制信號為低電平時，nmos管三m3、nmos管四m4、nmos管七m7和nmos管八m8導通，nmos管五m5和nmos管六m6關斷，所述共柵級電路工作在高增益模式。當增益控制信號為低電平、反相增益控制信號為高電平時，nmos管四m4和nmos管七m7關斷，nmos管三m3、nmos管五m5、nmos管六m6和nmos管八m8導通，將部分電流通過nmos管五m5和nmos管六m6流到電源電壓，流到輸出負載電路的電流變小，所述共柵級電路工作在低增益模式。在以上兩種增益模式下，流過輸入級電路中的差分nmos對管m1、m2的電流保持不變，即差分nmos對管m1、m2的跨導不變；以上兩種增益模式擴大了所述射頻放大器的動態范圍。
8、進一步地，輸入級電路中的共源級晶體管疊加上所述共柵級電路后形成共源共柵結構；共源共柵結構中的共柵級晶體管分掉了一部分電壓，這樣落在共源級晶體管上的電壓變小。
9、進一步地，所述共柵級電路與輸入級電路串聯，使得從共柵級晶體管的漏端往地看的等效輸出阻抗增加。
10、進一步地，所述共柵本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種低成本高性能射頻放大器，其特征是，包括輸入級電路、共柵級電路和輸出負載電路；
2.根據權利要求1所述的低成本高性能射頻放大器，其特征是，整個射頻放大器呈現左右對稱結構，對稱的器件具有完全相同的參數。
3.根據權利要求1所述的低成本高性能射頻放大器，其特征是，所述三線圈變壓器一中，主線圈是兩圈大環形，次級線圈也是兩圈大環形，次級線圈與主線圈上下堆疊；第三線圈是兩圈小環形，被主線圈和次級線圈的大環形所包圍；次級線圈的中心抽頭與第三線圈的中心抽頭上下對應、相連接并接地。
4.根據權利要求1所述的低成本高性能射頻放大器，其特征是，所述輸入級電路還包括可編程電容陣列（C1）、兩個隔直電容（C2、C3）、差分NMOS對管（M1、M2）、兩個偏置電阻（R1、R2）；差分NMOS對管（M1、M2）作為共源級晶體管；
5.根據權利要求4所述的低成本高性能射頻放大器，其特征是，所述共柵級電路包括NMOS管（M3至M8）、柵端去耦電容（Cg1、Cg2）、偏置電阻（R3、R4）；
6.根據權利要求5所述的低成本高性能射頻放大器，其特征是
7.根據權利要求1所述的低成本高性能射頻放大器，其特征是，輸入級電路中的共源級晶體管疊加上所述共柵級電路后形成共源共柵結構；共源共柵結構中的共柵級晶體管分掉了一部分電壓，這樣落在共源級晶體管上的電壓變小。
8.根據權利要求1所述的低成本高性能射頻放大器，其特征是，所述共柵級電路與輸入級電路串聯，使得從共柵級晶體管的漏端往地看的等效輸出阻抗增加。
9.根據權利要求1所述的低成本高性能射頻放大器，其特征是，所述共柵級電路包括十個NMOS管（M3、M4、M41、M5、M51、M6、M61、M7、M71、M8）、兩個反相器（B1、B2）、兩個增益控制信號（GainCtrl1、GainCtrl2）、兩個反相增益控制信號（ENB1、ENB2）；
10.根據權利要求1所述的低成本高性能射頻放大器，其特征是，所述輸出負載電路包括變壓器二、可編程電容陣列（C4）、負載電阻；
...【技術特征摘要】
1.一種低成本高性能射頻放大器，其特征是，包括輸入級電路、共柵級電路和輸出負載電路；
2.根據權利要求1所述的低成本高性能射頻放大器，其特征是，整個射頻放大器呈現左右對稱結構，對稱的器件具有完全相同的參數。
3.根據權利要求1所述的低成本高性能射頻放大器，其特征是，所述三線圈變壓器一中，主線圈是兩圈大環形，次級線圈也是兩圈大環形，次級線圈與主線圈上下堆疊；第三線圈是兩圈小環形，被主線圈和次級線圈的大環形所包圍；次級線圈的中心抽頭與第三線圈的中心抽頭上下對應、相連接并接地。
4.根據權利要求1所述的低成本高性能射頻放大器，其特征是，所述輸入級電路還包括可編程電容陣列（c1）、兩個隔直電容（c2、c3）、差分nmos對管（m1、m2）、兩個偏置電阻（r1、r2）；差分nmos對管（m1、m2）作為共源級晶體管；
5.根據權利要求4所述的低成本高性能射頻放大器，其特征是，所述共柵級電路包括nmos管（m3至m8）、柵端去耦電容（cg1、cg2）、偏置電阻（r3、r4）；
6.根據權利要求5所述的低成本高性能射頻放大器，其特征是，當增益控制信號為高電平...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙英相，張榮輝，鮑榮生，
申請(專利權)人：翱捷科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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