[发明专利]一种多倍频程超宽带放大器电路

说明书

技术领域

本发明涉及无线射频通信技术领域，具体是一种多倍频程超宽带放大器电路。

背景技术

近年来，随着高速率数据传输、光纤通信、宽带电磁频谱监测、软件无线电、认知无线电系统等的发展，宽带收发机应用越来越广泛。传统的宽带收发机采用多个分别覆盖不同频段的接收机并联起来共同实现宽带覆盖，由于使用不同频段的接收机，同一类型的通用模块(如低噪声放大器、功率放大器等)会存在多块，这导致设备的体积、成本和功耗都大幅提升，可靠性显著降低，限制了宽带收发机的推广应用。此外，当前各种系统的功能集成度越来越高，某一系统往往集成了多个功能系统。在民用方面，以手机为例，它同时集成了3G、4G、蓝牙、导航等功能。而在军事领域，一般各作战平台上都集合了雷达、电子战、导航、识别、制导等不同功能系统。多功能集成致使设备和仪器对其中的某些通用模块需求量巨大的同时，由于系统中同一通用模块会存在多块(对应不同频段功能系统)，在造成仪器设备的体积和成本大幅提高的同时，可靠性和机动性明显降低。

采用单一接收机覆盖所有需要的频带，可以使宽带收发机有效避免上述问题。放大器(包括功率放大器和低噪声放大器)作为宽带收发机的核心模块，是研究、设计和实现宽带接收机的关键所在。因此，开展宽带放大器研究，无论是在军事领域还是在民用领域都有迫切需求。

当前报道的宽带放大器除了分布式结构外，绝大多数宽带放大器的低频端都是从几吉赫兹(GHz)开始，倍频程都小于50(倍频程为放大器带宽的高频端与低频端之比)。而分布式结构的放大器存在单元电路增益低、功耗和芯片面积大等不足。因此，开展带宽与分布式放大器相当，而单元电路增益性能、功耗和芯片面积等优于分布式结构的宽带放大器研究具有重要的意义，而当前鲜有相关的电路结构提出。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多倍频程超宽带放大器电路，其工作频率覆盖兆赫兹(MHz)到吉赫兹(GHz)，带宽与分布式放大器相当，而单元电路增益性能、功耗和芯片面积等优于分布式结构。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：一种多倍频程超宽带放大器电路，包括三个晶体管堆叠的共源-共栅结构、有源-无源混合型偏置电路及电源VDD，所述共源-共栅结构中的三个晶体管分别为晶体管M1、晶体管M2及晶体管M3，所述晶体管M1栅极、晶体管M2栅极、晶体管M3栅极及有源-无源混合型偏置电路均与电源VDD连接，晶体管M1源极接地，晶体管M2栅极通过电容C2接地，晶体管M3栅极通过电容C3接地；所述晶体管M2源极与晶体管M1漏极连接，其漏极与晶体管M3源极连接，所述晶体管M3漏极与有源-无源混合型偏置电路连接；所述晶体管M1的栅极连接有输入端口，晶体管M3漏极与有源-无源混合型偏置电路之间的线路上设有输出端口。

在宽带放大器的设计中，晶体管的栅极到源极、栅极到漏极、漏极到源极的寄生电容是决定晶体管的特征频率和限制电路带宽拓展的主要因素。低频带宽的拓展主要限制于栅极到源极的电容，具体表现为栅极到源极的电容导致输入匹配网络在低频时具有较大值，难以实现宽频带范围的覆盖；而高频端带宽的拓展主要由栅极到漏极的电容(即米勒电容)和漏极到源极的电容，具体表现为这个两个电容的存在导致晶体管的高频增益随频率迅速滚降。本发明采用晶体管M1、晶体管M2及晶体管M3堆叠构成共源-共栅结构，使得本发明应用时能减小米勒电容对高频增益的影响，从而实现高频带宽的拓展，同时提高输出电压摆幅。

本发明应用时，信号由输入端口输入，经过三个晶体管堆叠的共源-共栅结构放大后，由输出端口输出。

进一步的，一种多倍频程超宽带放大器电路，还包括反馈电路，所述反馈电路包括电容C1及与电容C1串连的电阻R6，所述反馈电路两端分别与晶体管M1栅极和晶体管M2漏极连接。其中，电容C1的作用是阻隔直流信号，本发明通过反馈电路能降低输入匹配网络的品质因数(即减小栅极到源极寄生电容的影响)，实现宽带放大器电路带宽向低频端的拓展。

进一步的，一种多倍频程超宽带放大器电路，还包括峰化电感，所述峰化电感包括电感L3和电感L4，所述电感L3连接于晶体管M2漏极与晶体管M3源极之间的线路上，所述电感L4连接于晶体管M3漏极与输出端口之间的线路上。峰化电感的作用是补偿由于漏极到源极电容的存在导致的电路的输出阻抗随频率降低(即漏极到源极的寄生电容导致的快速高频增益滚降)，从而实现放大器电路工作高频带宽的拓展。