[发明专利]应用于毫米波频段的正反馈宽带低噪声放大器

说明书

技术领域

本发明提出一种宽带LNA在高频率点的增益提升与频带拓展电路，特别涉及在毫米波频段的宽带LNA设计，能够在高频率处提升放大器增益以及拓展高频带宽。

背景技术

LNA通常为接收机前端的第一级电路，一般不同的应用背景决定了它的不同实现方式。回顾以往的LNA设计多应用于2.4GHz的GSM通信、WLAN和美国联邦通信委员会提出的商用3.1～10.6GHz超宽带无线通信。本发明的研究背景是设计一个工作频率要覆盖ALMA-band1即31.3～45GHz的宽带LNA，并且其放大增益要达到20dB以上。图1提出了一种LNA的电路结构以初步满足设计指标要求，它包括：共栅输入级，Cascode结构中间级和源极随器输入级。图1所示LNA的各级所实现的功能如下：共栅输入级用来实现宽带输入匹配性能，Cascode结构中间级用来实现LNA的宽带放大功能，源极跟随器输出级用来实现宽带输出匹配性能。

由普通放大器的频率响应特性可知，在高频处随着频率的升高放大器的增益呈现滚降的趋势，毫米波频段LNA的设计同样遵循这种规律，但对宽带LNA来说，在所感兴趣的频率范围内这是需要被克服的。基于此，在不增加额外功率消耗的前提下，本发明运用正反馈的方法提出一种毫米波频段宽带LNA在高频率点的增益提升与频带拓展技术，并且设计出具体的实现电路。就发明者目前所知，此种增益提升与频带拓展技术的实现电路尚未被发现。

发明内容

本发明提供一种能够有效提升高频率点增益并拓展带宽的应用于毫米波频段的正反馈宽带低噪声放大器。

本发明采用如下技术方案：

一种应用于毫米波频段的正反馈宽带低噪声放大器，包括：用于实现输入阻抗匹配与信号预放大功能的共栅输入级、用于信号放大功能的共源-共栅中间级及用于实现输出阻抗匹配功能的源极跟随器输出级，共栅输入级的输入端为宽带低噪声正反馈放大器的输入端，共栅输入级的输出端与中间级的输入端连接，中间级的输出端与源极跟随器输出级的输入端连接，源极跟随器输出级的输出端作为宽带低噪声正反馈放大器的输出端，所述的中间级包括由第二晶体管和第三晶体管构成的共源-共栅结构，所述第二晶体管的栅极作为中间级的输入端，第三晶体管的漏极作为中间级的输出端，源极跟随器输出级包括第四晶体管及与第四晶体管源极连接的电流镜电路，所述的电流镜电路包括漏极与第四晶体管的源极连接的第五晶体管、栅极与第五晶体管的栅极相连的第六晶体管以及一端与第六晶体管的漏极和栅极相连且另一端与总电源VDD相连的偏置电阻，所述第四晶体管的栅极作为源极跟随器输出级的输入端，第四晶体管的源极作为宽带低噪声正反馈放大器的输出端，在中间级与源极跟随器输出级之间设有反馈电感，所述的反馈电感的一端与总电源VDD相连，另一端连接于第三晶体管的栅极和第四晶体管的漏极。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.不额外增加电路的功耗。由于本发明只在图1所示电路结构的基础上引入正反馈，而且仅通过一个无源电感来实现，因而不会增加电路的功耗。

2.简单容易实现。实践证明反馈电感的感值不需要设计的很大，引入正反馈后，仅需对其他电路参数做微小的调整，因而可以大大减小毫米波频段宽带LNA的设计周期。

3.本发明的电路元件少，易于单片电路集成。

附图说明

图1是一种宽带LNA的构架图。

图2是正反馈高频增益提升与带宽拓展电路的结构框架。

图3是正反馈高频增益提升与带宽拓展技术的实现电路细节。

图4是图3的理论分析等效电路。

图5是M4漏极不接反馈点时的试验电路。

图6是M3栅极直接接VDD时的试验电路。

图7是电感L_f不同连接方式下对应的仿真结果。

具体实施方式