使用具有任意耦合系數的片上變壓器的毫米波放大器單向化網絡的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種使用具有任意耦合系數的片上變壓器的毫米波放大器單向化網絡，其包括共源極結構放大器（1）、片上螺旋變壓器（2），將所述變壓器（2）的初級線圈（21）和次級線圈（22）分別接在所述共源極結構放大器（1）的柵極和漏極上，引入電壓-電流反饋，通過調節次級線圈的自電感值滿足特定的單向化條件，以諧振抵消掉晶體管的柵-漏寄生電容，從而大幅度改進共源放大器的反向隔離度，解決傳統毫米波共源放大器對變壓器耦合系數要求高、反向隔離度差的缺點。
【專利說明】使用具有任意耦合系數的片上變壓器的毫米波放大器單向化網絡
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種毫米波放大器單向化網絡，具體說是一種采用半導體集成電路工藝制作、使用片上螺旋變壓器以改善毫米波共源放大器反向隔離度的電路網絡結構。
【背景技術】
[0002]晶體管內部的寄生電容，尤其是柵極和漏極之間的寄生的電容，會在管子內部引入寄生的反向信號耦合通路，這種內部的反饋通路常常會給毫米波放大器的設計帶來不利的影響。例如，在設計一個多級共源放大器時，調節每一級放大器的輸出匹配網絡時輸入阻抗會受到影響，需要重新設計輸入匹配網絡；設計好輸入匹配網絡后，晶體管的輸出阻抗又會發生改變，反過來又需要重新設計輸出匹配網絡，從而影響整個放大器的設計。為了解決毫米波放大器隔離度不好的問題，常常需要使用共源共柵結構的放大器，即將一個共源結構的晶體管和一個共柵結構的晶體管疊起來使用。但是相比于共源結構，共源共柵結構需要兩倍的漏極電壓，不利于應用在低電源電壓環境中。此外，共源共柵結構中的共柵結構晶體管常常會引入額外的噪聲，影響整個放大器的噪聲性能。
[0003]另一個提高放大器反向隔離度的方法是通過在晶體管外圍增加額外的電路網絡，諧振或抵消掉管子內部的寄生電容，從而改善反向隔離度。這種方法常常被稱為放大器單向化技術。傳統的單向化技術主要包括在共源放大器上加入額外的片上電感和片上變壓器等。在晶體管柵極和漏極之間接上額外的電感后，可以在電感和晶體管柵-漏電容之間構成并聯諧振回路，抵消寄生電容的影響，提高反向隔離。但是這種方法常常需要使用感值很大的寄生電感，需要占用較大的芯片面積。使用片上變壓器的單向化技術后，相比電感而言版圖的面積可以得到有效減小。傳統的變壓器單向化技術是在晶體管的漏極和源極之間加入變壓器的初、次級線圈，需要使用耦合系數接近I的強耦合變壓器。然而在毫米波頻段，實現耦合系數接近I的強耦合片上變壓器比較困難，因為增大變壓器初、次級線圈耦合的同時常常會在變壓器中引入更多寄生電容，從而降低變壓器的自諧振頻率。
[0004]因此，需要發明一種能夠使用具有任意耦合系數的片上變壓器、同時應用于低電源電壓共源放大器結構中的毫米波放大器單向化電路網絡。
【發明內容】
[0005]發明目的:本發明的目的是設計一種能夠使用具有任意耦合系數的片上變壓器、同時應用于低電源電壓共源放大器結構中的毫米波放大器單向化電路網絡。
[0006]本發明采用如下技術方案:
[0007]—種使用片上變壓器的毫米波放大器單向化網絡，它包括共源極結構放大器、片上螺旋變壓器。將片上螺旋變壓器連接在共源極結構放大器的柵極和漏極之間。其中，變壓器的次級線圈感應電壓，通過變壓器耦合到初級線圈中，再以電流的形式反饋到柵極上，形成電壓-電流負反饋的結構。假設變壓器初、次級
【權利要求】
1.一種使用具有任意耦合系數的片上變壓器的毫米波放大器單向化網絡，其特征在于，所述毫米波放大器單向化網絡包括共源極結構放大器(I)、片上螺旋變壓器(2)，所述片上螺旋變壓器(2)包括初級線圈(21)和次級線圈(22);將片上螺旋變壓器(2)的初級線圈(21)和次級線圈(22)分別連接在共源極結構放大器(I)的柵極和漏極上，所述次級線圈(22)感應漏極電壓，通過所述片上螺旋變壓器(2)耦合到初級線圈(21)中，再以電流的形式反饋到柵極上，形成電壓-電流負反饋的結構，通過調節所述次級線圈(22)的自電感值滿足特定的單向化條件，其中，所述片上螺旋變壓器(2)可以使用任意的耦合系數。
2.根據權利要求1所述的毫米波放大器單向化網絡，其特征在于，所述單
3.根據權利要求1所述的毫米波放大器單向化網絡，其特征在于，如果需要改變所述共源極結構放大器(I)的工作頻段，只需要改變所述片上螺旋變壓器(2)的次級線圈(22)的自電感值或初次級線圈的匝數比。
4.根據權利要求1至3任意一項所述的毫米波放大器單向化網絡，其特征在于，所述共源極結構放大器(I)采用硅基互補金屬氧化物半導體集成電路工藝實現。
【文檔編號】H03F3/60GK103457555SQ201310414938
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月12日 優先權日:2013年9月12日
【發明者】陳繼新, 梁文豐, 洪偉 申請人:東南大學