一種改善線性度的分布式放大器電路的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于集成電路技術領域，特別涉及一種改善線性度的分布式放大器電路。【背景技術】
[0002] 無線通信技術的飛速發展對通信系統的數據傳輸率和帶寬提出了更高要求。通常 采用的寬帶放大器設計技術包括負反饋、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構上的特性，能夠突 破放大器增益帶寬積的限制，實現更寬頻帶的信號放大，在包括微波功率放大器在內的超 寬帶MMIC(MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit，單片微波集成電路）領域里得到 了廣泛的應用。目前的分布式放大器已出現各種類型的結構，包括非均勻結構、分布-級聯 結構等等，但它們都是采用低通結構的人工傳輸線形式，此時所有增益單元都必須工作在 同一種偏置狀態下，因此設計自由度較低，無法通過設置不同的工作點來改善分布式放大 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 構。傳統的分布式放大器由于各級增益單元采用直接耦合方式，因此各個增益單元必須工 作在同樣的直流偏置條件下。
【發明內容】
[0004] 鑒于現有技術中的上述不足，本發明提出一種改善線性度的分布式放大器電路， 其技術方案是：
[0005] -種改善線性度的分布式放大器電路，包括若干個增益單元和連接在每個所述增 益單元輸入端的輸入片上電感、連接在每個所述增益單元輸出端的輸出片上電感，在至少 一個所述輸入片上電感之前或之后設有級間匹配電容，每個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] 優選的，在每個所述輸入片上電感之前設有級間匹配電容。
[0007] 在第一個所述輸出片上電感之前和最后一個輸出片上電感分別串聯有一個親合 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NM0S管和一個電感組成，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] 本發明通過采用不同電路結構的增益單元，以及施加不同的偏置電壓能夠改變各 個增益單元的靜態工作點，從而可以改善它們的線性度，級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，從而可以對各個增益單元的輸入端施加不同的偏置電壓，從 而增加了設計與調試的自由度。
【附圖說明】
[0012] 圖1為傳統的分布式放大器電路結構圖；
[0013] 圖2為本發明實施例分布式放大器電路結構圖；
[0014] 圖3為圖2中增益單元的一個實施例結構圖；
[0015] 圖4為圖2中增益單元的另一個實施例結構圖；
[0016] 圖5為圖2中增益單元的又一個實施例結構圖；
[0017] 圖6為圖3實施例的輸出電流、跨導增益及各階導數與輸入電壓的關系；
[0018] 圖7為圖4和圖5實施例的輸出電流、跨導增益及各階導數與輸入電壓的關系。
【具體實施方式】
[0019] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0020] 本發明分布式放大器電路結構如圖2所示，與圖1所示的傳統分布式放大器相比， 存在以下二處改進：
[0021] (1)在至少一個輸入片上電感之前或之后設有級間匹配電容，與k共同構成帶通 匹配網絡，圖2中在每個輸入片上電感k前連有電容C&，實際上(^也可放在L&之后；C& 的數量為[1，N];
[0022] (2)在設有級間匹配電容的增益單元的輸入端采用了獨立的偏置結構I，以此可 以對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構，但同一電路中一般 均采用相同的電路結構。
[0024] 本發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系式
[0026] i=gmv,"+g'ji+g';乂
[0027] 其中gni表示增益單元的跨導增益，g' "為i^關于vιη的二階導數，g" "為i^關 于vin的三階導數。
[0028] 根據射頻電路理論，g" "對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。不同結構的增益單元的跨導特性和輸入偏置電壓之間的關系 如圖6和圖7所示。
[0029] 如圖3所示，增益單元的一種結構為一NM0S管，其柵極為輸入端，漏極為輸出端， 采用這種結構的分布式放大器電路輸出電流、跨導增益及各階導數與輸入電壓的關系如圖 6所示。由圖6(b)可以看出增益單元呈現出嚴重的非線性，即跨導增益gni不是恒定的值， 而是隨著輸入偏置電壓νιη的變化而變化，因此當放大器的輸入信號幅度增大時，輸出信號 將出現非線性失真。
[0030] 如圖4所示，增益單元的另一種結構為：增益單元由兩個連接的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構為：增益單元由兩個NM0S管和一個電感組成， 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 構的分布式放大器電路輸出電流、跨導增益及各階導數與輸入電壓的關系如圖7所示。由 圖7(a) (b)同樣可以看出增益單元呈現出嚴重的非線性，即跨導增益gni不是恒定的值，而 是隨著輸入偏置電壓νιη的變化而變化，因此當放大器的輸入信號幅度增大時，輸出信號將 出現非線性失真。
[0032] 根據分布式放大器的工作原理，其前向跨導增益為各個增益單元跨導增益的疊 加，因此由圖6(d)和圖7(d)可以看出，當各增益單元采用相同（或不同）的電路結構并處 于不同的輸入偏置電壓時，g" "可以取正值也可以取負值，因此只需要通過調節各個增益 單元的偏置電壓就可以使得分布式放大器的總的跨導增益的二階偏導趨近于零，從而獲得 良好的線性度。
[0033] 本發明方案所公開的技術手段不僅限于上述實施方式所公開的技術手段，還包括 由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。
【主權項】
1. 一種改善線性度的分布式放大器電路，包括若干個增益單元和連接在每個所述增益 單元輸入端的輸入片上電感、連接在每個所述增益單元輸出端的輸出片上電感，其特征在 于：在至少一個所述輸入片上電感之前或之后設有級間匹配電容，每個所述增益單元的輸 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. 根據權利要求1所述的分布式放大器電路，其特征在于：在每個所述輸入片上電感 之前設有級間匹配電容。3. 根據權利要求1所述的分布式放大器電路，其特征在于：在第一個所述輸出片上電 感之前和最后一個輸出片上電感分別串聯有一個耦合電容。4. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求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NMOS 管和一個電感組成，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，包括若干個增益單元和連接在每個增益單元輸入端的輸入片上電感、連接在每個增益單元輸出端的輸出片上電感，在至少一個所述輸入片上電感之前或之后設有級間匹配電容，每個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。本發明通過采用不同電路結構的增益單元，以及施加不同的偏置電壓能夠改變各個增益單元的靜態工作點，從而可以改善它們的線性度，級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，從而可以對各個增益單元的輸入端施加不同的偏置電壓，從而增加了設計與調試的自由度。
【IPC分類】H03F1/32, H03G3/20
【公開號】CN105305979
【申請號】CN201510737532
【發明人】張瑛
【申請人】南京郵電大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月3日