一種級聯的分布式功率放大器的制造方法
【專利摘要】本發明公開一種級聯的分布式功率放大器，包括第一級放大器和第二級放大器，第一級放大器由兩個分布式放大器DA1和DA2構成，DA1與DA2共用輸入人工傳輸線；第二級放大器由兩個分布式放大器DA3和DA4構成，DA3與DA4共用輸出人工傳輸線；DA1的輸出人工傳輸線與所述DA3的輸入人工傳輸線通過耦合電容相連，DA2的輸出人工傳輸線與所述DA4的輸入人工傳輸線通過耦合電容相連。本發明采用四個分布式功率放大器組成兩組然后級聯的方式提高了分布式放大器的輸出功率。
【專利說明】
一種級聯的分布式功率放大器
技術領域
[0001]本發明涉及集成電路技術領域，特別涉及一種級聯的分布式功率放大器。
【背景技術】
[0002]分布式放大器的工作原理是利用晶體管的寄生電容構成人工傳輸線，從而能夠突破傳統放大器的增益帶寬積的限制，在很寬頻帶內(可達多倍頻乃至十倍頻以上)得到較大的平坦增益，這在射頻與微波電路的寬帶放大器研究領域中具有重要的學術價值。分布式放大器的應用領域包括高速鏈接、寬帶無線收發器、高分辨率雷達和成像系統等等，軍用和民用市場對其需求都很大，譬如Hittite microwave公司的HMC459、HMC464、HMC930和HMC1022等系列芯片就是采用分布式放大器實現的寬帶功率放大器。
[0003]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，這些結構主要都是用于擴展帶寬或提高增益，而在輸出功率方面都顯得不足。
【發明內容】
[0004]為了提高分布式放大器的輸出功率，本發明提供了一種級聯的分布式功率放大器，其具體的技術方案如下:
[0005]—種級聯的分布式功率放大器，包括第一級放大器和第二級放大器，所述第一級放大器由兩個分布式放大器DAl和DA2構成，DAl與DA2共用輸入人工傳輸線;所述第二級放大器由兩個分布式放大器DA3和DA4構成，DA3與DA4共用輸出人工傳輸線;所述DAl的輸出人工傳輸線與所述DA3的輸入人工傳輸線通過耦合電容相連，所述DA2的輸出人工傳輸線與所述DA4的輸入人工傳輸線通過耦合電容相連。
[0006]所述分布式放大器包括若干個增益單元，各增益單元一端連接所述輸入人工傳輸線，另一端連接所述輸出人工傳輸線，在所述輸入人工傳輸線和所述輸出人工傳輸線上，每個所述增益單元前均有片上電感。
[0007]DAl和DA2包含相同數量的增益單元。
[0008]所述DAl和所述DA2在任一對應的所述增益單元各自的所述輸出人工傳輸線上連有一個扼流電感，并施加電源電壓。
[0009]DA3和DA4包含相同數量的增益單元。
[0010]所述DA3和所述DA4在任一對應的所述增益單元各自的所述輸入人工傳輸線上連有偏置電阻，并施加偏置電壓。
[0011]第一級放大器的功能是對輸入信號進行初步的放大，其功能主要是增加整個分布式功率放大器的增益，第二級放大器的主要功能是輸出較大功率的信號，將兩者級聯起來，提高了分布式放大器的輸出功率。另外可以將兩級分布式放大器的增益單元的電路結構以及直流偏置設置為不一樣，因此帶來了更大的設計自由度，為實現電路的增益可調、提升電路的線性度等提供了可能性。
【附圖說明】
[0012]圖1為傳統的分布式放大器電路圖；
[0013]圖2(a)?圖2(c)為常用的三種增益單元的電路結構圖；
[0014]圖3為本發明級聯的分布式功率放大器電路圖。
【具體實施方式】
[0015]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。
[0016]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，Vg為直流偏置電壓，片上電感U1和增益單元的輸入阻抗構成了輸入人工傳輸線，片上電感Ld1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。圖1中的增益單元可以采用圖2(a)?圖2(c)任意一種電路結構，但同一電路中一般采用相同的增益單元電路結構。
[0017]為了提高分布式放大器的輸出功率，增益單元中的晶體管尺寸一般會取得較大，因此增大了增益單元的輸入端和輸出端的電容，而分布式放大器中增益單元的等效輸入電容往往比其等效輸出電容要大很多，因此增益單元的等效輸入電容是限制分布式放大器帶寬的主要因素。
[0018]本發明公開的分布式功率放大器電路結構如圖3所示。與圖1所示的傳統分布式放大器相比，圖3的電路結構由兩級放大器構成，分別是第一級預放大器和第二級功率放大器。第一級預放大器由兩個分布式放大器構成，其中一個分布式放大器記為DAl，它由片上電感Lci1、LDii和增益單元Ii構成(i = l，2，......N)，另一個分布式放大器記為DA2，它由片上電感LGll、LD2l和增益單元2i構成，DAl和DA2的輸入人工傳輸線是共用的，因此共用片上電感Lcu ；而第二級功率放大器也是由兩個分布式放大器構成，其中一個分布式放大器記為DA3，它由片上電感LG2l、LD3l和增益單元3i構成，另一個分布式放大器記為DA4，它由片上電感LC3l、LD3l和增益單元4i構成，這兩個分布式放大器的輸出人工傳輸線是共用的，因此共用片上電感LD3it3DAl的輸出端與DA3的輸入端通過耦合電容進行級聯，而DA2的輸出端與DA4的輸入端通過耦合電容進行級聯，從而實現第一級預放大器和第二級功率放大器的級聯。
[0019]圖3所示的分布式功率放大器的工作原理如下:
[0020]輸入信號進入放大器后，分別通過DAl和DA2進行放大;DAl的輸出信號進入DA3并再次進行放大，而DA2的輸出信號進入DA4并再次進行放大;DA3和DA4的輸出信號經由片上電感LD3 1、增益單元3 i和增益單元4 i的輸出阻抗共同構成的輸出人工傳輸線進行輸出。
[0021]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】
1.一種級聯的分布式功率放大器，包括第一級放大器和第二級放大器，其特征在于:所述第一級放大器由兩個分布式放大器DAl和DA2構成，DAl與DA2共用輸入人工傳輸線;所述第二級放大器由兩個分布式放大器DA3和DA4構成，DA3與DA4共用輸出人工傳輸線;所述DAl的輸出人工傳輸線與所述DA3的輸入人工傳輸線通過耦合電容相連，所述DA2的輸出人工傳輸線與所述DA4的輸入人工傳輸線通過耦合電容相連。2.根據權利要求1所述的級聯的分布式功率放大器，其特征在于:所述分布式放大器包括若干個增益單元，各增益單元一端連接所述輸入人工傳輸線，另一端連接所述輸出人工傳輸線，在所述輸入人工傳輸線和所述輸出人工傳輸線上，每個所述增益單元前均有片上電感。3.根據權利要求1所述的級聯的分布式功率放大器，其特征在于:DA1和DA2包含相同數量的增益單元。4.根據權利要求3所述的級聯的分布式功率放大器，其特征在于:所述DAl和所述DA2在任一對應的所述增益單元各自的所述輸出人工傳輸線上連有一個扼流電感，并施加電源電壓。5.根據權利要求1所述的級聯的分布式功率放大器，其特征在于:DA3和DA4包含相同數量的增益單元。6.根據權利要求1或2或5所述的級聯的分布式功率放大器，其特征在于:所述DA3和所述DA4在任一對應的所述增益單元各自的所述輸入人工傳輸線上連有偏置電阻，并施加偏置電壓。
【文檔編號】H03F3/21GK105978499SQ201610274840
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】張瑛
【申請人】南京郵電大學