一种功率增益提升的交叉电容型共源共栅放大器制造技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，具体提供一种功率增益提升的交叉电容型共源共栅放大器，用以克服在高频工作下、尤其是毫米波/太赫兹波段传统共源共栅放大器增益不足的问题。本发明专利技术在差分共源共栅电路的差分共源管部分引入一对交叉电容，交叉电容等效为跨接在共源极放大器栅极和漏极之间的负电容，该负电容能够有效的补偿共源级放大器寄生电容Cgd，从而降低从Vx到Vin的负反馈信号，提高功率增益；同时，交叉电容能使得放大器更加单向化，让Gma逐渐增大到U，当继续增大交叉电容时，Gma会继续增加直到放大器稳定性因子Kf＝1。综上所述，本发明专利技术通过在差分共源共栅电路的差分共源管部分引入一对交叉电容，能够有效的提高放大器的增益，尤其是最高可用增益Gma。尤其是最高可用增益Gma。尤其是最高可用增益Gma。

【技术实现步骤摘要】
一种功率增益提升的交叉电容型共源共栅放大器


[0001]本专利技术属于无线通信
，涉及无线通讯系统中的放大器，具体提供一种能够实现功率增益提升的交叉电容型共源共栅放大器。

技术介绍

[0002]随着人们对无线通信的不断探索，毫米波、太赫兹波段的应用逐渐进入人们的视角。当频率到达毫米波、太赫兹波段时，放大器的最大可用增益(Gma)会急剧下降；因此，在这个波段，放大器获得高增益变成一件特别困难的事情。而对于放大器中的核心部分：晶体管而言，有两个指标限制了晶体管的放大能力，一个是最高截止频率(ft)，一个是最高振荡频率(fmax)；对于放大器而言，更多关注最高振荡频率(fmax)，其表示当工作频率等于f max时、放大器的功率增益变成1，即当频率超过这个值时、晶体管失去功率放大能力。更进一步的，放大器主要功率增益指标包括最大可用增益Gma及单向功率增益U，其中，最大可用增益Gma表示当稳定性因子Kf大于等于1时、放大器实现输入输出共轭匹配时能达到的最高的功率增益值。单向功率增益U表示当放大器的Y参数中Y12接近0时，也就是放大器单向化最明显的时候的晶体管的功率增益，此时Gma＝U；更进一步的，在文献“A Stu dy of Operating Condition and Design Methods to Achieve the Upper Limit of Power Gain in Amplifiers at Near
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fmax Frequencies”(Z.Wang,P.Heydari,IEEE TCAS
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I,vol.64,no.2,pp.261
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271,2017)中已有探讨，在一个给定的单向功率增益U的情况下，Gma最后能达到的上限值是通常情况下，由于放大器内部存在负反馈回路，导致晶体管的单向化较差，功率增益较低，这时Gma小于U。
[0003]传统共源共栅放大器如图6所示，由于共源共栅结构主要提供增益的是共源级部分，对于共源级部分，从如图7所示的等效小信号分析图来看，由于共源级晶体管M1的寄生电容Cgd1，会提供一个从Vx到Vin的负反馈回路，该负反馈回路会使得共源极部分的增益下降，从而限制了整个共源共栅结构整体的功率增益；另外，该负反馈回路还导致了输入到输出单向化较差，Gma的值远低于单向功率增益U，远不能达到Gmax，因此即使做完输入输出匹配之后，能达到的最大功率增益值也较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对在高频工作下、尤其是毫米波/太赫兹波段传统共源共栅放大器增益不足的问题；提供一种功率增益提升的交叉电容型共源共栅放大器，在差分共源共栅电路的基础上，在差分共源管部分引入一对交叉电容，实现功率增益的大幅提升。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种功率增益提升的交叉电容型共源共栅放大器，由差分共源共栅电路与交叉电容对构成；其特征在于所述差分共源共栅电路由共源级晶体管M1、M2和共栅级晶体管M3、M4构成，所述共源级晶体管M1和M2的源极相连、并接地，输入差分信号Vin+和Vin
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分别输入共源级晶体管M1和M2的栅极，共源级晶体管M1和M2的漏极分别连接到共栅级晶体管M3和M4的
源级，共栅级晶体管M3和M4的栅极均接地，共栅级晶体管M3和M4的漏极分别输出差分信号Vout+和Vout
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；所述共栅级晶体管M3、M4的漏极分别连接电源电压，所述共源级晶体管M1、M2和共栅级晶体管M3、M4的栅极分别连接偏置电压；
[0007]所述交叉电容对由相同的交叉电容Cn1和Cn2构成，交叉电容Cn1的一端连接共源级晶体管M1的栅极、另一端接共源级晶体管M2的漏极，交叉电容Cn2的一端接共源级晶体管M2的栅极、另一端接共源级晶体管M1的漏极。
[0008]进一步的，所述输入差分信号Vin+和Vin
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分别经过隔直电容C1和C2输入共源级晶体管M1和M2的栅极；所述共栅级晶体管M3和M4的漏极分别通过隔直电容C5和C6输出差分信号Vout+和Vout
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；所述共栅级晶体管M3和M4的栅极分别连接电容C3和C4后接地。
[0009]进一步的，所述共源级晶体管M1、M2的栅极分别串联电阻R1和R2后对应连接偏置电压Vbias1和Vbias2，所述共栅级晶体管M3、M4的栅极分别串联电阻R3和R4后对应连接偏置电压Vcg1和Vcg2。
[0010]进一步的，所述电源电压分别通过交流隔断电感L1和L2连接至共栅级晶体管M3和M4的漏极。
[0011]本专利技术的有益效果在于：
[0012]本专利技术提出的交叉电容共源共栅放大器电路结构，在差分共源共栅电路的差分共源管部分引入一对交叉电容，引入交叉电容Cn之后的共源共栅结构的交流小信号模型如图2所示，从图中可以看到，交叉电容结构等效为跨接在共源极放大器栅极和漏极之间的负电容，该负电容能够有效的补偿共源级放大器寄生电容Cgd，从而降低从Vx到Vin的负反馈信号，提高功率增益；同时，交叉电容能使得放大器更加单向化，让Gma逐渐增大到U，当继续增加交叉电容时，正反馈回路占主导地位，这时放大器的稳定性会逐渐降低，但是Gma会继续增加直到放大器稳定性因子Kf＝1。综上所述，本专利技术通过在差分共源共栅电路的共源级部分引入一对交叉电容，能够有效的提高放大器的增益，尤其是最高可用增益Gma。
附图说明
[0013]图1为本专利技术提出的增益提升交叉电容型共源共栅放大器电路结构示意图。
[0014]图2为本专利技术提出的增益提升交叉电容型共源共栅放大器电路小信号等效电路图。
[0015]图3为本专利技术使用增益提升交叉电容型共源共栅放大器电路结构的一个实施例的结构示意图。
[0016]图4为本专利技术使用增益提升交叉电容型共源共栅放大器电路结构的一个实施例后在增益平面中对增益状态点的影响。
[0017]图5为本专利技术使用增益提升交叉电容型共源共栅放大器电路结构的一个实施例后增益及稳定性因子随着加入的交叉电容的变化情况。
[0018]图6为现有共源共栅放大器电路结构示意图。
[0019]图7为现有共源共栅放大器电路小信号等效电路图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明，在下文所述的特定实施例
代表本专利技术的示例性实施例，并且本质上仅为示例说明而非限制。
[0021]本专利技术提供一种使用增益提升的交叉电容型共源共栅放大器，其基本结构如图1所示，由差分共源共栅电路与交叉电容对构成。
[0022]本实施例提供一种使用增益提升的交叉电容型共源共栅放大器电路结构，其结构示意图如图3所示；晶体管M1和M2源极相连、并接地，输入差分信号Vin+和Vin
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分别经由隔直电容C1和C2到达共源级晶体管M1和M2的栅极，偏置电压Vbias1和Vbias2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率增益提升的交叉电容型共源共栅放大器，由差分共源共栅电路与交叉电容对构成；其特征在于：所述差分共源共栅电路由共源级晶体管M1、M2和共栅级晶体管M3、M4构成，所述共源级晶体管M1和M2的源极相连、并接地，输入差分信号Vin+和Vin
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分别输入共源级晶体管M1和M2的栅极，共源级晶体管M1和M2的漏极分别连接到共栅级晶体管M3和M4的源级，共栅级晶体管M3和M4的栅极均接地，共栅级晶体管M3和M4的漏极分别输出差分信号Vout+和Vout
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；所述共栅级晶体管M3、M4的漏极分别连接电源电压，所述共源级晶体管M1、M2和共栅级晶体管M3、M4的栅极分别连接偏置电压；所述交叉电容对由相同的交叉电容Cn1和Cn2构成，交叉电容Cn1的一端连接共源级晶体管M1的栅极、另一端接共源级晶体管M2的漏极，交叉电容Cn2的一端接共源级晶体管M2的栅极、另一端接共源...

【专利技术属性】
技术研发人员：王政，何飞，谢倩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：