高线性度可变增益放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种高线性度可变增益放大器，主要解决现有同类放大器线性度较差的问题。其包括：依次连接的第一放大电路(1)、电流复用模块(3)、第二放大电路(2)、共源共栅放大电路(5)，该共源共栅放大电路(5)的中间节点连接有电流控制模块(6)，用于通过控制流过共源共栅放大电路(5)的电流，控制整个放大器的增益，该第一放大电路(1)的另一输入端连接有线性度提高模块(4)，用于同时抵消主放大电路的二阶非线性项和三阶非线性项，提高放大器的线性度。本发明专利技术能在保证电路高增益和低附加相移的前提下，有效的提高可变增益放大器的线性度，且电路设计简单、成本低，可用于无线通信射频前端芯片中。频前端芯片中。频前端芯片中。

【技术实现步骤摘要】
高线性度可变增益放大器


[0001]本专利技术属于射频集成电路
，特别涉及一种可变增益放大器，可用于无线通信射频前端芯片中。

技术介绍

[0002]可变增益放大器VGA作为射频收发机关键模块，其功能在于实现对接收和发射信号的幅度、功率进行调整，补偿相控阵不同通道之间的增益和减少相控阵收发机系统中的旁瓣电平；作为增益控制单元，可变增益放大器需要有足够的增益动态范围以补偿任一扫描支路的增益变化，且在调节增益时不应引入额外的相移，否则将会恶化相控阵系统的扫描精度；可变增益放大器在射频接收机链的后端，其线性度对整个接收机的线性度有决定性影响，所以设计高线性度可变增益放大器是十分必要的。
[0003]现有技术中，可变增益放大器分为开环和闭环两种方式：赵毅强在其申请的专利文献“一种高线性度可变增益放大器”(申请号201610524511.2，公开号CN1066684A，公开日2016.07.05)中公开了一种闭环可变增益放大器，该可变增益放大器由闭环负反馈结构和产生增益控制电压的指数增益控制电路组成，其线性度的提高通过指数增益控制电路实现。马顺利在其申请的专利文献“一种高线性度的宽带可变增益放大器”(申请号202010576617.3，公开号CN111740709A，公开日2020.10.02)中公开了一种闭环可变增益放大器，该可变增益放大器包括固定增益放大器和可变增益放大器，其通过控制固定增益放大器的导通与否来提升线性度。以上专利虽能通过闭环可变增益放大器固有的结构来提升线性度，但是却无法将线性度优化到最好。r/>[0004]Mohammad Reza Nikbakhsh在其发表的论文“Two
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stage current
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reused variable
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gain lownoise amplifier for X
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band receivers in 65nm complementary metal oxide semiconductor technology”(doi:10.1049/iet
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cds.2017.0538)中公开了一种开环可变增益放大器，如图1所示，该可变增益放大器的线性度提高模块由一个工作在亚阈值区的NMOS管构成，该NMOS管并联在主放大管的两端，利用三阶非线性项在不同偏置下相位相反的特点，可以有效的抵消跨导的三阶非线性从而提升线性度，但是NMOS管的二阶交调非线性在两种偏置状态下相位相同，它的累加会限制电路的线性度提升，当电路工作在毫米波频段时这种影响更加严重，甚至会使得三阶非线性导致的线性度提升效果消失。
[0005]周稳在其发表的论文“基于BiCMOS工艺超宽带可变增益放大器的研究与设计”(西安电子科技大学，电子科学与技术专业硕士论文，2015年，11月)中公开了一种开环可变增益放大器，该可变增益放大器采用共基极作为输入电路的差分电流舵结构，引入发射极负反馈电阻电容来提升线性度和展宽带宽，但是负反馈电阻电容的引入会大大降低增益。此外，该可变增益放大器的附加相移恶化现象十分严重。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述现有技术不足，提出一种高线性度可变增益放大器，在保证电路高增益和低附加相移的同时提高可变增益放大器的线性度。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术技术方案如下：
[0008]一种高线性度可变增益放大器，包括依次连接的第一放大电路、电流复用模块、第二放大电路、共源共栅放大电路和分别与共源共栅放大电路中间节点连接的电流控制模块及与第一放大电路另一输入端连接的线性度提高模块，特征在于：
[0009]所述线性度提高模块，用于同时抵消第一放大电路的二阶非线性项和三阶非线性项，避免晶体管的高阶非线性对电路线性度IIP3提升的限制，其包括第一PMOS管P1、第二电阻R2和第三电容C3；该第一PMOS管P1的栅极通过第二电阻R2连接到偏置电压VB2，通过第三电容C3并联连接到第一放大电路的两端；
[0010]所述共源共栅放大电路，用于对第二放大电路的输出信号进一步放大，其包括第三NMOS管N3、第四NMOS管N4、第六电容C6、第四电阻R4、第五电阻R5、第五电感L5、第六电感L6和第七电感L7；该第三NMOS管N3，其栅极通过第四电阻R4连接到偏置电压VB4并通过第五电感L5连接到第二放大电路，其源极通过第六电感L6连接到地GND，其漏极与第四NMOS管N4的源极和电流控制模块相连；该第四NMOS管N4，其栅极直接连接到电源VDD，其漏极通过第六电容C6耦合到输出RFout并通过并联的第七电感L7和第五电阻R5连接到电源VDD，其源极连接到第三NMOS管N3的漏极和电流控制模块；
[0011]所述电流控制模块，用于接收控制信号N
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bits，并根据控制信号N
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bits输出电流至共源共栅放大电路，控制整个放大电路的增益，其包括八个NMOS管N5、N6、N7、N8、N9、N10、N11、N12；该第五到第八NMOS管N5、N6、N7、N8的漏极相接并连接到第四NMOS管N4的漏极，源极相接并连接到第四NMOS管N4的源极，栅极分别连接到外部四路反相控制信号该第九到第十二NMOS管N9、N10、N11、N12的漏极相接并连接到电源VDD，源极相接并连接到第四NMOS管N4的源极，栅极分别连接到外部四路控制信号D1、D2、D3、D4。
[0012]进一步，所述第一放大电路，用于对输入信号RFin进行初步放大，其包括第一NMOS管N1、第二电容C2、第一电感L1、第二电感L2和第一电阻R1；输入信号RFin通过第二电容C2和第一电感L1与第一NMOS管的栅极相连；该第一NMOS管N1，其栅极通过第一电阻R1连接到偏置电压VB1，其源极通过第二电感L2连接到地GND，其漏极与线性度提高模块中的第一PMOS管P1的漏极和电流复用模块的一端相连。
[0013]进一步，所述第二放大电路，用于对第一放大电路放大后的信号进行第二次放大，其包括第二NMOS管N2、第一电容C1、第三电阻R3和第四电感L4；该第二NMOS管N2，其栅极通过第三电阻R3与电源VDD相连，其源极与电流复用模块的另一端相连，其漏极通过第四电感L4与电源VDD相连并且通过第一电容C1耦接到共源共栅放大电路的第五电感L5。
[0014]进一步，所述电流复用模块，用于将第二放大电路自偏置，在不增加功耗的前提下提高增益，其包括第三电感L3、第四电容C4和第五电容C5；该第四电容C4的一端连接到第二放大电路中第二NMOS管N2的栅极，另一端连接到第一放大电路中第一NMOS管N1的漏极；该第三电感L3的一端连接到第二放大电路中第二NMOS管N2的源极并通过第五电容C5耦合到地GND，另一端连接到第一放大电路中第一NMOS管N1的漏极。
[0015]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0016]第一，本专利技术由于在第一放大电路的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高线性度可变增益放大器，包括依次连接的第一放大电路(1)、电流复用模块(3)、第二放大电路(2)、共源共栅放大电路(5)和分别与共源共栅放大电路(5)中间节点连接的电流控制模块(6)及与第一放大电路(1)另一输入端连接的线性度提高模块(4)，特征在于：所述线性度提高模块(4)，用于同时抵消第一放大电路(1)的二阶非线性项和三阶非线性项，避免晶体管的高阶非线性对电路线性度IIP3提升的限制，其包括第一PMOS管P1、第二电阻R2和第三电容C3；该第一PMOS管P1的栅极通过第二电阻R2连接到偏置电压VB2，通过第三电容C3并联连接到第一放大电路(1)的两端；所述共源共栅放大电路(5)，用于对第二放大电路(2)的输出信号进一步放大，其包括第三NMOS管N3、第四NMOS管N4、第六电容C6、第四电阻R4、第五电阻R5、第五电感L5、第六电感L6和第七电感L7；该第三NMOS管N3，其栅极通过第四电阻R4连接到偏置电压VB4并通过第五电感L5连接到第二放大电路(2)，其源极通过第六电感L6连接到地，其漏极与第四NMOS管N4的源极和电流控制模块(6)相连；该第四NMOS管N4，其栅极直接连接到电源VDD，其漏极通过第六电容C6耦合到输出RFout并通过并联的第七电感L7和第五电阻R5连接到电源VDD，其源极连接到第三NMOS管N3的漏极和电流控制模块(6)；所述电流控制模块(6)，用于接收控制信号N
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bits，并根据控制信号N
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bits输出电流至共源共栅放大电路(5)，控制整个放大电路的增益，其包括八个NMOS管N5、N6、N7、N8、N9、N10、N11、N12；该第五到第八NMOS管N5、N6、N7、N8的漏极相接并连接到第四NMOS管N4的漏极，源极相接并连接到第四NMOS管N4的源极，栅极分别连接到外部四路反相控制信号该第九到第十二NMOS管N9、N10、N11、N12的漏极相接并连接到电源VDD，源极相接并连接到第四NMOS管N4的源极，栅极分别连接到外部四路控制信号D1、D2、D3、D4。2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于：所述第一放大电路(1)，用于对输入信号RFin进行初步放大，其包括第一NMOS管N1、第二电容C2、第一电感L1、第二电感L2和第一电阻R1；输入信号RFin通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振荣，杨艳梅，乔佳，余立艳，
申请(专利权)人：西安电子科技大学重庆集成电路创新研究院，
类型：发明
国别省市：