一种差分放大器的输入阻抗匹配方法组成比例

本发明专利技术属于射频微波放大器技术领域，具体公开了一种差分放大器的输入阻抗匹配方法，该方法首先构建输入阻抗匹配电路的初始模型，然后对初始模型中的电容、电感及耦合系数进行调整，最后获得最终模型。本发明专利技术采用带源极负反馈电感的差分放大器作为输入级放大器的同时，使用串联电感

【技术实现步骤摘要】
一种差分放大器的输入阻抗匹配方法


[0001]本专利技术属于射频微波放大器
，涉及一种差分放大器的输入阻抗匹配方法。

技术介绍

[0002]传统的带源极负反馈电感的差分放大器通常使用单谐振点输入阻抗匹配，单谐振点输入阻抗匹配方法的缺点在于带宽较窄，不适用于宽带应用场景。
[0003]基于硅基集成电路工艺制造的放大器成本低廉，适合大规模生产，硅基差分放大器常用的宽带匹配方法是采用基于变压器的电感电容双谐振腔，例如C.
‑
H.Li,C.
‑
N.Kuo and M.
‑
C.Kuo于2012年11月在《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》发表的名称为"A 1.2
‑
V 5.2
‑
mW 20
–
30
‑
GHz Wideband Receiver Front
‑
End in 0.18
‑
μm CMOS,"的论文，公开了一种以硅基集成电路工艺为基础来实现磁耦合谐振腔的设计流程，并将其公开的设计流程应用到了一个低功耗宽带接收机前端的设计中，这种方法采用并联电容
‑
电阻模型对差分放大器的输入阻抗进行建模，然而采用并联电容
‑
电阻模型不能在较宽的频率范围内对带源极负反馈电感的差分放大器的输入阻抗进行准确的建模，从而不利于进行宽带的输入阻抗匹配。
专利技术内容
[0004]本专利技术的目的，是要提供一种差分放大器的输入阻抗匹配方法，该方法对带源极负反馈电感的输入级差分放大器的输入阻抗进行精确建模，并在此基础上进行宽带输入阻抗匹配。
[0005]本专利技术为实现上述目的，所采用的技术方案如下：
[0006]一种差分放大器的输入阻抗匹配方法，所述差分放大器为带源极负反馈电感的输入级差分放大器；
[0007]所述差分放大器的输入阻抗匹配方法按照以下步骤顺序进行：
[0008]S1、构建输入阻抗匹配电路的初始模型
[0009]初始模型包括50欧姆源阻抗、信号源、理想巴伦、匹配电路、带源极负反馈电感的输入级差分放大器的等效串联电阻和带源极负反馈电感的输入级差分放大器的等效串联电容；匹配电路由第一电容、第一电感、第二电感组成，第一电感和第二电感之间相互耦合；
[0010]其中，理想巴伦将单端信号转换为差分信号；理想巴伦的单端输入端依次连接信号源、50欧姆源阻抗之后接地，理想巴伦的差分输出端与第一电容和第一电感并联，第一电容和第一电感两端的小信号电压为V1，流入第一电容和第一电感的小信号电流之和为I1；匹配电路输入阻抗＝V1/I1；
[0011]第二电感与等效串联电容、等效串联电阻依次串联，同时将第二电感与等效串联电容、等效串联电阻短接，即第二电感、等效串联电容与等效串联电阻组成的串联电路两端的小信号电压为0；
[0012]S2、根据输入阻抗匹配所需实现的频段以及等效串联电容，确定第一电感和第二电感之间的初始耦合系数、第一电感和第二电感的初始电感值；
[0013]S3、根据匹配电路输入阻抗在低谐振峰的实部与在高谐振峰的实部之和，及其与源阻抗50欧姆之间的比值，调整第一电容的电容值、第一电感的电感值；
[0014]S4、根据初始耦合系数调整第一电感和第二电感的电感值，使得匹配电路输入阻抗在低谐振峰和高谐振峰相等；
[0015]S5、将带源极负反馈电感的输入级差分放大器的等效串联电感从第二电感中拆分出来，被拆分之后的第二电感变为匹配电感,同时将初始耦合系数调整为修正后的耦合系数,获得输入阻抗匹配电路的最终模型，至此完成差分放大器的输入阻抗匹配；
[0016]其中，最终模型中第一电感、匹配电感、修正后的耦合系数、等效串联电感与步骤S4中调整后的第一电感、第二电感、初始耦合系数等效。
[0017]作为限定，初始耦合系数表示为其中，f1表示低谐振峰频率，f2表示高谐振峰频率；步骤S2中所述频段为f1至f2，且f1<f2；
[0018]初始电感值表示为Ceq表示等效串联电容的容值。
[0019]作为进一步限定，所述步骤S3中，匹配电路输入阻抗在低谐振峰的实部为匹配电路输入阻抗在高谐振峰的实部为R
eq
表示等效串联电阻的阻值；
[0020]所述步骤S3中，调整后第一电容的电容值为C1＝U
×
C
eq
，调整后第一电感的电感值为其中U为第一调整因子，表示为
[0021][0022]作为更进一步限定，所述步骤S4中，调整后第一电感的电感值为调整后第二电感的电感值为L2＝L
initial
*V；其中V为第二调整因子，表示为
[0023][0024]作为再进一步限定，所述步骤S5中，匹配电感的电感值为L
′2＝L
initial
*V
‑
L
eq
；修正后的耦合系数为L
eq
表示等效串联电感的电感值。
[0025]本专利技术由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
[0026](1)本专利技术能够实现在较宽频率范围内对带源极负反馈电感的差分放大器的输入阻抗进行准确的建模，并在此基础上进行宽带输入阻抗匹配，其使用源极负反馈电感降低输入级差分放大器的输入阻抗的品质因数，从而有利于进行宽带的输入阻抗匹配；
[0027](2)本专利技术使用串联电感
‑
电容
‑
电阻模型对带源极负反馈电感的差分放大器的输
入阻抗进行建模，并在此基础上进行具有双谐振峰的输入阻抗匹配，能够实现宽带的输入阻抗匹配。
[0028]本专利技术属于射频微波放大器
，能够进行宽带的输入阻抗匹配。
附图说明
[0029]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0030]在附图中：
[0031]图1为本专利技术实施例中带源极负反馈电感的输入级差分放大器的电路原理图；
[0032]图2为本专利技术实施例的步骤S1至S2的原理图；
[0033]图3为本专利技术实施例的步骤S3的原理图；
[0034]图4为本专利技术实施例的步骤S4的原理图；
[0035]图5为本专利技术实施例的步骤S5的原理图；
[0036]图6为本专利技术实施例中带源极负反馈电感的输入级差分放大器及其等效模型的输入阻抗实部real(Zin)随频率的变化曲线图；
[0037]图7为本专利技术实施例中带源极负反馈电感的输入级差分放大器及其等效模型的输入阻抗虚部imag(Zin)随频率的变化曲线图；
[0038]图8为本专利技术实施例中使用三种不同输入阻抗匹配方法时带源极负反馈电感的输入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种差分放大器的输入阻抗匹配方法，其特征在于，所述差分放大器为带源极负反馈电感的输入级差分放大器；所述差分放大器的输入阻抗匹配方法按照以下步骤顺序进行：S1、构建输入阻抗匹配电路的初始模型初始模型包括50欧姆源阻抗、信号源、理想巴伦、匹配电路、带源极负反馈电感的输入级差分放大器的等效串联电阻和带源极负反馈电感的输入级差分放大器的等效串联电容；匹配电路由第一电容、第一电感、第二电感组成，第一电感和第二电感之间相互耦合；其中，理想巴伦将单端信号转换为差分信号；理想巴伦的单端输入端依次连接信号源、50欧姆源阻抗之后接地，理想巴伦的差分输出端与第一电容和第一电感并联，第一电容和第一电感两端的小信号电压为V1，流入第一电容和第一电感的小信号电流之和为I1；匹配电路输入阻抗＝V1/I1；第二电感与等效串联电容、等效串联电阻依次串联，同时将第二电感与等效串联电容、等效串联电阻短接，即第二电感、等效串联电容与等效串联电阻组成的串联电路两端的小信号电压为0；S2、根据输入阻抗匹配所需实现的频段以及等效串联电容，确定第一电感和第二电感之间的初始耦合系数、第一电感和第二电感的初始电感值；S3、根据匹配电路输入阻抗在低谐振峰的实部与在高谐振峰的实部之和，及其与源阻抗50欧姆之间的比值，调整第一电容的电容值、第一电感的电感值；S4、根据初始耦合系数调整第一电感和第二电感的电感值，使得匹配电路输入阻抗在低谐振峰和高谐振峰相等；S5、将带源极负反馈电感的输入级差分放大器的等效串联电感从第二电感中拆分出来，被拆分之后的第二电感变为匹配电感,同时将初始耦合系数调整为修正后的耦合系数,获得输入阻抗匹...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕子豪，甄建宇，徐军，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：