一种宽带输入匹配放大电路

技术领域

本发明属于放大器技术领域，具体涉及一种有源反馈式的宽带输入匹配放大电路。

背景技术

近年来，无线通信技术因其不受空间和时间限制的便利性而被广泛应用于全球定位系统、物联网、智能家居、娱乐等多个行业。射频接收系统是无线通信集成芯片的关键组成部分，低噪声放大器是接收器的第一个有源模块。为了适应单个设备中的不同应用，需要在单个芯片上实现支持多种标准的宽带射频接收器，故设计出满足宽带应用的放大电路显得非常必要。

在常用的宽带放大电路解决方案中，为实现宽带输入匹配和增益，通常采用多个片上电感和电容构成的无源网络拓展带宽，然而过多的电感器不仅占用了大量面积，且多个电感器的使用带来了大量的损耗，并且增加了电路实现的复杂度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中多个电感器占用大量面积和设计复杂度高的问题，提出一种宽带输入匹配放大电路，能够以较小的面积实现宽带匹配和宽带增益。

为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种宽带输入匹配放大电路，包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一偏置电路、第二偏置电路、第三偏置电路、信号输入端、信号输出端；

第一MOS管的栅极与第一电容的一端、第一电阻的一端相连，第一MOS管的源极接地，第一MOS管的漏级与第二MOS管的漏极及第四电容的一端相连并作为信号输出端，第二MOS管的栅极与第二电阻的一端相连，第二MOS管的源极接电源，第三MOS管的栅极与第三偏置电路相连，第三MOS管的源极接地，第三MOS管的漏级与第四MOS管的源极及第三电阻的一端相连，第四MOS管的栅极与第四电容的另一端及第四电阻的一端相连，第四MOS管的漏极接电源；

第一电阻的另一端与第一偏置电路相连，第二电阻的另一端与第二偏置电路相连，第三电阻的另一端与第三电容的一端相连，第三电容的另一端与第一电容的另一端、第二电容的一端相连并作为信号输入端，第四电阻的另一端与电源相连，第二电容的另一端与第二电阻的一端相连。

优选地，第一偏置电路包括第五MOS管和第五电阻，第五MOS管的源极接地，第五MOS管的栅极与第五MOS管的漏极和第五电阻的一端相连，并作为第一偏置电路的电压端VB，第五电阻的另一端连接电源。

优选地，第二偏置电路包括第六MOS管和第六电阻，第六MOS管的源极接电源，第六MOS管的栅极与第六MOS管的漏极和第六电阻的一端相连，并作为第二偏置电路的电压端VB，第六电阻的另一端接地。

优选地，第三偏置电路包括第七MOS管和第七电阻，第七MOS管的源极接地，第七MOS管的栅极与第七MOS管的漏极和第七电阻的一端相连，并作为第三偏置电路的电压端VB，第七电阻的另一端连接电源。

优选地，第一MOS管、第二MOS管、第一电容、第二电容构成电流复用电路。

优选地，第四MOS管、第三电容、第四电容、第三电阻构成有源负反馈网络。

优选地，第一偏置电路和第二偏置电路为电流复用电路提供偏置电压，第三MOS管为有源负反馈网络提供偏置电流，第三偏置电路为第三MOS管提供偏置电压。

优选地，第三电容、第三电阻构成RC反馈回路。

本发明上述方面的宽带输入匹配放大电路能够以较小的面积实现宽带匹配和宽带增益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明一种实施方式的宽带输入匹配放大电路的电路原理图；

图2为本发明一种实施方式的第一偏置电路的电路原理图；

图3为本发明一种实施方式的第二偏置电路的电路原理图；

图4为本发明一种实施方式的第三偏置电路的电路原理图；

图5为本发明一种实施方式的宽带输入匹配放大电路的匹配性能仿真图；

图6为本发明一种实施方式的宽带输入匹配放大电路的增益性能仿真图；

图7为本发明的版图实现和传统宽带电路的版图实现的对比示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施方式提供一种宽带输入匹配放大电路。如图1所示，本发明实施方式的宽带输入匹配放大电路包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一偏置电路、第二偏置电路、第三偏置电路。

其中，第一MOS管M1的栅极与第一电容C1的一端、第一电阻R1的一端相连，第一MOS管M1的源极接地，第一MOS管M1的漏级与第二MOS管M2的漏极及第四电容C4的一端相连并作为放大电路的信号输出端OUT；第二MOS管M2的栅极与第二电阻R2的一端相连，第二MOS管M2的源极接电源VDD；第三MOS管M3的栅极与第三偏置电路相连，第三MOS管M3的源极接地，第三MOS管M3的漏级与第四MOS管M4的源极及第三电阻R3的一端相连；第四MOS管M4的栅极与第四电容C4的另一端及第四电阻R4的一端相连，第四MOS管M4的漏极接电源VDD。

另外，第一电阻R1的另一端与第一偏置电路相连，第二电阻R2的另一端与第二偏置电路相连，第三电阻R3的另一端与第三电容C3的一端相连，第三电容C3的另一端与第一电容C1的另一端、第二电容C2的一端相连并作为放大电路的信号输入端IN，第四电阻R4的另一端与电源VDD相连，第二电容C2的另一端与第二电阻R2的一端相连。

如图2所示，第一偏置电路包括第五MOS管M5和第五电阻R5，第五MOS管M5的源极接地，第五MOS管M5的栅极与第五MOS管M5的漏极和第五电阻R5的一端相连，并作为第一偏置电路的电压端VB1，第五电阻R5的另一端连接电源VDD。

如图3所示，第二偏置电路包括第六MOS管M6和第六电阻R6，第六MOS管M6的源极接电源VDD，第六MOS管M6的栅极与第六MOS管M6的漏极和第六电阻R6的一端相连，并作为第二偏置电路的电压端VB2，第六电阻R6的另一端接地。

如图4所示，第三偏置电路包括第七MOS管M7和第七电阻R7，第七MOS管M7的源极接地，第七MOS管M7的栅极与第七MOS管M7的漏极和第七电阻R7的一端相连，并作为第三偏置电路的电压端VB3，第七电阻R7的另一端连接电源VDD。

本发明实施方式的宽带输入匹配放大电路的工作原理如下：射频输入信号由信号输入端IN输入至放大电路，通过第一MOS管M1、第二MOS管M2、第一电容C1、第二电容C2共同构成的电流复用电路，实现了信号的第一次放大；该信号再经过由第四MOS管M4、第三电容C3、第四电容C4、第三电阻R3构成的有源负反馈网络，反馈至信号输入端IN，然后通过上述的电流复用电路进行第二次放大；该过程重复多次后，当放大后的信号幅度与反馈得到的信号幅度趋于一致时，整个放大电路达到稳定状态，并确定最终的输出信号从信号输出端OUT输出。其中，第一偏置电路和第二偏置电路为电流复用电路提供偏置电压，第三MOS管M3为有源负反馈网络提供偏置电流，第三偏置电路为第三MOS管M3提供偏置电压。

所述电流复用电路在相同的电流下实现更高的等效跨导，加强了电压增益并减小了等效输入噪声。所述有源负反馈网络降低了放大电路的等效输入阻抗，使其更接近50欧姆源阻抗，便于阻抗匹配，其中，第四电容C4隔离了信号输出端OUT与第四MOS管M4栅极的直流电压，可灵活调节第四MOS管M4直流参数以改变反馈系数，便于阻抗匹配。第三电容C3、第三电阻R3构成RC反馈回路，第三电阻电阻R3用于保证电路的稳定性，第三电容C3用于抵消输入阻抗中的部分容性成分，起到拓展匹配带宽的作用。

如图5所示，本发明实施方式的宽带输入匹配放大电路的匹配性能仿真曲线，在信号频率(Frequency)500MHz～8GHz的范围内，匹配参量(S-Parameter)均为-17dB以下，其输入匹配具有宽带特性。

如图6所示，本发明实施方式的宽带输入匹配放大电路的增益性能仿真曲线，在信号频率(Frequency)500MHz～8GHz的范围内，增益(Gain)为12.75dB至14.5dB，带宽内增益平坦度达到±1dB以内，增益特性较为平坦。

如图7所示，其中(a)为本发明实施方式的宽带输入匹配放大电路的版图实现，版图面积为200um×150um，(b)为传统宽带电路的版图实现，版图面积为600um×250um，本发明的版图拥有更小的面积。

本发明实施方式的宽带输入匹配放大电路具有如下有益效果：电路的结构简洁，整体尺寸小，设计复杂度较低；有源反馈回路降低了放大电路的等效输入阻抗，便于阻抗匹配；RC反馈回路既保证了电路的稳定性，同时起到拓展匹配带宽的作用。最终，电路获得了宽带匹配和增益效果。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。