一种改善线性度的分布式放大器电路的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种改善线性度的分布式放大器电路。【背景技术】
[0002] 无线通信技术的飞速发展对通信系统的数据传输率和带宽提出了更高要求。通常 采用的宽带放大器设计技术包括负反馈、平衡放大器、电阻匹配以及有源匹配等等，然而这 些技术均无法有效提升放大器的增益带宽积。分布式放大器由于其结构上的特性，能够突 破放大器增益带宽积的限制，实现更宽频带的信号放大，在包括微波功率放大器在内的超 宽带MMIC(MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit，单片微波集成电路）领域里得到 了广泛的应用。目前的分布式放大器已出现各种类型的结构，包括非均匀结构、分布-级联 结构等等，但它们都是采用低通结构的人工传输线形式，此时所有增益单元都必须工作在 同一种偏置状态下，因此设计自由度较低，无法通过设置不同的工作点来改善分布式放大 器的线性度等性能。
[0003] 分布式放大器的基本原理是将晶体管的寄生电容与电感元件构成人工传输线，从 而克服寄生电容造成的增益滚降，其电路原理图如图1所示，其中VDD为电源电压，为直 流偏置电压，片上电感k和增益单元的输入阻抗构成了输入人工传输线，片上电感LDl和增 益单元的输出阻抗构成了输出人工传输线，显然输入/输出人工传输线均为低通滤波器结 构。传统的分布式放大器由于各级增益单元采用直接耦合方式，因此各个增益单元必须工 作在同样的直流偏置条件下。
【发明内容】
[0004] 鉴于现有技术中的上述不足，本发明提出一种改善线性度的分布式放大器电路， 其技术方案是：
[0005] -种改善线性度的分布式放大器电路，包括若干个增益单元和连接在每个所述增 益单元输入端的输入片上电感、连接在每个所述增益单元输出端的输出片上电感，在至少 一个所述输入片上电感之前或之后设有级间匹配电容，每个所述增益单元的输入端连有偏 置电阻，从所述偏置电阻的另一端施加偏置电压。
[0006] 优选的，在每个所述输入片上电感之前设有级间匹配电容。
[0007] 在第一个所述输出片上电感之前和最后一个输出片上电感分别串联有一个親合 电容。
[0008] 所述增益单元为一NM0S管，其栅极为输入端，漏极为输出端。
[0009] 所述增益单元由两个连接的NM0S管组成，第一NM0S管的源极与第二NM0S管的漏 极连接，第二NM0S管的栅极为输入端，第一NM0S管的漏极为输出端。
[0010] 所述增益单元由两个NM0S管和一个电感组成，第一NM0S管的源极与所述电感一 端连接，所述电感的另一端连接第二NM0S管的漏极，第二NM0S管的栅极为输入端，第一 NM0S管的漏极为输出端。
[0011] 本发明通过采用不同电路结构的增益单元，以及施加不同的偏置电压能够改变各 个增益单元的静态工作点，从而可以改善它们的线性度，级间匹配电容的引入将各增益单 元输入端的直流偏置隔离开，从而可以对各个增益单元的输入端施加不同的偏置电压，从 而增加了设计与调试的自由度。
【附图说明】
[0012] 图1为传统的分布式放大器电路结构图；
[0013] 图2为本发明实施例分布式放大器电路结构图；
[0014] 图3为图2中增益单元的一个实施例结构图；
[0015] 图4为图2中增益单元的另一个实施例结构图；
[0016] 图5为图2中增益单元的又一个实施例结构图；
[0017] 图6为图3实施例的输出电流、跨导增益及各阶导数与输入电压的关系；
[0018] 图7为图4和图5实施例的输出电流、跨导增益及各阶导数与输入电压的关系。
【具体实施方式】
[0019] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0020] 本发明分布式放大器电路结构如图2所示，与图1所示的传统分布式放大器相比， 存在以下二处改进：
[0021] (1)在至少一个输入片上电感之前或之后设有级间匹配电容，与k共同构成带通 匹配网络，图2中在每个输入片上电感k前连有电容C&，实际上(^也可放在L&之后；C& 的数量为[1，N];
[0022] (2)在设有级间匹配电容的增益单元的输入端采用了独立的偏置结构I，以此可 以对增益单元的输入端施加不同的偏置电压
[0023] (3)增益单元可以采用如图3到图5中所示的任一种电路结构，但同一电路中一般 均采用相同的电路结构。
[0024] 本发明分布式放大器电路的原理如下：
[0025] 增益单元的输出电流L和输入偏置电压vιη之间总是存在如下的关系式
[0026] i=gmv,"+g'ji+g';乂
[0027] 其中gni表示增益单元的跨导增益，g' "为i^关于vιη的二阶导数，g" "为i^关 于vin的三阶导数。
[0028] 根据射频电路理论，g" "对放大器的线性度性能影响最大，gni-定的情况下，g" " 越小则放大器的线性度越好。不同结构的增益单元的跨导特性和输入偏置电压之间的关系 如图6和图7所示。
[0029] 如图3所示，增益单元的一种结构为一NM0S管，其栅极为输入端，漏极为输出端， 采用这种结构的分布式放大器电路输出电流、跨导增益及各阶导数与输入电压的关系如图 6所示。由图6(b)可以看出增益单元呈现出严重的非线性，即跨导增益gni不是恒定的值， 而是随着输入偏置电压νιη的变化而变化，因此当放大器的输入信号幅度增大时，输出信号 将出现非线性失真。
[0030] 如图4所示，增益单元的另一种结构为：增益单元由两个连接的NM0S管组成，第一 NM0S管的源极与第二NM0S管的漏极连接，第二NM0S管的栅极为输入端，第一NM0S管的漏 极为输出端。
[0031] 如图5所示，增益单元的又一种结构为：增益单元由两个NM0S管和一个电感组成， 第一NM0S管的源极与电感一端连接，电感的另一端连接第二NM0S管的漏极，第二NM0S管 的栅极为输入端，第一NM0S管的漏极为输出端，该电感为峰值电感。采用图4和图5两种结 构的分布式放大器电路输出电流、跨导增益及各阶导数与输入电压的关系如图7所示。由 图7(a) (b)同样可以看出增益单元呈现出严重的非线性，即跨导增益gni不是恒定的值，而 是随着输入偏置电压νιη的变化而变化，因此当放大器的输入信号幅度增大时，输出信号将 出现非线性失真。
[0032] 根据分布式放大器的工作原理，其前向跨导增益为各个增益单元跨导增益的叠 加，因此由图6(d)和图7(d)可以看出，当各增益单元采用相同（或不同）的电路结构并处 于不同的输入偏置电压时，g" "可以取正值也可以取负值，因此只需要通过调节各个增益 单元的偏置电压就可以使得分布式放大器的总的跨导增益的二阶偏导趋近于零，从而获得 良好的线性度。
[0033] 本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括 由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
【主权项】
1. 一种改善线性度的分布式放大器电路，包括若干个增益单元和连接在每个所述增益 单元输入端的输入片上电感、连接在每个所述增益单元输出端的输出片上电感，其特征在 于：在至少一个所述输入片上电感之前或之后设有级间匹配电容，每个所述增益单元的输 入端连有偏置电阻，从所述偏置电阻的另一端施加偏置电压。2. 根据权利要求1所述的分布式放大器电路，其特征在于：在每个所述输入片上电感 之前设有级间匹配电容。3. 根据权利要求1所述的分布式放大器电路，其特征在于：在第一个所述输出片上电 感之前和最后一个输出片上电感分别串联有一个耦合电容。4. 根据权利要求1所述的分布式放大器电路，其特征在于：所述增益单元为一NMOS 管，其栅极为输入端，漏极为输出端。5. 根据权利要求1所述的分布式放大器电路，其特征在于：所述增益单元由两个连接 的NMOS管组成，第一NMOS管的源极与第二NMOS管的漏极连接，第二NMOS管的栅极为输入 端，第一NMOS管的漏极为输出端。6. 根据权利要求1所述的分布式放大器电路，其特征在于：所述增益单元由两个NMOS 管和一个电感组成，第一NMOS管的源极与所述电感一端连接，所述电感的另一端连接第二 NMOS管的漏极，第二NMOS管的栅极为输入端，第一NMOS管的漏极为输出端。
【专利摘要】本发明公开了一种改善线性度的分布式放大器电路，包括若干个增益单元和连接在每个增益单元输入端的输入片上电感、连接在每个增益单元输出端的输出片上电感，在至少一个所述输入片上电感之前或之后设有级间匹配电容，每个所述增益单元的输入端连有偏置电阻，从所述偏置电阻的另一端施加偏置电压。本发明通过采用不同电路结构的增益单元，以及施加不同的偏置电压能够改变各个增益单元的静态工作点，从而可以改善它们的线性度，级间匹配电容的引入将各增益单元输入端的直流偏置隔离开，从而可以对各个增益单元的输入端施加不同的偏置电压，从而增加了设计与调试的自由度。
【IPC分类】H03F1/32, H03G3/20
【公开号】CN105305979
【申请号】CN201510737532
【发明人】张瑛
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月3日