一种基于寄生反馈消除技术的高增益放大电路的制作方法

本发明涉及微电子学技术领域，更具体的说，它涉及一种基于寄生反馈消除技术的高增益放大电路。

背景技术：

放大器是一种常用的射频电路，用于对输入射频信号进行放大。根据不同的应用场合，放大器可分成缓冲驱动放大器、低噪声放大器及功率放大器，不同的放大器具有相应的指标来衡量其性能，如噪声系数、输出最大功率及功耗等，但增益是所有放大器必须考虑的指标。特别是随着无线通信频率向毫米波乃至太赫兹频段扩展，受工艺和管子特性的限制，放大器对这些频段信号的放大作用大大降低甚至是衰减的，因此提高放大器的增益和有效工作频率成为设计的关键。

图1所示为射频放大器最基本也是最核心的电路，由偏置电阻r1、隔直电容c1、输入nmos管m1、负载电感ll、负载电容cl和负载电阻rl构成。偏置电阻r1为输入管m1提供合适的直流工作点，隔直电容c1滤除输入信号中的直流成份；输入管m1把输入电压信号转换成电流信号并提供一定的增益；由电感ll、电容cl和电阻rl构成的负载把电流信号转换成输出电压信号；该放大器相应的小信号等效电路如图2所示，其中gm为mos管在一定偏置点和一定工作频率下的跨导，cgs为输入管栅极和源极之间的寄生电容，cgd为输入管栅极和漏极之间的寄生电容。考虑cgd反馈作用的小信号电压增益为：gain＝-(gm-jωcgd)rl/(1+jωcgdrl)，在较低工作频率下，gm较大，ω²c²gd<<1，所以该放大器的增益近似为-gmrl；随着工作频率的提高，ω²c²gd逐渐增大，增益逐渐降低；当工作频率上升到毫米波/亚毫米波/太赫兹频段，跨导gm降低，ω²c²gd增大，增益趋向于1(即0db)，放大器的放大作用失效。因此传统结构的放大器电路由于寄生电容的反馈作用，放大器的增益下降并且有效工作频率受限。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种基于寄生反馈消除技术的高增益放大电路，该电路在传统放大器输入管的输入端和输出端跨接一个谐振电感，消除输出端和输入端之间寄生电容引起的反馈，从而提高放大器的增益。

本发明的技术方案如下：

一种基于寄生反馈消除技术的高增益放大电路，包括输入管、偏置网络电路、谐振网络电路和负载谐振网络电路，所述输入管的栅极和漏极间设置有寄生电容，所述偏置网络电路包括第一电容和第一电阻，所述第一电容与信号输入端连接，所述第一电阻与偏置信号输入端连接，所述谐振网络电路包括第一电感、第二电容和寄生电容，所述第一电感与输入管连接，所述负载谐振网络电路包括第二电感、第二电阻和第三电容，所述输入管的源极与地端相连。

进一步的，所述第一电容的一端连接信号输入端，第一电容的另一端与第一电阻的一端、第一电感的一端及输入管的栅极连接。

进一步的，所述第一电阻的另一端连接偏置信号输入端。

进一步的，所述第一电感的另一端与第二电容的一端连接。

进一步的，所述第二电容的另一端与输入管的漏极、第二电感的一端、第三电容的一端及第二电阻的一端连接。

进一步的，第二电感的另一端、第三电容的另一端及第二电阻的另一端与电源输入端连接。

本发明相比现有技术优点在于：因为在传统的射频放大电路中，由于输入管输出端和输入端之间寄生电容引入的反馈作用使放大器的增益降低；同时这个反馈作用随着工作频率的增加而增强，导致放大器的有效工作频率受限，而本发明在放大器输入管的输出端和输入端之间并接一个谐振电感，消除由寄生电容引起的反馈，使放大器的增益和有效工作频率得到提高。且本发明的原理清晰，电路结构简单，易于用集成或分立的方式实现。本发明为在现有工艺条件下实现高增益的毫米波/亚毫米波/太赫兹放大器电路提供了简洁有效的方法。本发明适用于集成或分立的射频低噪声放大器、射频缓冲放大器和射频功率放大器等电路，尤其适用于毫米波、亚毫米波及太赫兹频段的放大电路。

附图说明

图1为现有技术中射频放大器的示意图；

图2为图1所示电路的小信号等效电路；

图3为本发明一种基于寄生反馈消除技术的高增益放大电路的一种射频放大器的电路图；

图4为本发明一种基于寄生反馈消除技术的高增益放大电路的图3的电路图的小信号等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

一种基于寄生反馈消除技术的高增益放大电路，包括输入管、偏置网络电路、谐振网络电路和负载谐振网络电路，所述输入管的栅极和漏极间设置有寄生电容，所述偏置网络电路包括第一电容和第一电阻，所述谐振网络电路包括第一电感、第二电容和寄生电容，所述第一电容与信号输入端连接，所述第一电阻与偏置信号输入端连接，所述负载谐振网络电路包括第二电感、第二电阻和第三电容，所述第一电感与输入管连接，所述第一电容的一端连接信号输入端，第一电容的另一端与第一电阻的一端、第一电感的一端及输入管的栅极连接。所述第一电阻的另一端连接偏置信号输入端。所述第一电感的另一端与第二电容的一端连接。所述第二电容的另一端与输入管的漏极、第二电感的一端、第三电容的一端及第二电阻的一端连接。第二电感的另一端、第三电容的另一端及第二电阻的另一端与电源输入端连接。所述输入管的源极与地端相连。

实施例1，

本发明电路可以采用单片集成方式或分立元件方式实现。如图3所示，其包括输入管、偏置网络电路、谐振网络电路和负载谐振网络电路，所述输入管为输入nmos管m1，所述偏置网络电路包括偏置电阻r1、隔直电容c1，所述谐振网络电路包括反馈电感lfeedback、反馈电容cfeedback和输入nmos管m1的栅极和漏极之间的寄生电容cpar，所述负载谐振网络电路包括负载电感ll、负载电容cl和负载电阻rl。偏置电阻r1为输入nmos管m1提供合适的直流工作点，偏置电阻r1的阻值较大以减小射频输入信号的泄漏。隔直电容c1滤除输入信号vin中的直流成份，隔直电容c1其电容值也较大以减小射频信号在隔直电容上的损耗。输入nmos管m1把栅极输入电压信号转换成漏极输出电流信号并提供一定的增益；并由负载谐振网络电路把输入nmos管m1漏极输出的电流信号转换成输出电压信号vout。负载电感ll、负载电容cl的谐振频率作为输入信号的频率，并对输出信号具有选频放大的作用。输入nmos管m1的栅极和漏极之间设置寄生电容cpar，寄生电容cpar的存在会把反相输出信号反馈到同相输入端，特别是当输入信号频率处于毫米波/亚毫米波/太赫兹频段，此时寄生电容cpar所呈现的阻抗远远小于负载电阻rl的阻抗，因此输入nmos管m1的漏极输出电流的大部分会通过寄生电容cpar反馈到输入端，流入负载的电流减小，输出信号衰减的非常严重。谐振网络电路的谐振频率为输入信号的频率，此时从输入nmos管m1的漏极看进去到输入nmos管m1的栅极的阻抗为无穷大，消除了通过寄生电容cpar反馈回同相输入端的输出反相信号，从而提高电压增益和有效工作频率。反馈电容cfeedback实现输出端和输入端之间直流信号的隔离，反馈电容cfeedback的电容值较大从而减小其阻抗对电感阻抗的影响。

图4所示为图3电路的小信号等效电路，当负载电感ll和负载电容cl谐振在输入信号频点处、反馈电感lfeedback和寄生电容cpar谐振在输入信号频点处时，放大器的电压增益为-gmrl，增益大小gmrl，而如图1、图2所示现有技术射频放大器的电压增益为-(gm-jωcgd)rl/(1+jωcgdrl)，增益大小为[(g²m+ω²c²gd)r²l/(1+ω²c²gdr²l)]^1/2。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。