本发明专利技术提供一种基于多电感耦合的超宽带放大器，包括多电感高阶耦合网络和多级级联网络；多电感高阶耦合网络包括多电感高阶输入匹配网络和多电感高阶级间匹配网络；多级级联网络包括共源共栅放大模块、共源放大模块、电压偏置模块；本发明专利技术提高了多阶匹配网络的设计自由度，同时实现了增益的平坦化、低的噪声系数以及良好的匹配，减少芯片面积；本发明专利技术能在很宽的带宽内共轭匹配到50Ω，实现了宽带匹配；提高了栅极电感的品质因子，改善了串联谐振腔带来的损耗，降低了噪声系数；本发明专利技术能进一步提高带宽，多个网络共同作用呈现最后的超宽带；本发明专利技术改变了输入信号源导纳，使得源导纳接近最佳噪声阻抗，实现共轭匹配所需的阻抗以及最佳噪声阻抗。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及放大器，尤其是一种基于多电感耦合的超宽带放大器。
技术介绍
1、随着移动通信的高速发展，通信的发展也逐渐向更高速率前进，为了满足更高通信速率的需求，现有技术已将频率扩展至24ghz-40ghz的毫米波频段。根据香农定理，高带宽意味着高通信速率，在5g通信的频段上能够比较容易达到高带宽的要求，由此可见，对毫米波频段的利用不仅能够缓解频谱紧张的问题，还能够提高系统的通信速率。其中，毫米波应用的热点在三个频段上，分别为ku波段(12ghz-18ghz)、k波段(18ghz-27ghz)和ka波段(27ghz-40ghz)。
2、毫米波波段的云层探测及近地卫星通信的实现离不开射频(radio frequency，rf)接收前端，它的组成包括滤波器、低噪声放大器和混频器。滤波器将过滤天线接收到的信号并传给低噪声放大器，经过低噪声放大器放大有用信号后，传给混频器，最后输出信号给基带处理。
3、低噪声放大器(low noise amplifier，lna)是一种用于放大微弱信号且尽量不引入额外噪声的放大器，它在无线通信系统、射频收发器、雷达系统、天线接收系统等领域中起着至关重要的作用。随着无线通信和雷达技术的不断发展，对lna的需求也在不断增加。但是，现有的低噪声放大器很难满足在在较宽的频带上保持良好的输入和输出匹配，其次，现有的低噪声放大器的噪声性能会受到电路寄生和工艺噪声影响；而且现有的低噪声放大器的线性度、动态范围和功耗仍然没有被优化的很好。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于多电感耦合的超宽带放大器，本专利技术通过多电感高阶耦合网络实现宽带匹配和噪声匹配。
2、本专利技术的技术方案为：一种基于多电感耦合的超宽带放大器，包括多电感高阶耦合网络和多级级联网络；
3、所述的多电感高阶耦合网络包括多电感高阶输入匹配网络和两个多电感高阶级间匹配网络；
4、所述的多级级联网络包括两个共源共栅放大模块、一共源放大模块、一电压偏置模块；两个所述的共源共栅放大模块、以及共源放大模块依次连接；且两个所述的共源共栅放大模块、以及共源放大模块均与电压偏置模块连接，通过所述的电压偏置模块控制共源共栅放大模块、以及共源放大模块的晶体管栅极直流电压和漏源直流电压；
5、第一个所述的共源共栅模块前端连接有多电感高阶输入匹配网络；两个所述的共源共栅模块之间连接有第一个所述的多电感高阶级间匹配网络；第二个所述的共源共栅模块和共源放大模块之间连接有第二个多电感高阶输入匹配网络。
6、作为优选的，所述的多电感高阶输入匹配网络和多电感高阶级间匹配网络分别为多电感六阶输入匹配网络和多电感六阶级间匹配网络。
7、作为优选的，所述的共源共栅放大模块包括cascode形式连接的nmos晶体管m1和m2，所述的nmos晶体管m1的漏极与nmos晶体管m2的源极连接，所述的nmos晶体管m1和m2与多电感六阶输入匹配网络连接；通过所述的共源共栅放大模块获得更高的增益的同时并提高反向隔离度，对输入信号进行放大并耦合给下一级。
8、作为优选的，所述的nmos晶体管m1和m2的衬底连接高阻r到地，以减小衬底噪声电流，降低衬底噪声。
9、作为优选的，所述的多电感六阶输入匹配网络包括电感l1、电感l2、电感l3、电容c1、电容c2和电容cgs1；所述的电容c1的一端与输入接口in和电容c2的一端连接，所述的电容c2的另一端接地；所述的电容c1的另一端并联连接有电感l1、电感l2；所述的电感l1的另一端接电压偏置模块，所述的电压偏置模块为电感l1提供偏置电压vg1；所述的电感l2的另一端与nmos晶体管m1的栅极连接；所述的电感l3的一端与nmos晶体管m1的源极连接；所述的电感l3的另一端接地；所述的栅源寄生电容cgs1连接在nmos晶体管m1的源极和栅极之间；
10、所述的nmos晶体管m2的栅极还与电容cg1和电压偏置模块连接，所述的电压偏置模块为nmos晶体管m2的栅极提供偏置电压v1；所述的电感l1、电感l2、电感l3两两耦合，形成六阶输入匹配网络。
11、作为优选的，所述的共源共栅放大模块包括cascode形式连接的nmos晶体管m3和m4；所述的nmos晶体管m3的漏极与nmos晶体管m4的源极连接；所述的nmos晶体管m3和m4与多电感六阶级间匹配网络连接。
12、作为优选的，所述的nmos晶体管m3和m4，以及nmos晶体管m5的衬底连接高阻r到地，以减小衬底噪声电流，降低衬底噪声。
13、作为优选的，所述的多电感六阶级间匹配网络包括前级级间匹配电路和本级级间匹配电路；所述的前级级间匹配电路与nmos晶体管m3和m4连接；所述的本级级间匹配电路与nmos晶体管m5连接。
14、作为优选的，所述的前级级间匹配电路包括前级电感l5、前级电感l6、前级电感l4、前级电容c3、前级电容cgs2；所述的前级电容c3、前级电感l5的一端并联连接在nmos晶体管m3的栅极；且所述的前级电容c3、前级电感l5的另一端接电压偏置模块，所述的电压偏置模块为前级电容c3、前级电感l5提供偏置电压vg2；
15、所述的nmos晶体管m3的源极接前级电感l6，所述的前级电感l6的另一端接地；
16、所述的nmos晶体管m3的源极和栅极之间还连接有前级栅源寄生电容cgs2；
17、所述的前级电感l4的一端接nmos晶体管m2的漏极，所述的前级电感l4的另一端接电压偏置模块；
18、所述的nmos晶体管m4的栅极接前级电容cg2和电压偏置模块，所述的电压偏置模块为nmos晶体管m4的栅极提供偏置电压v2。
19、作为优选的，所述的本级级间匹配电路包括本级电感l8、本级电感l9、前级电感l7、本级电容c4、本级电容c5、本级栅源寄生电容cgs3；所述的本级电感l8、本级电容c4的一端并联连接在nmos晶体管m5的栅极；所述的本级电感l8、本级电容c4的另一端接电压偏置模块，所述的电压偏置模块为本级电感l8、本级电容c4提供偏置电压vg3；
20、所述的nmos晶体管m5的源极并联连接有本级电感l9、本级电容c5；所述的本级电感l9、本级电容c5的另一端接地；
21、所述的nmos晶体管m5的漏极并联连接有本级电容c6和本级电感l10；所述的本级电容c6和本级电感l10的另一端接电压偏置模块；
22、所述的nmos晶体管m5的源极和栅极之间连接有本级栅源寄生电容cgs3；
23、所述的本级电感l10还与本级电感l11呈现变压器耦合形式，所述的本级电感l11两端分别与本级电容c7连接；所述的本级电感l11和本级电容c7的一端接地，另一端接输出接口out；
24、所述的前级电感l7、本级电感l8、本级电感l9两两耦合。
25、作为优选的，所述的电压偏置模块为nmos晶体本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：包括多电感高阶耦合网络和多级级联网络；其中，
2.根据权利要求1所述的一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：所述的多电感高阶输入匹配网络和多电感高阶级间匹配网络分别为多电感六阶输入匹配网络和多电感六阶级间匹配网络。
3.根据权利要求2所述的一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：所述的共源共栅放大模块包括cascode形式连接的nmos晶体管M1和M2，所述的nmos晶体管M1的漏极与nmos晶体管M2的源极连接，所述的nmos晶体管M1和M2还与多电感六阶输入匹配网络连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：所述的nmos晶体管M1和M2的衬底连接高阻R到地。
5.根据权利要求3所述的一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：所述的多电感六阶输入匹配网络包括电感L1、电感L2、电感L3、电容C1、电容C2和栅源寄生电容Cgs1；所述的电容C1的一端与输入接口IN和电容C2的一端连接，所述的电容C2的另一端接地；
6.根据权利要求1所述的一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：所述的共源共栅放大模块包括cascode形式连接的nmos晶体管M3和M4；所述的nmos晶体管M3的漏极与nmos晶体管M4的源极连接，所述的nmos晶体管M3和M4还与多电感六阶级间匹配网络连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：所述的nmos晶体管M3和M4，以及nmos晶体管M5的衬底连接高阻R到地，以减小衬底噪声电流，降低衬底噪声。
8.根据权利要求6所述的一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：所述的多电感六阶级间匹配网络包括前级级间匹配电路和本级级间匹配电路；所述的前级级间匹配电路与nmos晶体管M3和M4连接；所述的本级级间匹配电路与nmos晶体管M5连接。
9.根据权利要求8所述的一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：所述的前级级间匹配电路包括前级电感L5、前级电感L6、前级电感L4、前级电容C3、前级栅源寄生电容Cgs2；所述的前级电容C3、前级电感L5的一端并联连接在nmos晶体管M3的栅极；且所述的前级电容C3、前级电感L5的另一端接电压偏置模块，所述的电压偏置模块为前级电容C3、前级电感L5提供偏置电压VG2；
10.根据权利要求9所述的一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：所述的本级级间匹配电路包括本级电感L8、本级电感L9、前级电感L7、本级电容C4、本级电容C5、本级栅源寄生电容Cgs3；所述的本级电感L8、本级电容C4的一端并联连接在nmos晶体管M5的栅极；所述的本级电感L8、本级电容C4的另一端接电压偏置模块，所述的电压偏置模块为本级电感L8、本级电容C4提供偏置电压VG3；
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【技术特征摘要】
1.一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：包括多电感高阶耦合网络和多级级联网络；其中，
2.根据权利要求1所述的一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：所述的多电感高阶输入匹配网络和多电感高阶级间匹配网络分别为多电感六阶输入匹配网络和多电感六阶级间匹配网络。
3.根据权利要求2所述的一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：所述的共源共栅放大模块包括cascode形式连接的nmos晶体管m1和m2，所述的nmos晶体管m1的漏极与nmos晶体管m2的源极连接，所述的nmos晶体管m1和m2还与多电感六阶输入匹配网络连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：所述的nmos晶体管m1和m2的衬底连接高阻r到地。
5.根据权利要求3所述的一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：所述的多电感六阶输入匹配网络包括电感l1、电感l2、电感l3、电容c1、电容c2和栅源寄生电容cgs1；所述的电容c1的一端与输入接口in和电容c2的一端连接，所述的电容c2的另一端接地；
6.根据权利要求1所述的一种基于多电感耦合的超宽带放大器，其特征在于：所述的共源共栅放大模块包括cascode形式连接的nmos晶体管m3和m4；所述的nmos晶体管m3的漏极与nmos晶体管m4的源极连接，所述的nmos晶体管m3和m4还与多电感六阶级间匹配网...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥雨，白鹏飞，刘俊，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：
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