一种毫米波放大电路的制作方法

1.本发明涉及毫米波信号处理领域。更具体地，涉及一种毫米波放大电路。


背景技术：

2.在接收机系统中，位于前级的低噪声放大器对整个接收系统的噪声性能起到决定性的作用，通过其本身极低的噪声及高增益来压制接收机后级电路噪声，提高接收系统信噪比。随着航天、雷达、微波通信等技术的发展，射频接收系统对低噪声放大器芯片的要求越来越往小型化、宽带化、低功耗化发展，同时对噪声、增益、匹配等性能的要求也越来越高


技术实现要素：

3.本发明的一个目的在于提供解决上述问题至少之一的一种毫米波放大电路，包括：
4.直流偏置单元和信号放大单元，其中，
5.所述直流偏置单元包括滤波电路、第一电压发生单元和第二电压发生单元，所述直流偏置单元的第一输入端接收电源电压，将所述电源电压转化为偏置电压，所述第一电压发生单元的第一电压输出端、第二电压输出端以及所述第二电压发生单元的第三电压输出端和第四电压输出端分别输出第一偏置电压、第二偏置电压、第三偏置电压和第四偏置电压；
6.所述信号放大单元包括输入匹配电路、第一级信号放大单元、级间匹配电路、第二级信号放大单元和输出匹配电路；所述输入匹配电路的第二输入端接收射频信号；所述第一级信号放大单元的第三输入端和第四输入端分别与所述第一电压输出端和第二电压输出端相连；所述第二级信号放大单元的第五输入端和第六输入端分别与所述第三电压输出端和第四电压输出端相连接，所述输出匹配电路的第六输出端输出放大后的射频信号。
7.所述滤波电路包括第九电容器和第一电阻器，其中
8.所述第九电容器的第一端与所述第一输入端相连，第二端通过所述第一电阻器接地。
9.所述第一电压发生单元包括第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器、第五电阻器、第六电阻器、和第五晶体管，其中
10.所述第二电阻器的第一端与所述第一输入端相连接并接收所述电源电压，第二端和所述第三电阻器的第一端相连接；所述第三电阻器的第二端作为所述第二电压输出端并输出所述第二偏置电压；
11.所述第四电阻器的第一端与所述第二电阻器的第二端相连接，第二端与所述第五电阻器的第一端相连接；所述第五电阻器的第二端作为所述第一电压输出端并输出所述第一偏置电压；
12.所述第五晶体管的栅极与漏极短接并与所述第六电阻器的第二端相连，源极接地。
13.所述第二电压发生器包括第七电阻器、第八电阻器、第九电阻器、第十电阻器、第十一电阻器和第六晶体管，其中
14.所述第七电阻器的第一端与所述第一输入端相连接并接收所述电源电压，第二端和所述第八电阻器的第一端相连接；所述第八电阻器的第二端作为所述第四电压输出端并输出所述第四偏置电压；
15.所述第九电阻器的第一端与所述第七电阻器的第二端相连接，第二端与所述第十电阻器的第一端相连接；所述第十电阻器的第二端作为所述第三电压输出端并输出所述第三偏置电压；
16.所述第六晶体管的栅极与漏极短接并与所述第六电阻器的第二端相连，源极接地。
17.所述输入匹配电路包括第一电容器、第二电容器和第一电感器，其中
18.所述第一电容器的第一端作为所述第二输入端并接收所述射频信号，第二端通过所述第一电感器接地并和所述第二电容器的第一端相连；所述第二电容器的第二端和所述第五电阻器的第二端相连并输出射频信号。
19.所述第一级放大单元包括第一晶体管、第二电感器、第一调节单元、第四电容器、第二晶体管、第五电感器和第六电感器，其中
20.所述第一晶体管的源极通过第二电感器接地，栅极与所述第一电压输出端相连接并接收所述第一偏置电压，漏极与所述第一调节单元的第七输入端相连接并输出一级放大射频信号；所述第四电容器的第一端与所述第一晶体管的漏极和所述第七输入端相连并接收所述一级放大射频信号，第二端与所述第二晶体管的栅极相连；
21.所述第二晶体管的栅极与所述第二电压输出端相连并接收所述第二偏置电压和所述一级放大射频信号，漏极与所述第五电感器的第一端相连；所述第五电感器的第二端与所述第六电感器的第一端和所述级间匹配电路的第八输入端相连并输出二级放大射频信号；所述第六电感器的第二端与所述第一输入端相连。
22.所述第一调节单元包括第三电感器、第四电感器、第三电容器和第四电容器，用于搭建直流通路，使得所述第一晶体管输出的所述一级放大射频信号不会进入所述第二晶体管的源极，其中，
23.所述第三电感器的第一端作为所述第七输入端，第二端与所述第四电感器的第一端相连并通过第三电容器接地；所述第四电感器的第二端与所述第二晶体管的源极相连。
24.所述级间匹配电路包括第七电感器和第五电容器，其中
25.所述第七电感器的第一端作为所述第八输入端与所述第五电感器的第二端和所述第六电感器的第一端相连接，第二端与所述第五电容器的第一端相连接；所述第五电容器的第二端与所述第二级信号放大单元的第九输入端相连并输出所述二级放大射频信号。
26.所述第二级信号放大单元包括：第三晶体管、第二调节单元、第七电容器、第四晶体管、第十电感器和第十一电感器；
27.所述第三晶体管的源极接地，栅极与所述第三电压输出端相连接并接收所述第三偏置电压和所述二级放大射频信号，漏极与所述第二调节单元的第九输入端和所述第七电容器的第一端相连接并输出三级放大射频信号；所述第七电容器的第一端接收所述三级放大射频信号，第二端与所述第四晶体管的栅极相连接；
28.所述第四晶体管的栅极与所述第四电压输出端相连接并接收所述第四偏置电压和所述三级放大射频信号，漏极与所述第十电感器的第一端相连接；所述第十电感器的第二端与所述第十一电感器的第一端相连接并输出所述四级放大射频信号；所述第十一电感器的第二端与所述第一输入端口相连接。
29.所述输出匹配电路包括：第十二电感器和第八电容器，其中
30.所述第十二电感器的第一端与所述第十电感器的第二端相连接并接收所述四级放大射频信号，第二端通过所述第八电容器与所述第六输出端相连接，并输出放大后的射频信号。
31.本发明的有益效果如下：
32.本发明在实现宽带信号放大的基础上，具有极低的功耗，并提供足够高的增益、足够低的噪声系数，从而更好地实现压制后级电路噪声，提升了系统的信噪比及功耗性能。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。
34.图1为本发明的一种毫米波放大电路的结构框图；
35.图2示出本发明中的一种毫米波放大电路的电路图。
具体实施方式
36.为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
37.需要说明的是附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
38.一方面，本发明的一个实施例提供一种毫米波放大电路，如图1所示，包括：
39.直流偏置单元，用于向所述信号放大单元输出偏置电压；
40.信号放大单元，用于对输入射频信号进行放大，接收所述偏置电压并输出放大后的射频信号；
41.其中，如图2所示，
42.所述直流偏置单元包括：
43.滤波电路、第一电压发生器和第二电压发生器，
44.其中，
45.所述滤波电路包括第九电容器c9和第一电阻器r1，所述c9的端口1接入电源电压vdd，端口2与第一电阻器r1的第一端相连接；所述第一电阻器r1的第二端接地；
46.第一电压发生器包括第二电阻器r2、第三电阻器r3、第四电阻器r4、第五电阻器r5、第六电阻器r6和第五增强型场效应晶体管m5；用于产生第一电压和第二电压。
47.所述r2的端口3与c9的端口1相连接，端口4与第三电阻器r3的端口5相连；第三电阻
器r3的端口6与第二增强型场效应晶体管m2的栅极相连接并输出第二电压；
48.第四电阻器r4的第一端与所述第二电阻的端口4相连接，第二端与第五电阻器r5的第一端相连接；电阻器r5的第二端与第一增强型场效应晶体管m1的栅极相连接并输出第一电压；
49.第六电阻器r6的第一端与所述第四电阻器r4的第二端相连接，第二端与第五增强型场效应晶体管m5的栅极和漏极连接；第五增强型场效应晶体管m5的源极接地。
50.第二电压发生器包括，第七电阻器、第八电阻器、第九电阻器、第十电阻式、第十一电阻器和第六增强型场效应管m6；用于产生第三电压和第四电压。
51.第七电阻器r7的第一端与c9的端口1相连接，第二端与第八电阻器r8的端口9相连接；r8的端口10与第四增强型场效应晶体管的栅极相连并输出第四电压；
52.第九电阻器r9的第一端与所述r7的第二端相连接，第二端与第十电阻器r
10
的第一端相连接；r
10
的第二端与第三增强型场效应晶体管的栅极相连接并输出第三电压；
53.第十一电阻器r
11
的第一端与第九电阻器r9的第二端相连接，第二端与第六增强型场效应晶体管m6的栅极和漏极相连接；m6的源极接地。
54.所述信号放大单元具体包括：输入匹配电路、第一级信号放大电路、第二级信号放大电路、级间匹配电路和输出匹配电路。
55.第一信号放大单元包括：低声噪输入匹配单元、第二电感器、第一增强型场效应管、第二增强型场效应管和第一调节单元；还包括第五电感器和第六电感器。
56.所述低声噪输入匹配单元包括第一电容器、第二电容器和第一电感器，所述第一电容器c1的第一端接入射频信号rf
in
，所述c1的第二端与第二电容器c2的端口20相连接；c2的端口21与m1的栅极相连接；电感器l1的第一端接地，第二端与c2的端口20相连接，其中，c1起到隔离直流电流的作用，去除前级电路直流项对所述信号放大电路的影响；
57.第一增强型场效应晶体管m1的栅极与c2的端口21相连接并接收来自所述第一电压发生器的第一电压，源极与第二电感器l2的第二端连接，漏极与第三电感器l3的端口22相连接；第二电感器l2的第一端接地；
58.所述第一调节单元包括第三电感器l3、第四电感器l4、第三电容器c3和第四电容器c4，构成第二增强型场效应晶体管m2源极到第一增强型场效应晶体管m1漏极的直流通路，起到防止第一增强型场效应晶体管m1的漏极输出的射频信号进入第二增强型场效应晶体管m2源极的作用，同时对稳定性、输入匹配、增益起到调节作用。
59.第三电感器l3的端口22与第一增强型场效应晶体管m1的漏极相连接，端口23与第三电容器c3的第二端连接；第三电容器c3的第一端接地；第四电感器l4的第一端与第三电感器的端口23连接，第二端与第二增强型场效应管m2的源极相连接；第二增强型场效应管m2的栅极与所述第一电压发生单元的端口6和第四电容器c4的端口25相连接并接收第二电压；第四电容器c4的端口24与第三电感器l3的端口22相连接。
60.第二增强型场效应管m2的栅极与所述直流偏置单元的端口6连接并接收第二电压，漏极与第五电感器l5的第一端相连；第五电感器l5的第二端与第六电感器l6的第一端相连接；第六电感器l6的第二端与第九电容器c9的端口1相连接。
61.级间匹配电路包括第七电感器l7和第五电容器c5，其中，l7的第一端与所述第六电感器的第一端和第五电感器的第二端相连接，第二端与第五电容器c5的第一端相连接；c5的
第二端与所述直流偏置单元的第十电阻器r
10
的第二端相连接；
62.第二级信号放大电路包括：
63.第三增强型场效应管、第四增强型场效应管、第二调节单元、第十电感器、第十一电感器、第十二电感器和第八电容器。
64.具体的，所述第三增强型场效应管m3的源极接地，漏极与第八电感器的第一端相连，栅极与直流偏置单元的第十电阻器r
10
的第二端相连接并接收第三电压；
65.所述第二调节单元包括第六电容器、第七电容器、第八电感器和第九电感器，其中，第八电感器的第一端与m3的漏极相连接，第二端通过第六电容器c6接地；第九电感器l9的第一端与第八电感器l8的第二端相连接，第二端与第四增强型场效应管的源极相连接；第七电容器c7的第一端与m3的漏极相连接，第二端与第四增强型场效应晶体管m4的栅极相连接。
66.其中，
67.第八电感器l7、第九电感器l8和第六电容器c6和第七电容器c7，构成第四增强型场效应晶体管m4源极到第三增强型场效应晶体管m3漏极的直流通路，起到防止第三增强型场效应晶体管m3的漏极输出的射频信号进入第四增强型场效应晶体管m4源极的作用，同时对稳定性、输入匹配、增益起到调节作用。
68.第四增强型场效应管m4的栅极与所述直流偏置单元的第八电阻器的端口10相连接并接收所述第四电压，漏极与第十电感器的端口27相连接；第十电感器l
10
的端口28与第十电感器l
11
的第一端相连接，第十一电感器的第二端与直流偏置单元的第九电容器的端口1相连接；第十二电感器l
12
的端口29与所述第十电感器的端口28相连接，端口30通过第八电容器输出射频信号rf
out
。
69.信号放大单元中的第一增强型场效应晶体管m1、第二增强型场效应晶体管m2和偏置电路中的第五增强型场效应晶体管m5管共同构成了电流输入
‑
电压输出型负反馈的结构，当第一增强型场效应晶体管m1、第二增强型场效应晶体管m2和第五增强型场效应晶体管m5的跨导受到工艺、电压和温度(pvt)等因素影响时，第五增强型场效应晶体管m5可以通过负反馈影响第一增强型场效应晶体管m1和第二增强型场效应晶体管m2偏置电压，从而部分抵消放大电路中第一增强型场效应晶体管m1和第二增强型场效应晶体管m2跨导的变化，降低pvt因素对低噪声放大器性能的影响。同理第六增强型场效应晶体管m6对第三增强型场效应晶体管m3和第四增强型场效应晶体管m4的作用相同。
70.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。