一种电流复用型射频放大器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种电流复用型射频放大器，其包括输入匹配电路和反相器电路，其中，输入匹配电路包括第一NMOS管NM1、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4、电感L2以及电容C1，反相器电路包括第二NMOS管NM2和PMOS管PM1；射频输入端RFIN串接电容C1后与第一NMOS管NM1的源极、第三NMOS管NM3的源极、以及第四NMOS管NM4的源极连接，电感L2的一端接于第一NMOS管NM1的源极，电感L2的另一端接地；第二NMOS管NM2的源极和第一NMOS管NM1的漏极、第三NMOS管NM3的漏极、以及第四NMOS管NM4的漏极连接。
【专利说明】
一种电流复用型射频放大器
技术领域
[0001]本实用新型属于RFID读卡机中的射频放大器的制造领域，具体涉及一种电流复用 型的射频放大器。
【背景技术】
[0002] 最近几年随着900MHz和2.4GHz频段RFID技术的发展，对RFID读卡机性能提出了更 高的要求，更加的关注芯片的性能，以及功耗和成本等指标。而射频前端放大器作为RFID读 卡机中的重要模块，其特性也决定着整个接收模块的性能，比如噪声和灵敏度等。射频放大 器要求具有一定的增益同时噪声尽可能的低，从而来抑制混频器等后续模块的噪声，从而 最终提高整个RFID读卡机的灵敏度。
[0003] 描述射频放大器的性能的主要参数有:噪声系数，电压增益、输入和输出损耗、反 向隔离度以及线性度等。由于这些参数是相互关联、相互制约的，因此采用何种折衷方案来 提高放大器的整体性能成了设计的主要难点。
[0004] 传统的射频放大器参见图1，一般分为两级，第一级是共栅放大器，具有较好的输 入匹配，第二级采用反相器，可相对提高整体的增益和降低一定的噪声系数，但是传统的射 频放大器的功耗相对较大，整体性能不高。 【实用新型内容】
[0005] 因此，为了解决上述技术问题，获得更高增益、更低噪声系数，功耗相对较小、整体 性能高的射频放大器，本实用新型提出一种电流复用型射频放大器，其创新性的将第二级 移至第一级的电源处，加上一些元器件，构成了本实用新型的射频放大器，实现了电流复 用，达到了低功耗的目标。
[0006] 为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是，一种电流复用型射频 放大器，包括输入匹配电路和反相器电路；其中，输入匹配电路包括第一匪0S管NM1、第三 匪0S管匪3、第四匪0S管匪4、电感L2以及电容C1，反相器电路包括第二匪0S管匪2和PM0S管 PM1;其中，第一NM0S管匪1的栅极作为偏置端VB1，第三NM0S管匪3的栅极作为偏置端VB2，第 四匪0S管匪4的栅极作为偏置端VB3;电容C1为输入隔直电容，射频输入端RFIN串接电容C1 后与第一匪0S管匪1的源极、第三匪0S管匪3的源极、以及第四匪0S管匪4的源极连接，电感 L2为源极负反馈电感，电感L2的一端接于第一匪0S管NM1的源极，电感L2的另一端接地;第 二匪0S管匪2的源极和第一匪0S管匪1的漏极、第三匪0S管匪3的漏极、以及第四匪0S管匪4 的漏极连接，第二NM0S管NM2的栅极连接至PM0S管PM1的栅极，第二NM0S管NM2的漏极连接至 PM0S管PM1的漏极，PM0S管PM1的源极连接至电源电压RFVDD。
[0007] 其中，NM0S管匪1、匪2、匪3、电感L2和电容C1共同构成了第一级放大器的输入匹配 电路，射频信号从NM1的源极输入，为共栅放大结构，C1为输入隔直电容，让射频信号顺利的 进入匪0S管，电感L2为源极负反馈电感，影响着系统的稳定性，输入匹配和电路的噪声系 数。如果VB2和VB3加同样的偏置电压，那么匪3管和NM4也接入，和匪1管并联，一起提供输入 跨导，这样可以增加整个放大器的增益，也使得总增益可调。
[0008] 作为一个优选的方案，反相器电路还包括用于通直流隔交流的电感L1，电感L1串 接在输入匹配电路和反相器电路之间，具体的，电感L1的一端连接第二NM0S管匪2的源极， 电感L1的另一端连接第一 NM0S管NM1的漏极。
[0009] 作为一个优选的方案，反相器电路还包括用于使高频处的增益平坦化的电感L3和 电容C4,电感L3和电容C4串联连接，并接于第二匪0S管匪2的栅极和PM0S管PM1的栅极的之 间，具体的，电容C4的一端连接PM0S管PM1的栅极，电容C4的另一端连接电感L3的一端，电感 L3的另一端连接第二NM0S管匪2的栅极。电感L3和电容C4用于使高频处的增益平坦化。
[0010] 作为一个优选的方案，反相器电路还包括电阻R1和电阻R2,电阻R2的一端接于 PM0S管PM1的栅极，电阻R2的另一端连接电阻R1的一端、以及电容C4和电感L3的连接端，电 阻R1的另一端连接PM0S管PM1的漏极。电阻R1和电阻R2跨接在第二级的输入和输出之间，电 阻R2用于给PM0S管PM1提供偏置。
[0011] 作为一个优选的方案，反相器电路还包括用于交流耦合的电容C2,电容C2的一端 接于电容C4和电感L3的连接端，另一端接于第一 NM0S管NM1的漏极。
[0012] 作为一个优选的方案，反相器电路还包括用于对输出端进行隔直的电容C3,电容 C3的一端接于PM0S管PM1的漏极，另一端作为射频输出RF0UT。
[0013] 作为一个优选的方案，反相器电路还包括用于旁路的电容C5,电容C5的一端接于 第二NM0S管NM2的源极，电容C5的另一端接地。
[0014] 作为一个优选的方案，反相器电路还包括用于滤波的电容C6,电容C6的一端接于 电源电压RFVDD，另一端接地。
[0015] 本实用新型采用了电流复用技术，不仅节省了功耗，而且还提高了电压增益和降 低了噪声系数，具有很好的实用性。
【附图说明】
[0016] 图1为现有技术中的射频放大器的原理图；
[0017] 图2为本实用新型的电流复用型射频放大器的构思示意图；
[0018] 图3为本实用新型的电流复用型射频放大器的电路原理图。
【具体实施方式】
[0019] 现结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进一步说明。
[0020] 图1为传统的射频放大器的示意图，第一级采用共栅放大器，第二级采用反相器实 现。本实用新型的主要思路参见图2,是将现有技术中的第二级移至第一级的电源处，并在 此基础上增设一些元器件以实现电路的优化。
[0021] 作为一个具体的实施例，参见图3,本实用新型的电流复用型射频放大器，包括第 一匪0S管匪1、第二匪0S管匪2、第三匪0S管匪3、第四匪0S管匪4、PM0S管PM1、电感L1、电感 L2、电感L3、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R1、电阻R2、电源电压 RFVDD、第一偏置端VB1、第二偏置端VB2、第三偏置端VB3、射频输入端RFIN和射频输出端 RF0UT〇
[0022] 其中，第一匪0S管匪1、第三NM0S管匪3、第四匪0S管NM4、输入隔直电容Cl以及源极 串联电感L2组成第一级放大器的输入匹配电路。电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、 电阻R1、电阻R2、电感L1、以及电感L3组成第二级的反相器电路。
[0023] 上述输入匹配电路中，共栅输入管第一匪0S管匪1、第三匪0S管匪3、第四匪0S管 匪4中，信号从其源极输入，构成了放大器的第一级。而且本实用新型的电路结构设计为可 根据需要选择接入的M0S管个数，实现总增益可调。在第一级的输入匹配电路和第二级的反 相器电路之间串联电感L2,可提供更好的输入匹配以及降低噪声。
[0024]反相器电路中，电容C2和电容C4为交流耦合电容，C3为输出隔直电容，电容C5为旁 路电容，电容C6为滤波电容。电感L1连接了放大器的第一级(输入匹配电路)和第二级(反相 器电路），用于通直流隔交流。电感L3和电容C4配合用于使高频处的增益平坦化。电阻R1和 R2为偏置电阻，电阻R1和电阻R2跨接在第二级的输入和输出之间，电阻R2用于给PM0S管PM1 提供偏置。
[0025]射频信号从射频输入端RFIN(第一 NM0S管NM1的源极)输入，为共栅放大结构，C1为 输入隔直电容，让射频信号顺利的进入晶体管，电感L2为源极负反馈电感，影响着系统的稳 定性，输入匹配和电路的噪声系数。如果VB2和VB3加同样的偏置，那么匪3管和匪4也接入， 和NM1管并联，一起提供输入跨导，这样可以增加整个放大器的增益，也使得总增益可调。
[0026] 输入匹配通过小信号模型可以得到对应的公式：
[0027]
[0028]其中，gm为输入晶体管的总跨导，Cgsl为输入晶体管的栅源寄生电容，从以上公式 可以看出，选定好电感和晶体管尺寸，可以使得输入匹配在更大的带宽内符合匹配要求。
[0029] 采用共栅作为低噪声放大器的输入级，虽然有利于带宽的匹配，但是相对于共源 结构，噪声系数偏大，而整个放大器的噪声系数主要决定于放大器的输入端，通过小信号模 型可以得到噪声系数的公式：
[0030]
[0031]其中，k为系数，由晶体管特性决定，从公式中可以看出随着跨导的增加，噪声系数 可以有效减小，但是跨导同时受限于输入匹配。
[0032] 由于电感L1为第一级的负载，阻止射频信号通过此电感向上流，使得射频信号经 过耦合电容C2流向第二级的输入端。
[0033] 在电路设计过程中，【背景技术】中的第一级电路所需工作电流为2mA，第二级电路所 需电路为1mA，采用本实用新型的技术，从RFVDD总共抽取2mA电流，能同时满足两路工作所 需的电流，因此达到了电流复用的效果。采用电流复用技术后，由于流过反相器的电流有所 增加，因此需根据实际情况对器件尺寸进行调整和仿真验证，使得总体性最优。
[0034] 本实用新型在电路的最顶端叠加了一个反向电路，在不消耗电流的情况下增加了 等效总跨导，电阻R2为PM0S管PM1提供偏置，实现宽带以及噪声系数性能的改善。电容C4和 电感L3在第二级输入端产生阻抗补偿，频率较高时，电感等效阻抗变大，电容等效阻抗变 小，在频率较低时，电感等效阻抗变小，电容等效阻抗变大，因此在高频的一段范围内，第二 级的输入等效阻抗值都基本等同，因此使得更高频率处的增益更加平坦。
[0035] 对于电感L2,属于源极串联电感，随着工作频率的不同，其等效阻抗也是变化的， 通过通用的公式计算可以得到一个较优的源极串联电感值，使得其等效阻抗在工作频率内 达到最佳的匹配。
[0036] 尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应 该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节 上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种电流复用型射频放大器，其特征在于:包括输入匹配电路和反相器电路;其中， 输入匹配电路包括第一NMOS管匪1、第三NMOS管匪3、第四NMOS管匪4、电感L2以及电容Cl，反 相器电路包括第二NMOS管匪2和PMOS管PMl;其中，第一NMOS管匪1的栅极作为偏置端VBl，第 三匪OS管匪3的栅极作为偏置端VB2,第四NMOS管匪4的栅极作为偏置端VB3;电容Cl为输入 隔直电容，射频输入端RFIN串接电容Cl后与第一 NMOS管匪1的源极、第三NMOS管匪3的源极、 以及第四NMOS管匪4的源极连接，电感L2为源极负反馈电感，电感L2的一端接于第一 NMOS管 匪1的源极，电感L2的另一端接地；第二匪OS管匪2的源极和第一匪OS管匪1的漏极、第三 匪OS管匪3的漏极、以及第四匪OS管匪4的漏极连接，第二匪OS管匪2的栅极连接至PMOS管 PMl的栅极，第二匪OS管匪2的漏极连接至PMOS管PMl的漏极，PMOS管PMl的源极连接至电源 电压RFVDD; 所述反相器电路还包括用于通直流隔交流的电感Ll，电感Ll串接在输入匹配电路和反 相器电路之间，具体的，电感Ll的一端连接第二匪OS管匪2的源极，电感Ll的另一端连接第 一 NMOS管NMl的漏极。2. 根据权利要求1所述的电流复用型射频放大器，其特征在于:所述反相器电路还包括 用于使高频处的增益平坦化的电感L3和电容C4,电感L3和电容C4串联连接，并接于第二 匪OS管匪2的栅极和PMOS管PMl的栅极的之间，具体的，电容C4的一端连接PMOS管PMl的栅 极，电容C4的另一端连接电感L3的一端，电感L3的另一端连接第二NMOS管NM2的栅极。3. 根据权利要求2所述的电流复用型射频放大器，其特征在于:所述反相器电路还包括 电阻Rl和电阻R2，电阻R2的一端接于PMOS管PMl的栅极， 电阻R2的另一端连接电阻Rl的一端、以及电容C4和电感L3的连接端， 电阻Rl的另一端连接PMOS管PMl的漏极。4. 根据权利要求2或3所述的电流复用型射频放大器，其特征在于:所述反相器电路还 包括用于交流耦合的电容C2,电容C2的一端接于电容C4和电感L3的连接端，另一端接于第 一 NMOS管NMl的漏极。5. 根据权利要求1或2或3所述的电流复用型射频放大器，其特征在于:所述反相器电路 还包括用于对输出端进行隔直的电容C3，电容C3的一端接于PMOS管PMl的漏极，另一端作为 射频输出RFOUT。6. 根据权利要求1或2或3所述的电流复用型射频放大器，其特征在于:所述反相器电路 还包括用于旁路的电容C5,电容C5的一端接于第二NMOS管匪2的源极，电容C5的另一端接 地。7. 根据权利要求1或2或3所述的电流复用型射频放大器，其特征在于:所述反相器电路 还包括用于滤波的电容C6，电容C6的一端接于电源电压RFVDD，另一端接地。
【文档编号】H03F1/26GK205566227SQ201620399372
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】陈本彬, 曾世超, 孙铃武, 李文惠, 林和瑞, 杨凯
【申请人】厦门致联科技有限公司