增益可调式射频放大器的制造方法

文档序号:10880527阅读:470来源:国知局
增益可调式射频放大器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种增益可调式射频放大器,其包括第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第一电感L1、第二电感L2、第一偏置电压VB1、第二偏置电压VB2、第三偏置电压VB3、第四偏置电压VB4及电源电压RFVDD。与现有技术相比,本实用新型在传统固定增益放大器的电路结构上增加一条反馈电路,通过该反馈电路实现增益可调,大大扩展了该放大器的用途范围;通过在第一NMOS管NM1的栅级处增设一条偏置电路,主要用于调节输入阻抗匹配,提高电路灵敏度及该放大器的整体性能。
【专利说明】
増益可调式射频放大器
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种增益可调式的射频放大器,属于RFID读卡机中射频放大器技 术领域。
【背景技术】
[0002] 最近几年随着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,最终提高整个RFID读卡 机的灵敏度。传统的射频放大器中,增益都是固定的,而有些系统则需要增益可调的模式。 例如在RFID系统应用中,标签时近时远,整个系统要求的总增益就需要有变化,另外读卡机 中也要求有监听模式和读模式,而对于读模式,灵敏度要求相对较低,而对于监听模式,则 要求更高的灵敏度。
[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。现有技术中的射频放大器的电路图如图1所 示,其增益是固定不变的,使得放大器在某些场合无法应用。 【实用新型内容】
[0004] 因此,针对上述的问题,本实用新型提出一种增益可调式的射频放大器,在现有的 电路基础上做了改进,增加了增益可调的功能,使得放大器的用途更加的广泛,以解决现有 技术之不足。
[0005] 为了实现上述目的,本实用新型的实现思路是,在输出端和输入端加入了反馈电 路,当需要高增益工作模式时,开关管就关闭反馈功能,当需要低增益模式时,就打开反馈 电路,降低整体电路的增益。另外为了调节输入阻抗匹配,还增加一组偏置电路。
[0006] 具体的,本实用新型所采用的技术方案是,一种增益可调式射频放大器,包括第一 NM0S管匪1、第二NM0S管匪2、第三NM0S管匪3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电 容C4、第一电阻R1、第一电感L1、第二电感L2、第一偏置电压VB1、第二偏置电压VB2、第三偏 置电压VB3、第四偏置电压VB4及电源电压RFVDD;所述第一电容C1的上极板连接射频信号输 入端RFIN,所述第一电容C1的下极板与第一电阻R1的一端、第三匪0S管匪3的源极、及第一 NM0S管匪1的栅极连接,第一电阻R1的另一端连接第一偏置电压VB1,第三NM0S管NM3的栅极 连接第三偏置电压VB3,第三电容C3的下极板与第一电感L1的一端、第二电容C2的上极板及 第二匪0S管匪2的漏极连接,所述第一电感L1的另一端接电源电压RFVDD,第二电容C2的下 极板连接射频信号输出端RF0UT,第二NM0S管匪2的栅极连接第二偏置电压VB2,第二NM0S管 匪2的源极连接第一 NM0S管匪1的漏极,第一匪0S管匪1的栅极与第三匪0S管匪3的源极、第 一电容C1的下极板及第一电阻R1的一端连接,第一 NM0S管NM1的源极与第二电感L2的一端 连接,第二电感L2的另一端接地,所述第四电容的上极板接电源电压RFVDD,第四电容的下 极板接地。
[0007] 为了调节输入阻抗匹配,该增益可调式射频放大器还包括一组由第二电阻R2和第 四匪0S管匪4串联构成的偏置电路,具体的,第二电阻R2的一端与第一NM0S管匪1的栅极连 接,第二电阻R2的另一端与第四匪0S管匪4的漏极连接,第四NM0S管匪4的源极接地,第四 匪0S管匪4的栅极连接第四偏置电压VB4,第四偏置电压VB4的源极接地。第三匪0S管匪3管 和第三电容C3连接了该放大器的输入和输出端,构成了放大器的反馈电路,通过所述反馈 电路实现增益可调。
[0008] 进一步的,为了更精确的控制反馈环路中的阻抗,该增益可调式射频放大器还包 括第三电阻R3,第三电阻R3的一端连接第三偏置电压VB3的漏极,第三电阻R3的另一端连接 第三电容C3的上极板。
[0009] 上述电路中,第一M0S管匪1是共源输入管,为放大器的信号输入端,第二M0S管匪2 为共源共栅管,用于提高电路的增益以及消除米勒效应,第三M0S管匪3为一开关管,栅端电 压的大小决定了反馈电路的开和关,当反馈电路导通时M0S又等效于一电阻,决定了反馈的 大小,第三电阻R3为辅助电阻,有助于更精确控制反馈环路的阻抗值。电容C3为反馈电容, 第一电阻R1为偏置电阻,第二电感L2为源极负反馈电阻,有利于输入阻抗的匹配以及整个 电路噪声系数的匹配,第一电感L1为负载电感,提高对应频率上的等效负载,C1和C2为输入 和输出隔直电容。第二电阻R2为偏置电阻,第四M0S管NM4为开关管,C4为电源滤波电容。 [0010] 本实用新型实现了一种增益可调式射频放大器,用于900MHz或者2.4GHz的RFID读 卡机中。与现有技术相比,本实用新型在传统固定增益放大器的电路结构上增加一条反馈 电路,通过该反馈电路实现增益可调,大大扩展了该放大器的用途范围;通过在第一 NM0S管 NM1的栅级处增设一条偏置电路,主要用于调节输入阻抗匹配,提高电路灵敏度及该放大器 的整体性能。同时,本实用新型的结构简单,易于实现,具有很好的实用性。
【附图说明】
[0011] 图1为【背景技术】中提到的射频放大器的电路原理图;
[0012] 图2为本实用新型的增益可调式射频放大器的电路原理图。
【具体实施方式】
[0013] 现结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进一步说明。
[0014] 本实用新型公开了一种增益可调式射频放大器,应用于900MHz或者2.4GHz的RFID 读卡机中。在传统的射频放大器中,增益往往是固定不变的,而在RFID的应用中,标签的位 置变化会特别大,可能就在读卡机表面,也可能距离读卡机十米之远。因此对于这类RFID读 卡机,就需要整个系统的增益多级可调,从而适应各种距离的应用。本实用新型为了解决上 述问题而提出了一种增益可调式的射频放大器,实现了增益连续可调,且调节范围较大,前 级射频放大器的增益可调,意味着可以更好的优化整个系统的性能指标。
[0015] 作为一个具体的实施例,本实用新型的增益可调式射频放大器与附图2所示的电 路具有完全相同的电路结构。参见图2,本实用新型的一种增益可调式射频放大器,包括第 一NM0S管匪1、第二匪0S管匪2、第三匪0S管匪3、第四NM0S管匪4、第一电容C1、第二电容C2、 第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电感L1、第二电感L2、 第一偏置电压VB1、第二偏置电压VB2、第三偏置电压VB3、第四偏置电压VB4及电源电压 RFVDD;所述第一电容C1的上极板连接射频信号输入端RFIN,所述第一电容C1的下极板与第 一电阻R1的一端、第三NMOS管匪3的源极、第二电阻R2的一端及第一 NMOS管匪1的栅极连接, 第一电阻R1的另一端连接第一偏置电压VB1,第二电阻R2的另一端与第四NMOS管NM4的漏极 连接,第四匪0S管匪4的栅极连接第四偏置电压VB4,第四偏置电压VB4的源极接地,第三 NMOS管匪3的栅极连接第三偏置电压VB3,第三偏置电压VB3的漏极连接第三电阻R3的一端, 第三电阻R3的另一端连接第三电容C3的上极板,第三电容C3的下极板与第一电感L1的一 端、第二电容C2的上极板及第二NMOS管NM2的漏极连接,所述第一电感L1的另一端接电源电 压RFVDD,第二电容C2的下极板连接射频信号输出端RFOUT,第二NMOS管NM2的栅极连接第二 偏置电压VB2,第二NMOS管匪2的源极第一匪0S管匪1的漏极,第一 NMOS管匪1的栅极与第二 电阻R2的一端、第三NMOS管匪3的源极、第一电容C1的下极板及第一电阻R1的一端连接,第 一 NMOS管NM1的源极与第二电感L2的一端连接,第二电感L2的另一端接地,所述第四电容的 上极板接电源电压RFVDD,第四电容的下极板接地。
[0016]上述增益可调式射频放大器结构中,匪1为共源输入管,匪2为共源共栅管,匪3为 开关电阻管,匪4为控制管,C1为输入隔直电容,C2为输出隔直电容,C3为反馈电容,C4为滤 波电容,L1为负载电感,L2为源极串联电感,R1为偏置电阻,R2为偏置电阻。匪3和C3连接了 放大器的输入和输出端,构成了放大器的反馈电路。R2和匪4构成输入阻抗匹配可调电路, R2和NM4可根据阻抗匹配需要进行调节,目的是为了有更好的输入阻抗,使得输入损耗最 小。
[0017] 参阅图2,本实用新型的总体结构采用了共源共栅结构,输入端采用共源输入,并 使用源极负反馈电感来优化电路的输入匹配和噪声系数性能。通过小信号分析可以得到输 入阻抗公式:
[0018]
[0019] 公式中,其中,gml为第一匪0S管匪1管的跨导,Cgsl为第一匪0S管匪1管的栅源寄生 电容,L为源极负反馈电感。当谐振频率和工作频率吻合时,此时的输入阻抗爻
通过合理设计晶体管的尺寸和电感值大小,可以得到较好的输入匹配,当然这里还需要另 外考虑pad寄生电容和ESD保护电路寄生电容对电路的影响。
[0020] 正常工作时,射频电压信号通过第一电容C1流向第一 NM0S管NM1,并将射频电压信 号转换成射频电流信号;接着,转换后的射频电流信号流过第二匪0S管匪2,并在第一电感 L1上产生一电压信号;然后,该电压信号通过第二电容C2输出。作为优选方案,第二NM0S管 匪2的第二偏置电压VB2连接电源电压,第一 NM0S管匪1的第一偏置电压VB1可以根据电路性 能选择一合适电压即可。
[0021] 当电路需要增益可调时,可以通过在输入和输出端之间的反馈电路来控制。具体 的,当第三匪0S管匪3的栅极电压即第三偏置电压VB3〈VB1+Vth时(Vth为门限电压),第三 匪0S管匪3关断,即切断反馈电路,此时,电路总增益最大。当VB3>VB1+Vth时,第三匪0S管 匪3导通,工作在深三极管区,此时,第三NM0S管匪3就等效于一电阻,使得输出的一部分信 号反馈到输入端,从而降低了电路的增益,实现增益可调。所述第三电容C3为反馈电阻,用 于阻直流通交流。因此,当第三NMOS管NM3工作在深三极管区,其等效的电阻为:
[0022]
[0023] 其中,K为第三匪0S管匪3系数,W/L为第三匪0S管匪3的宽长比。由上式可知,当第 三偏置电压VB3越大时,第三NM0S管匪3导通越厉害,其等效电阻就越小,电路总增益也就越 小。这样就可以通过调节VB3,达到了增益可调的功能。另外,第三电阻R3是为了更精确的控 制反馈环路中的阻抗而设置的。
[0024] 与现有技术相比,本实用新型的增益可调式射频放大器具有增益可调的优点,同 时输入阻抗匹配还可以根据需要进行匹配,大大扩展了其使用用途。
[0025] 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. 一种增益可调式射频放大器,其特征在于:包括第一匪OS管匪I、第二匪OS管匪2、第 三匪OS管NM3、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻Rl、第一电感 L1、第二电感L2、第一偏置电压VB1、第二偏置电压VB2、第三偏置电压VB3、第四偏置电压VB4 及电源电压RFVDD; 所述第一电容Cl的上极板连接射频信号输入端RFIN,所述第一电容Cl的下极板与第一 电阻Rl的一端、第三匪OS管匪3的源极及第一匪OS管匪1的栅极连接,第一电阻Rl的另一端 连接第一偏置电压VBl;第三NMOS管NM3的栅极连接第三偏置电压VB3,第三电容C3的下极板 与第一电感L1的一端、第二电容C2的上极板及第二NMOS管NM2的漏极连接,所述第一电感L1 的另一端接电源电压RFVDD,第二电容C2的下极板连接射频信号输出端RFOUT,第二匪OS管 匪2的栅极连接第二偏置电压VB2,第二NMOS管匪2的源极连接第一匪OS管匪1的漏极,第一 匪OS管NMl的栅极与第三匪OS管NM3的源极、第一电容Cl的下极板及第一电阻Rl的一端连 接,第一 NMOS管NMl的源极与第二电感L2的一端连接,第二电感L2的另一端接地,所述第四 电容的上极板接电源电压RFVDD,第四电容的下极板接地。2. 根据权利要求1所述的增益可调式射频放大器,其特征在于:该增益可调式射频放大 器还包括由第二电阻R2和第四NMOS管NM4串联构成的偏置电路,具体的,第二电阻R2的一端 与第一匪OS管匪1的栅极连接,第二电阻R2的另一端与第四匪OS管匪4的漏极连接,第四 WOS管匪4的源极接地,第四NMOS管NM4的栅极连接第四偏置电压VB4,第四偏置电压VB4的 源极接地。3. 根据权利要求1或2所述的增益可调式射频放大器,其特征在于:该增益可调式射频 放大器还包括第三电阻R3,第三电阻R3的一端连接第三偏置电压VB3的漏极,第三电阻R3的 另一端连接第三电容C3的上极板。
【文档编号】H03F3/19GK205566231SQ201620398834
【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
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