一种低功耗的射频增益模块放大器芯片的制作方法

本发明涉及本发明属于微电子、半导体及通信技术领域，涉及一种低功耗的射频增益模块放大器芯片。

背景技术：

射频增益模块放大器广泛应用于系统链路级间，主要作用是为系统链路提供增益补偿，放大信号功率，其噪声系数、线性度、静态功耗等射频性能也需要兼顾。增益模块内匹配于系统阻抗50ω，便于直接级联使用。增益模块放大器芯片广泛用于射频通信、射频测量、射频仪器、雷达、电子对抗等射频收发系统中。

增益模块放大器芯片的性能一定程度上制约着整个射频系统的性能，对整个射频系统技术水平的提高有至关重要的作用。一个射频系统往往需要多个射频增益模块放大器，降低增益模块放大器芯片的静态功耗对降低整个射频系统的功耗作用明显，因此，研究低功耗的高性能射频增益模块放大器芯片具有很大的应用前景和现实意义。

技术实现要素：

本发明的一种低功耗的射频增益模块放大器芯片，采用共发射极放大结构和达林顿放大结构级联的方式提高增益，同时也有助于调节并改善增益平坦度。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种低功耗的射频增益模块放大器芯片，包括共发射极放大结构、达林顿放大结构、以及动态反馈结构；

所述共发射极放大结构包括晶体管q1、电阻r1、r2和r6、电感l1；所述晶体管q1的集电极通过电阻r1与电源连接，所述晶体管q1的发射极通过电阻r2和电感l1的串联结构接地；所述晶体管q1的基极通过电阻r6与达林顿放大结构中的晶体管q2的发射极、晶体管q3的基极连接，所述晶体管q1的集电极与达林顿放大结构中的晶体管q2的基极连接，所述晶体管q1的发射极与动态反馈电路的电阻r5一端连接；

所述达林顿放大结构包括晶体管q2和q3、电阻r3和r4、电感l2、电容c2；所述晶体管q2的基极与所述晶体管q1的集电极连接，所述晶体管q2的集电极与晶体管q3的集电极连接，所述晶体管q2的发射极与晶体管q3的基极、电阻r3一端连接，所述电阻r3另一端接地，所述电阻r4和电容c2并联形成第一并联结构，所述第一并联结构的一端与晶体管q3的发射极连接，另一端通过电感l2接地；

所述动态反馈结构包括电阻r5和r7、电容c1、二极管d1；所述电阻r7和电容c1并联形成第二并联结构，所述第二并联结构的一端与晶体管q2的基极连接，另一端通过二极管与电阻r5的另一端连接；

所述共发射极放大结构与达林顿放大结构组成级联电路。

在本发明提供的实施例中，负反馈结构被广泛应用。所述共发射极放大结构中包括共发射极负反馈结构，所述共发射极负反馈结构包括电感l1和电阻r2。所述达林顿放大结构中包括末级负反馈结构，所述末级负反馈结构包括电阻r4、电容c2以及电感l2。

还包括片外元件，所述片外元件包括电容c3、c4和c5、电感l3；所述电容c3设置在放大器芯片的输入端；所述电容c4设置在放大器芯片的输出端；所述电容c5与电源并联且一端接地；所述电感l3跨接在共发射极放大结构的供电端和达林顿放大结构的供电端之间，并与电源端连接。

进一步地，所述级联电路为多级串行级联，或，并行级联。在所述动态反馈结构中，可以将多个动态反馈结构并联形成新的动态反馈电路。在所述动态反馈结构中，还可以多个二极管d1并联。在所述动态反馈结构中，二极管d1还可改为晶体管的二极管连接方式，所述晶体管的二极管连接方式为将晶体管的基极与集电极连接。

该放大器采用共发射极放大结构和达林顿放大结构级联的方式提高增益，同时也有助于调节并改善增益平坦度。另一方面，动态反馈结构稳定静态工作点，改善线性度。在动态反馈支路上增加电阻与电容的并联结构，对直流等效电路，动态反馈支路的总电阻增加，该支路静态电流减小，从而减小了电路总静态电流；对射频等效电路，动态反馈支路上增加的电阻由与其并联的电容短路，动态反馈作用明显。该电路结构的缺点是极低频条件下，在动态反馈支路上增加的电阻与电容并联结构中，电阻作用更明显，使反馈支路上的总电阻过大导致反馈几乎失效，可以通过增大电容使电路在工作频段内正常工作。该增益模块放大器芯片具有结构简单，尺寸小，增益高、增益平坦度好、线性度高、静态功耗低、回波损耗好等优点，低静态功耗尤其提高了增益模块放大器芯片的实用性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。

图1为本发明实施例的低功耗增益模块放大器芯片的电路原理图。

图2为本发明芯片电路的应用电路。

图3为本发明静态电流随温度变化的仿真结果；

图4为本发明在－55℃、－40℃、25℃、85℃、125℃五温条件下小信号增益随频率变化的仿真结果；

图5为本发明在－55℃、－40℃、25℃、85℃、125℃五温条件下噪声系数随频率变化的仿真结果；

图6为本发明在－55℃、－40℃、25℃、85℃、125℃五温条件下输出1db功率压缩点随频率变化的仿真结果；

图7本发明在－55℃、－40℃、25℃、85℃、125℃五温条件下输出三阶交调点随频率变化的仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。

本发明提供一种低功耗的射频增益模块放大器芯片，包括共发射极放大结构1、达林顿放大结构2、以及动态反馈结构3；一方面，该放大器采用共发射极放大结构1和达林顿放大结构2级联的方式提高增益，同时也有助于调节并改善增益平坦度。另一方面，动态反馈结构稳定静态工作点，改善线性度。

下面结合附图，通过具体的实施例对本发明实施例提供的一种低功耗的射频增益模块放大器芯片的电路原理进行详细的解释说明。

如图1所示，可以看出，低功耗的射频增益模块放大器芯片包括共发射极放大结构1、达林顿放大结构2、以及动态反馈结构3；

可以看出，射频信号从芯片输入端口input输入，经过由带电阻与电容并联结构的动态反馈电路和负反馈电路配置的共发射极放大结构和达林顿放大结构级联电路后，由芯片输出端口output输出。芯片由单电源vcc供电。

所述共发射极放大结构1包括晶体管q1、电阻r1、r2和r6、电感l1；所述晶体管q1的集电极通过电阻r1与电源连接，所述晶体管q1的发射极依次通过电阻r2和电感l1接地；所述晶体管q1的基极通过电阻r6与达林顿放大结构中的晶体管q2的发射极、晶体管q3的基极连接，所述晶体管q1的集电极与达林顿放大结构中的晶体管q2的基极连接，所述晶体管q1的发射极与动态反馈电路的电阻r5一端连接；

所述达林顿放大结构2包括晶体管q2和q3、电阻r3和r4、电感l2、电容c2；所述晶体管q2的基极与所述晶体管q1的集电极连接，所述晶体管q2的集电极与晶体管q3的集电极连接，所述晶体管q2的发射极与晶体管q3的基极、电阻r3一端连接，所述电阻r3另一端接地，所述电阻r4和电容c2并联形成第一并联结构，所述第一并联结构的一端与晶体管q3的发射极连接，另一端通过电感l2接地；

电阻r4和电容c2并联结构用以抬高放大器高频增益，提高增益平坦度，电感l2主要为了改善输出回波损耗。

所述动态反馈结构3包括电阻r5和r7、电容c1、二极管d1；所述电阻r7和电容c1并联形成第二并联结构，所述第二并联结构的一端与晶体管q2的基极连接，另一端通过二极管与电阻r5的另一端连接；

在本发明提供的实施例中，动态反馈结构上增加了电阻和电容的并联结构，使动态反馈支路的直流等效电路和射频等效电路不同。电阻和电容的并联结构中的电阻增大了动态反馈支路直流等效电路的串联总电阻，减小动态反馈支路的直流功耗，这也是本设计减小直流功耗的基础；对射频等效电路，该并联结构中的电容将电阻短路，与无电阻和电容并联结构的动态反馈支路的射频等效电路相同，从而几乎不影响电路的射频性能。该结构的劣势是，在动态反馈支路上的电阻和电容的并联结构中，电容不可能无限大，导致该结构工作频率不可能延伸至极低频，这在集成电路中尤其如此。

进一步地，在本发明提供的实施例中，所述共发射极放大结构中包括共发射极负反馈结构，所述共发射极负反馈结构包括电感l1和电阻r2。

进一步地，在本发明提供的实施例中，所述达林顿放大结构中包括末级负反馈结构，所述末级负反馈结构包括电阻r4、电容c2以及电感l2。

如图2所示，可以看出，芯片外还包括片外元件，所述片外元件包括电容c3、c4和c5、电感l3；所述电容c3设置在放大器芯片的输入端；所述电容c4设置在放大器芯片的输出端；所述电容c5与电源并联且一端接地；所述电感l3跨接在共发射极放大结构的供电端和达林顿放大结构的供电端之间，并与电源端连接。

具体的，本发明提供的实施方式中，该芯片片外元件包括电感l3、电容c3、c4和c5。电容c3和c4分别为输入和输出端口的片外隔直电容；电容c5是片外去耦电容；电感l3是片外扼流电感，使共发射极放大结构供电端和达林顿放大结构供电端射频隔离，同时也防止了输出功率泄露。电源端并联片外去耦电容c5，滤除射频泄露信号和电源杂波，防止信号串扰。

优选的，所述级联电路为多级串行级联，或，并行级联。

优选的，在所述动态反馈结构中，可以将多个动态反馈结构并联形成新的动态反馈电路。

优选的，在所述动态反馈结构中，还可以多个二极管d1并联。

优选的，在所述动态反馈结构中，二极管d1还可改为晶体管的二极管连接方式；所述晶体管的二极管连接方式为将晶体管的基极与集电极连接。

本发明采用共发射极放大结构和达林顿放大结构级联电路实现高增益，使用负反馈电路改善放大器增益平坦度，实现宽带匹配。

其中，电阻r2和电感l1是第一级共发射极放大级负反馈结构，改善输入回波，调节该级增益、噪声和线性度；

电阻r4、电容c2和电感l2构成达林顿放大结构末级晶体管负反馈结构，r4调节静态偏置电流并作镇流电阻而改善电路热稳定性，r4和c2的并联结构提高高频增益，改善增益平坦度，电感l2改善输出回波；

电阻r6既是反馈，又为第一级共发射极放大级提供自偏置；

电阻r5、二极管d1、电阻r7和电容c1的并联结构构成动态反馈支路，不仅影响电路性能，而且进一步稳定了静态工作点，提高放大器线性度，改善电路稳定性；

电阻r7和电容c1的并联结构能够减小动态反馈支路静态功耗，从而减小芯片静态功耗，同时，适当选取电容c1的容值，在工作频带内实现对电阻r7的射频短路，保证射频性能的正常实现。

如图3所示，可以看出，在本发明提供的技术方案中，静态电流随着温度的升高而变大。

如图4所示，可以看出，在本发明提供的技术方案中，在不同的温度下，当频率在0.1－3ghz时，信号增益基本不变，但频率超过3ghz时，信号的增益开始下降。

如图5所示，可以看出，在本发明提供的技术方案中，在不同的温度下，当频率逐步升高时，噪声系数也开始缓慢的逐步增加，但不同的温度对噪声系数具有一定的影响，温度越高，噪声系数的越大。

如图6所示，可以看出，在本发明提供的技术方案中，在不同的温度下，当频率在0.1－2.5ghz时，输出1db功率压缩点基本不变，但频率超过2.5ghz时，输出1db功率压缩点开始明显下降。

如图7所示，可以看出，在本发明提供的技术方案中，在不同温度下，当频率逐步增加时，三阶交调点随频率的增加而减小。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。