低噪声放大器、相关设备及芯片的制作方法

1.本实用新型涉及放大器电路领域，尤其涉及一种低噪声放大器、wifi 6e通信设备及芯片。


背景技术：

2.目前，通信技术的发展，低噪声放大器(low noise amplifier，简称lna)在通信系统中承担了越来越重要的角色，低噪声放大器是通信系统中的射频前端非常重要的模组，其作用为处理天线接收的信号，减弱通信模块的噪声。低噪声放大器的性能直接决定通信系统中的接收机的灵敏度进而信号频谱模板等，从而影响和决定整个通信系统的各项性能指标。随着超宽带的wifi 6e概念的提出，wifi 6e通信低噪声放大器的工作带宽进一步拓展，从5.15ghz-5.85ghz拓宽到5.15ghz-7.125ghz。超宽的工作频带，使得wifi 6e再一次解决了wifi频谱资源不足的问题，并且提供更高的传输速率，非常适合高性能应用。
3.相关技术的wifi 6e通信低噪声放大器包括偏置电路和依次连接的输入匹配网络电路、放大电路以及负载网络电路。输入匹配网络电路作用是在lna的工作带宽内实现输入阻抗的匹配,以避免对通信系统中的天线/射频滤波器的干扰。放大电路的主体由两个e_mode晶体管组成的casecode结构放大电路。负载网络电路的阻抗特性直接影响lna的功率增益幅度和工作带宽内的增益平坦度，负载网络电路包括esd保护电路，esd保护电路除了起到esd保护作用，实际上其寄生电容对电路有很大影响，使其成为了负载匹配网络的一部分。
4.然而，相关技术的wifi 6e通信低噪声放大器在更宽的工作带宽情况下的性能指标受到电路的限制。其中，输入匹配网络和负载匹配网络带宽较窄。在超宽带环境中，wifi 6e通信低噪声放大器是一些重要的技术指标，例如增益、s11、s22以及噪声系数等指标恶化严重，无法满足wifi 6e对于超宽带lna的需求。
5.因此，实有必要提供一种新的低噪声放大器、相关设备和芯片解决上述问题。


技术实现要素：

6.针对以上现有技术的不足，本实用新型提出一种工作频带宽且性能指标高的低噪声放大器、wifi 6e通信设备及芯片。
7.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种低噪声放大器，其包括偏置电路和依次连接的输入匹配网络电路、放大电路以及负载网络电路；
8.所述偏置电路与所述放大电路连接，用于为所述放大电路提供偏置电压；
9.所述输入匹配网络电路用于将外部连接的前级电路与所述放大电路阻抗匹配；
10.所述负载网络电路用于实现其与外部连接的后级电路阻抗匹配；
11.所述输入匹配网络电路包括第一电容、第二电容、第一电感以及第五电感；
12.所述第一电容的第一端作为所述输入匹配网络电路的输入端；
13.所述第一电容的第二端分别连接至所述第一电感的第一端和所述第五电感的第
一端；
14.所述第五电感的第二端作为所述输入匹配网络电路的输出端；
15.所述第一电感的第二端连接至所述第二电容的第一端；
16.所述第二电容的第二端连接至接地；
17.所述负载网络电路包括一级匹配电路模块，所述一级匹配电路模块包括第四电感、第六电感以及第九电容；
18.所述第四电感的第一端作为所述一级匹配电路模块的输入端；
19.所述第四电感的第二端分别连接至所述第六电感的第一端和所述第九电容的第一端，并作为所述一级匹配电路模块的输出端；
20.所述第六电感的第二端和所述第九电容的第二端均连接至接地。
21.优选的，所述低噪声放大器还包括第三电容、第四电容、第八电容、第五电阻、第六电阻、第八电阻、第二电感、第五晶体管以及第二稳压源；
22.所述负载网络电路还包括第三电感、第七电感、第五电容、第六电容、第七电容、第七电阻、第九电阻以及第四晶体管；
23.所述放大电路包括第一晶体管和第二晶体管；
24.所述输入匹配网络电路的输入端作为所述低噪声放大器的信号输入端；
25.所述输入匹配网络电路的输出端分别连接至所述偏置电路的输出端、所述第八电容的第一端以及所述第一晶体管的栅极；
26.所述第八电容的第二端连接至接地；
27.所述第一晶体管的源极通过串联所述第二电感连接至接地，所述第一晶体管的漏极连接至所述第二晶体管的源极；
28.所述第二晶体管的栅极分别连接至所述第三电容的第一端、所述第五电阻的第二端以及所述第六电阻的第二端；
29.所述第二晶体管的漏极分别连接所述第四电容的第一端、所述第五电容的第一端以及所述第三电感的第二端；
30.所述第三电容的第二端连接至接地；所述第五电阻的第一端连接至所述第四电容的第二端；
31.所述第六电阻的第一端分别连接至所述第九电阻的第一端、所述第六电容的第一端以及所述第五晶体管的源极；
32.所述第九电阻的第二端连接至所述第三电感的第一端；
33.所述第六电容的第二端连接至接地；
34.所述第五晶体管的漏极连接至所述第二稳压源的正极端，所述第五晶体管的栅极连接至所述第八电阻的第二端；
35.所述第二稳压源的负极端连接至接地；
36.所述第八电阻的第一端连接至所述第七电阻的第一端，并作为所述低噪声放大器的控制信号输入端；
37.所述第七电阻的第二端连接至所述第四晶体的栅极；
38.所述第四晶体的源极连接至所述第五电容的第二端，所述第四晶体的漏极连接至所述第七电容的第一端；
39.所述第七电容的第二端连接至所述一级匹配电路模块的输入端；
40.所述一级匹配电路模块的输出端连接至所述第七电感的第一端；
41.所述第七电感的第二端作为所述低噪声放大器的信号输出端。
42.优选的，所述偏置电路包括第一稳压源、第三晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻；
43.所述第一稳压源的负极端连接至接地，所述第一稳压源的正极端连接至所述第一电阻的第一端；
44.所述第一电阻的第二端分别连接至所述第三晶体管的漏极、所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端以及所述第四电阻的第一端；
45.所述第三晶体管的源极连接至接地，所述第三晶体管的栅极连接至所述第二电阻的第二端；
46.所述第三电阻的第二端连接至接地；
47.所述第四电阻的第二端作为所述偏置电路的输出端。
48.优选的，所述一晶体管和所述二晶体管均为gaas基edphemt工艺的e_mode晶体管，所述四晶体管以及所述五晶体管均为gaas基edphemt工艺的d_mode开关晶体管。
49.优选的，所述一晶体管、所述二晶体管、所述三晶体管、所述四晶体管以及所述五晶体管均为nmos管。
50.优选的，所述第二电感l2为参数可调，所述第九电阻为参数可调。
51.优选的，所述第四电感、所述第六电感以及所述第九电容均为参数可调。
52.本实用新型还提供了一种一种wifi 6e通信设备，所述wifi 6e通信设备包括如上中任意一项所述的低噪声放大器。
53.本实用新型还提供了一种芯片，所述芯片包括如上任意一项所述的低噪声放大器，所述芯片为gaas基edphemt工艺制成。
54.与相关技术相比，本实用新型的低噪声放大器通过设置第一电容、第二电容、第一电感以及第五电感构成所述输入匹配网络电路，使得所述输入匹配网络电路形成两级lc滤波网络，其中第一电容、第二电容以及第一电感形成一级lc滤波网络，第五电感与其连接的第八电容形成二级lc滤波网络，二级lc滤波网络进一步拓展带宽，第八电容实际由所述放大电路的栅/漏寄生电容形成。本实用新型的wifi 6e还通信低噪声放大器通过在所述负载网络电路设置一级匹配电路模块，所述一级匹配电路模块包括第四电感、第六电感以及第九电容。其中，第九电容为esd的寄生电容，第六电感与第九电容组成并联谐振电路，并联谐振电路与第四电感组成一级匹配电路，使得一级匹配电路进一步拓展带宽。该电路结构使得低噪声放大器的s11指标、s22指标以及增益指标满足wifi 6e的5.15ghz-7.125ghz超宽的工作频带下的性能要求。从而使得本实用新型的低噪声放大器、移动通信设备及芯片的工作频带宽且性能指标高。
附图说明
55.下面结合附图详细说明本实用新型。通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中,
56.图1为本实用新型实施例一低噪声放大器的电路结构图；
57.图2为本实用新型实施例一低噪声放大器的输入匹配网络电路的电路图；
58.图3为本实用新型实施例一低噪声放大器的一级匹配电路模块的电路图；
59.图4为本实用新型实施例二低噪声放大器的电路图；
60.图5为本实用新型实施例低噪声放大器的反射系数s11曲线示意图；
61.图6为本实用新型实施例低噪声放大器的s22指标曲线示意图；
62.图7为本实用新型实施例低噪声放大器的增益曲线示意图。
具体实施方式
63.下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
64.在此记载的具体实施方式/实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本实用新型的保护范围之内。
65.(实施例一)
66.本实用新型实施例提供一种低噪声放大器100，用于超宽带wifi 6e通信。
67.请同时参考图1-3所示，其中，图1为本实用新型实施例一低噪声放大器的电路结构图。
68.所述低噪声放大器100应用于5.15ghz-7.125ghz工作频带的wifi 6e产品。
69.本实施方式中，所述低噪声放大器100采用gaas基edphemt工艺制成。
70.所述低噪声放大器100包括偏置电路4和依次连接的输入匹配网络电路1、放大电路2以及负载网络电路3。
71.所述偏置电路4用于提供所述放大电路2的偏置电压，所述偏置电路4与所述放大电路2连接。
72.所述输入匹配网络电路1用于将外部连接的前级电路与所述放大电路2阻抗匹配。所述输入匹配网络电路1在lna的工作带宽内实现输入阻抗的匹配,以避免对通信系统中的天线/射频滤波器的干扰。
73.请参考图2所示，图2为本实用新型实施例一低噪声放大器100的输入匹配网络电路的电路图。
74.具体的，所述输入匹配网络电路1包括第一电容c1、第二电容c2、第一电感l1以及第五电感l5。
75.所述输入匹配网络电路1的电路结构为：
76.所述第一电容c1的第一端作为所述输入匹配网络电路1的输入端。
77.所述第一电容c1的第二端分别连接至所述第一电感l1的第一端和第五电感l5的第一端。
78.所述第五电感l5的第二端作为所述输入匹配网络电路1的输出端。
79.所述第一电感l1的第二端连接至所述第二电容c2的第一端。
80.所述第二电容c2的第二端连接至接地gnd。
81.其中，所述输入匹配网络电路1形成两级lc滤波网络，其中所述第一电容c1、第二电容c2以及第一电感l1形成一级lc滤波网络，所述第五电感l5与其连接的所述放大电路2的晶体管栅/漏寄生电容形成二级lc滤波网络。二级lc滤波网络进一步拓展低噪声放大器100的带宽。
82.所述放大电路2用于放大信号。本实施方式中，所述放大电路2由两个e_mode晶体管组成的casecode结构放大电路构成。
83.所述负载网络电路3用于实现其与外部连接的后级电路阻抗匹配。所述负载网络电路3的阻抗特性直接影响lna的功率增益幅度和工作带宽内的增益平坦度。
84.所述负载网络电路3包括一级匹配电路模块31。
85.请参考图3所示，图3为本实用新型实施例一低噪声放大器100的一级匹配电路模块的电路图。
86.具体的，所述一级匹配电路模块31包括第四电感l4、第六电感l6以及第九电容c9。
87.所述第四电感l4的第一端作为所述一级匹配电路模块31的输入端。
88.所述第四电感l4的第二端分别连接至所述第六电感l6的第一端和所述第九电容c9的第一端，并作为所述一级匹配电路模块31的输出端。
89.所述第六电感l6的第二端和所述第九电容c9的第二端均连接至接地gnd。
90.其中，所述第九电容c9为esd的寄生电容，所述第六电感l6与所述第九电容c9组成并联谐振电路，并联谐振电路与所述第四电感l4组成一级匹配电路，使得一级匹配电路进一步拓展低噪声放大器100的带宽。
91.(实施例二)
92.实施例二的低噪声放大器为实施例一低噪声放大器100中的其中一种具体电路结构。
93.请参考图4所示，图4为本实用新型实施例二低噪声放大器的电路图。
94.在实施例二中，所述低噪声放大器100还包括第三电容c3、第四电容c4、第八电容c8第五电阻r5、第六电阻r6、第八电阻r8、第二电感l2、第五晶体管m5以及第二稳压源vdc2。其中，所述第八电容c8为所述放大电路2的e_mode晶体管的栅/漏寄生电容形成。
95.本实施例中，所述五晶体管m5为gaas基edphemt工艺的d_mode开关晶体管。
96.所述负载网络电路3还包括第三电感l3、第七电感l7、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c6、第七电阻r7、第九电阻r9以及第四晶体管m4。
97.本实施例中，所述第四晶体管m4为gaas基edphemt工艺的d_mode开关晶体管。
98.所述放大电路2包括第一晶体管m1和第二晶体管m2。
99.本实施例中，所述一晶体管m1和所述二晶体管m2均为gaas基edphemt工艺的e_mode晶体管。
100.本实施方式中，所述偏置电路4包括第一稳压源vdc1、第三晶体管m3、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4。
101.所述偏置电路4的电路结构为：
102.所述第一稳压源vdc1的负极端连接至接地gnd，所述第一稳压源vdc1的正极端连接至所述第一电阻r1的第一端。
103.所述第一电阻r1的第二端分别连接至所述第三晶体管m3的漏极、所述第二电阻r2
的第一端、所述第三电阻r3的第一端以及所述第四电阻r4的第一端。
104.所述第三晶体管m3的源极连接至接地gnd，所述第三晶体管m3的栅极连接至所述第二电阻r2的第二端。
105.所述第三电阻r3的第二端连接至接地gnd。
106.所述第四电阻r4的第二端作为所述偏置电路的输出端。
107.在另一个实施例中，所述一晶体管m1、所述二晶体管m2、所述三晶体管m3、所述四晶体管m4以及所述五晶体管m5均为nmos管。晶体管均采用nmos管可以使得电路易于在制造成芯片，有利于芯片制造和应用，同时也可以降低芯片成本。
108.本实施例中，所述第一稳压源vdc1和所述第二稳压源vdc2均为电池组制成。
109.实施例二中的所述低噪声放大器100电路结构为：
110.所述输入匹配网络电路1的输入端作为所述低噪声放大器100的信号输入端lnain。
111.所述输入匹配网络电路1的输出端分别连接至所述偏置电路4的输出端、所述第八电容c8的第二端以及所述第一晶体管m1的栅极。
112.所述第八电容c8的第二端连接至接地gnd。
113.所述第一晶体管m1的源极通过串联所述第二电感l2连接至接地gnd，所述第一晶体管m1的漏极连接至所述第二晶体管m2的源极。
114.所述第二晶体管m2的栅极分别连接至所述第三电容c3的第一端、所述第五电阻r5的第二端以及所述第六电阻r6的第二端。
115.所述第二晶体管m2的漏极分别连接所述第四电容c4的第一端、所述第五电容c5的第一端以及所述第三电感l3的第二端。
116.所述第三电容c3的第二端连接至接地gnd；所述第五电阻r5的第一端连接至所述第四电容c4的第二端。
117.所述第六电阻r6的第一端分别连接至所述第九电阻r9的第一端、所述第六电容c6的第一端以及所述第五晶体管m5的源极。
118.所述第九电阻r9的第二端连接至所述第三电感l3的第一端；
119.所述第六电容c6的第二端连接至接地gnd。
120.所述第五晶体管m5的漏极连接至所述第二稳压源vdc2的正极端，所述第五晶体管m5的栅极连接至所述第八电阻r8的第二端。
121.所述第二稳压源vdc2的负极端连接至接地gnd。
122.所述第八电阻r8的第一端连接至所述第七电阻r7的第一端，并作为所述低噪声放大器100的控制信号输入端lnaen。
123.所述第七电阻r7的第二端连接至所述第四晶体的栅极。
124.所述第四晶体的源极连接至所述第五电容c5的第二端，所述第四晶体的漏极连接至所述第七电容c6的第一端。
125.所述第七电容c6的第二端连接至所述一级匹配电路模块31的输入端。
126.所述一级匹配电路模块31的输出端连接至所述第七电感l7的第一端。
127.所述第七电感l7的第二端作为所述低噪声放大器100的信号输出端lnaout。
128.所述低噪声放大器100实现工作频带宽且性能指标高的原理如下：
129.在实施二中，所述输入匹配网络电路1形成两级lc滤波网络，其中所述第一电容c1、第二电容c2以及第一电感l1形成一级lc滤波网络，所述第五电感l5与所述第八电容c8形成二级lc滤波网络。其中，所述第八电容c8为所述放大电路2的所述第一晶体管m1的栅/漏寄生电容形成。
130.二级lc滤波网络进一步拓展低噪声放大器100的带宽。因此，所述低噪声放大器在输入的所述射频信号为5.1ghz-7.1ghz频率范围内的反射系数s11小于-10.3db。
131.在此基础上，所述第二电感l2为参数可调。适当的减小所述第一晶体管m1的所述第二电感l2，使反射系数s11在可接受的范围内变差，会使得低噪声放大器100整体增益有一定程度的上升。因此，所述低噪声放大器100在输入的所述射频信号为5.1ghz-7.1ghz频率范围内的增益大于16.6db。
132.在实施例二中，为了解决超带宽问题，所述低噪声放大器10采用两种电路结构解决：
133.第一种电路结构是在用于供电作用的第三电感l3前端增加所述第九电阻r9，配合第四电容c4和第五电阻r5组成的放大器反馈电路，用以扩展频带带宽。
134.所述第九电阻r9为参数可调。调节所述第九电阻r9的阻值可以拓展了匹配带宽，增加了增益平坦度。
135.第二种电路结构是所述负载网络电路3中设置一级匹配电路模块31，其中所述一级匹配电路模块31包括第四电感l4、第六电感l6以及第九电容c9。所述第六电感l6与esd形成的寄生电容第九电容c9组成并联谐振电路，这个谐振电路与l4组合成为新增加的一级匹配电路。所述第四电感l4、所述第六电感l6以及所述第九电容c9均为参数可调，可以拓展了匹配带宽，增加了增益平坦度。
136.以下为所述低噪声放大器10在实施例二的电路仿真结果如下：
137.请参考图5所示，图5为本实用新型实施例低噪声放大器的反射系数s11曲线示意图。
138.所述低噪声放大器100在输入的所述射频信号为5.1ghz频率下的m14点附近的反射系数s11指标为-9.701db。
139.所述低噪声放大器100在输入的所述射频信号为6.0ghz频率下的m15点附近的反射系数s11指标为-9.627db。
140.所述低噪声放大器100在输入的所述射频信号为7.1ghz频率下的m16点附近的反射系数s11指标为-10.216db。
141.请参考图6所示，图6为本实用新型实施例低噪声放大器的s22指标曲线示意图。
142.所述低噪声放大器100在输入的所述射频信号为5.1ghz频率下的m17点附近的s22指标为13.781db。
143.所述低噪声放大器100在输入的所述射频信号为6.0ghz频率下的m18点附近的反射系数s22指标为12.932db。
144.所述低噪声放大器100在输入的所述射频信号为7.1ghz频率下的m19点附近的反射系数s22指标为9.474db。
145.请参考图7所示，图7为本实用新型实施例低噪声放大器的增益曲线示意图。
146.所述低噪声放大器100在输入的所述射频信号为5.1ghz频率下的m7点附近的增益
指标为16.683db。
147.所述低噪声放大器100在输入的所述射频信号为6.0ghz频率下的m8点附近的增益指标为17.745db。
148.所述低噪声放大器100在输入的所述射频信号为7.1ghz频率下的m9点附近的增益指标为16.632db。
149.综合上述仿真结果，低噪声放大器100的s11指标、s22指标以及增益指标满足wifi 6e的5.15ghz-7.125ghz超宽的工作频带下的性能要求。
150.需要指出的是，本实用新型采用的相关电阻、电容、电感、稳压源以及晶体管均为本领域常用的元器件，具有指标和参数根据实际应用进行调整，在此，不作详细赘述。
151.本实用新型还提供了一种移动通信设备。所述移动通信设备包括如所述的低噪声放大器100。所述移动通信设备因采用所述低噪声放大器100可以工作频带宽且性能指标高。
152.本实用新型还提供了一种芯片。所述芯片包括所述的低噪声放大器100。所述芯片为gaas基edphemt工艺制成。所述芯片因采用所述低噪声放大器100可以实现工作频带宽且性能指标高。
153.与相关技术相比，本实用新型的低噪声放大器通过设置第一电容、第二电容、第一电感以及第五电感构成所述输入匹配网络电路，使得所述输入匹配网络电路形成两级lc滤波网络，其中第一电容、第二电容以及第一电感形成一级lc滤波网络，第五电感与其连接的第八电容形成二级lc滤波网络，二级lc滤波网络进一步拓展带宽，第八电容实际由所述放大电路的栅/漏寄生电容形成。本实用新型的wifi 6e还通信低噪声放大器通过在所述负载网络电路设置一级匹配电路模块，所述一级匹配电路模块包括第四电感、第六电感以及第九电容。其中，第九电容为esd的寄生电容，第六电感与第九电容组成并联谐振电路，并联谐振电路与第四电感组成一级匹配电路，使得一级匹配电路进一步拓展带宽。该电路结构使得低噪声放大器的s11指标、s22指标以及增益指标满足wifi 6e的5.15ghz-7.125ghz超宽的工作频带下的性能要求。从而使得本实用新型的低噪声放大器、移动通信设备及芯片的工作频带宽且性能指标高。
154.需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。