一种最大效率增益正反馈放大器及其构建方法与流程

本技术涉及射频集成电路，更具体地说，是涉及一种最大效率增益正反馈放大器及其构建方法。

背景技术：

1、太赫兹通信在新一代无线通信技术中展现出巨大的发展潜力，得到无线通信领域的广泛认可和关注。在太赫兹通信系统的集成电路中，放大器是重要的组成部分，其性能直接影响太赫兹无线通信收发前端性能。随着太赫兹通信系统的工作频率逼近半导体晶体管的最大振荡频率，晶体管的增益迅速下降，放大器的增益急剧衰减。

2、现有的太赫兹放大器通常在绝对稳定状态下实现输入端和输出端的双共轭匹配，以实现放大器的共轭匹配增益 g ma。 g ma的设计方法将放大器的设计限制在其绝对稳定状态，制约了放大器增益的进一步提高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供了一种最大效率增益正反馈放大器及其构建方法，以设计进一步提高放大器的增益。

2、为实现上述目的，本技术第一方面提供了一种最大效率增益正反馈放大器的构建方法，包括：

3、搭建正反馈放大器，其中，所述正反馈放大器包括依次级联的输入供电匹配网络、放大网络和输出供电匹配网络，所述放大网络由有源二端口网络以及并联于所述有源二端口网络的反馈网络构成；

4、基于所述放大网络的s参数，确定所述放大网络在复λ平面中的标记点，其中，所述复λ平面为以λ值的实部为横坐标、以λ值的虚部为纵坐标构建的坐标系，所述标记点的坐标由所述放大网络的λ值确定，，和为所述放大网络的s参数；

5、基于所述放大网络的输入端的状态、输出端的状态以及所述标记点，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值，其中，对应于目标负载阻抗值和目标源阻抗值的目标放大网络的输入端及输出端均处于稳定状态，目标放大网络的标记点的虚部为0且具有最小实部值；

6、基于目标负载阻抗值和目标源阻抗值，确定所述输入供电匹配网络及所述输出供电匹配网络的参数。

7、优选地，基于所述放大网络的输入端的状态、输出端的状态以及所述标记点，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值的过程，包括：

8、确定所述放大网络在复平面的输出稳定区域和输入稳定区域，其中，所述复平面为以值的实部为横坐标、以值的虚部为纵坐标构建的坐标系；

9、基于所述输出稳定区域、所述输入稳定区域以及所述标记点，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值，其中，对应于目标负载阻抗值和目标源阻抗值的目标标记点为满足第一条件、第二条件和第三条件的标记点中具有最小实部值的标记点，所述第一条件为：对应于目标负载阻抗值的负载反射系数在所述输出稳定区域以内，所述第二条件为：对应于目标源阻抗值的源反射系数在所述输入稳定区域以内，所述第三条件为：对应于目标负载阻抗值和目标源阻抗值的标记点落在所述复λ平面的横轴上。

10、优选地，基于所述输出稳定区域、所述输入稳定区域以及所述标记点，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值的过程，包括：

11、调节所述反馈网络的结构和参数，令所述放大网络的标记点落在所述复λ平面的横轴上；

12、判断所述放大网络是否满足第四条件：负载反射系数落在输出稳定区域以内，且，源反射系数落在输入稳定区域以内；

13、若否，调节所述反馈网络的结构和参数，令所述放大网络的标记点在所述复λ平面的横轴上往正方向移动预设的步长，并返回执行判断所述放大网络是否满足下述条件的步骤；

14、若是，调节所述反馈网络的结构和参数，令所述放大网络的标记点在所述复λ平面的横轴上往负方向移动预设的步长；

15、判断所述放大网络是否满足第五条件：负载反射系数落在输出稳定区域的边界，或，源反射系数落在输入稳定区域的边界；

16、若否，返回执行调节所述反馈网络的结构和参数，令所述放大网络的标记点在所述复λ平面的横轴上往负方向移动预设的步长的步骤；

17、若是，基于所述放大网络的负载反射系数和源反射系数，确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值。

18、优选地，确定所述放大网络在复平面的输出稳定区域和输入稳定区域的过程，包括：

19、基于所述放大网络的z参数，计算得到负载阻抗值和源阻抗值；

20、将负载阻抗值转换为负载反射系数，并基于负载反射系数和所述放大网络的s参数，计算得到输出稳定性圆的圆心和半径，将所述输出稳定性圆确定为输出稳定区域；

21、将源阻抗值转换为源反射系数，并基于源反射系数和所述放大网络的s参数，计算得到输入稳定性圆的圆心和半径，将所述输入稳定性圆确定为输入稳定区域。

22、本技术的第二方面提供一种利用前述方法构建的最大效率增益正反馈放大器，包括：

23、依次级联的输入供电匹配网络、放大网络和输出供电匹配网络；

24、所述输入供电匹配网络用于在输入端为所述放大网络提供直流偏置电压；

25、所述放大网络用于对所述输入供电匹配网络输入的电信号进行放大并输出至所述输出供电匹配网络；

26、所述输出供电匹配网络用于在输出端为所述放大网络提供直流偏置电压；

27、所述放大网络的输入端和输出端分别处于临界稳定状态和稳定状态，或者，所述放大网络的输入端和输出端分别处于稳定状态和临界稳定状态；

28、所述放大网络的λ值的虚部为0，其中，，和为所述放大网络的s参数。

29、优选地，λ值的实部值为满足第六条件下所能获得的最小实部值；

30、所述第六条件为：所述放大网络的输入端和输出端分别处于临界稳定状态和稳定状态，或者，所述放大网络的输入端和输出端分别处于稳定状态和临界稳定状态。

31、优选地，所述放大网络由有源二端口网络以及并联于所述有源二端口网络的反馈网络构成；

32、所述反馈网络包括第一电容、第一电感、第二电感和第三电感；

33、所述第二电感串联连接于所述有源二端口网络的输入端，所述第三电感串联连接于所述有源二端口网络的输出端；

34、所述第一电感和所述第一电容串联后，一端连接至所述第二电感远离所述有源二端口网络的一端，另一端连接至所述第三电感远离所述有源二端口网络的一端。

35、优选地，所述输入供电匹配网络包括第四电感、第五电感和第二电容；

36、所述第四电感的一端连接至所述输入供电匹配网络的输入端，另一端接地；

37、所述第二电容的一端连接至所述输入供电匹配网络的输入端，另一端连接至所述输入供电匹配网络的输出端；

38、所述第五电感的一端连接至所述输入供电匹配网络的输出端，另一端连接至第一直流电源。

39、优选地，所述输出供电匹配网络包括第三电容和第六电感；

40、所述第三电容的一端连接至所述输出供电匹配网络的输入端，另一端连接至所述输出供电匹配网络的输出端；

41、所述第六电感的一端连接至所述输出供电匹配网络的输入端，另一端连接至第二直流电源。

42、优选地，所述有源二端口网络的晶体管为40nm工艺制成的晶体管；

43、所述第一电容为100ff，第二电容为16ff，所述第三电容为27ff；

44、所述第一电感为32ph，所述第二电感为11ph，所述第三电感为7.9ph，所述第四电感为30.5ph，所述第五电感为85.95ph，所述第六电感为36.16ph。

45、经由上述的技术方案可知，本技术首先搭建正反馈放大器，其中，所述正反馈放大器包括依次级联的输入供电匹配网络、放大网络和输出供电匹配网络，所述放大网络由有源二端口网络以及并联于所述有源二端口网络的反馈网络构成。然后，基于所述放大网络的s参数，确定所述放大网络在复λ平面中的标记点。其中，所述复λ平面为以λ值的实部为横坐标、以λ值的虚部为纵坐标构建的坐标系，所述标记点的坐标由所述放大网络的λ值确定，，和为所述放大网络的s参数。接着，基于所述放大网络的输入端的状态、输出端的状态以及所述标记点，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值。其中，通过控制输入端的状态、输出端的状态，可以确保放大网络不发生振荡；通过控制标记点，可以确保实现最大效率增益能够达到最大。最后，基于目标负载阻抗值和目标源阻抗值，确定所述输入供电匹配网络及所述输出供电匹配网络的结构和参数。本技术明确了放大网络的构建方法，可以使得放大网络的最大效率增益达到最大，且不发生振荡，从而有效地实现高增益放大器。