一种低功耗的高增益低噪声系数放大电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及雷达接收机信号放大的技术领域，主要涉及一种低功耗的高增益低噪 声系数放大电路的技术领域。
【背景技术】
[0002] 低噪声系数放大器以及低噪声系数放大技术对于当今雷达系统的射频前端来说 至关重要，通过低噪声系数放大，将雷达天线所接收的信号进行放大后到达信号处理的部 分。前端的放大器必须满足低噪声系数并具有一定的增益水平，否则低噪放的噪声系数将 会严重影响到后级的处理效果。在实际的设计过程中，通常通过增加增益的方法使噪声系 数得到一定程度的降低，不过随着输出功率的增加也会提高噪声系数，而不够纯净的电源 线也会带来较大的噪声系数。除此之外，由于低噪放只是对于微弱信号的简单放大处理， 这就要求了低噪放必须具备良好的线性度，但是这样意味着低噪放往往会有着比较大的功 耗。
【发明内容】
[0003] 本发明解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供了一种低功耗的高增益 低噪声系数放大电路，通过新型的消噪结构和旁路结构设计，在电路实现过程中将放大过 程和消噪，带宽拓展以及电源开关设计合并在一起，提升了雷达接收机对于微弱信号的处 理水平，缩小了设计占用空间，减少了器件的重复使用，提高了二级放大电路的多功能性。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低功耗的高增益低噪声系 数放大电路，包括一级放大电路、有源消噪电路、LC谐波处理电路、二级放大电路，各电路间 通过级联的形式连接，所述一级放大电路的第一放大管与第一偏置电阻组成一个共栅极放 大电路，第一电感与第一放大管的源极串联；所述有源消噪电路的第二放大管、第三放大管 组成共源极放大电路，第二电感与第二放大管的栅极串联，第三电感与第二放大管的源极 串联，第四电感与第三放大管的栅极串联；所述LC谐波处理电路的电容与电感并联连接； 所述二级放大电路包括第四放大管、第五放大管、第六放大管，第四放大管、第六放大管分 别串联在第五放大管的栅极和漏极电源线上，第五电感串联在第四放大管源极与第五放大 管漏极之间，第六放大管与第五偏置电阻并联，第四放大管、第六放大管外部分别接入时钟 信号。
[0005] 所述第二放大管的跨导gM2与特征阻抗Rs的乘积等于第三放大管的跨导gM:3与第 一偏置电阻阻抗的乘积。
[0006] 所述一级放大电路、有源消噪电路、LC谐波处理电路组成一级放大网络，调整第一 电感、第二电感、第三电感、第四电感的参数可完成宽带匹配。
[0007] 所述第二放大管、第三放大管的奇次谐波在史密斯圆上位置精确的匹配可确定LC 谐波处理电路的参数，使其奇次谐波的电压与基频的电压进行叠加，并且可以控制一级放 大网络的增益。
[0008] 所述二级放大电路的第四放大管、第六放大管为控制偏置电压的开关放大管，第 四放大管是控制第五放大管工作状态的开关，第六放大管拥有相对小的导通电阻。
[0009] 所述第四放大管、第六放大管的外接时钟信号相位相反并有一定的延时，控制第 四放大管的时钟信号下降沿与控制第六放大管的时钟信号的上升沿相重叠。
[0010] 本发明工作过程如下：一级放大电路的第一放大管与第一偏置电阻组成一个共栅 极放大电路，进行信号放大，第一电感与第一放大管的源极进行串联以消除输入端的寄生 电容，从第一放大管流出的噪声系数电流给第二放大管、第三放大管是有着相反极性的相 关噪声系数电压，通过并行的第二放大管、第三放大管去除第一放大管产生的噪声系数，将 第二放大管的源极电压与第三放大管的漏极电压通过叠加完成噪声系数的消除。
[0011] 第二放大管、第三放大管之后的噪声系数电流为：
其中屯分别为第一放大管的跨导、特征阻抗、噪声电流 通过计算我们可以得到，第二放大管的跨导Smz与特征阻抗Rs的乘积等于第三放大管 的跨导gM3 3和第一偏置电阻阻抗的乘积时，即可消除第一放大管的放大噪声系数。
[0012] 第二电感与第二放大管的栅极串联、第三电感与第二放大管的源极串联可以抵消 寄生电容引起的噪声系数抬高。第二放大管的噪声系数电压、以及第二电感、第三电感的参 数可以通过下述公式计算获得：
$中，龜:分另提胃流1矛吨$ ^分别为第二放大管及与其连接的第二电感、第三电感的输入阻 抗，第二放大管的输入噪声电流，第二放大管的栅极与源极之间的寄生电容，电路工作中心 频率的角频率 从上述公式可以看出，调整第二电感，第三电感的参数可以降低噪声系数电压和提高 第二放大管的有效跨导gM2.，通过提高第二放大管的增益从而就降低了第二放大管所产生 的噪声系数。同时，通过改变第四电感可以降低第三放大管漏极的充电时间，降低第三放大 管的负载阻抗，从而可以提高第三放大管的带宽。
[0013] 至此一级放大电路、有源消噪电路、LC谐波处理电路组成一级放大网络的消噪过 程已经完成。通过计算得到整个网络的阻抗，调整整个输入阻抗的Q值即可得到设计需要 的带宽。计算可以通过下述公式进行： 其中
其中爲^ f分别为一级放大网络的输入阻抗、第一放大管栅极和源极的寄生 电容、一级放大网络的实部和虚部 从上述公式可以看出，通过根据不同管子的跨导和寄生电容情况，调节第一电感、第二 电感、第三电感、第四电感的参数即可完成对输入网络的宽带匹配。
[0014] LC谐波处理电路针对第二放大管、第三放大管的奇次谐波进行精确处理，通过第 二放大管、第三放大管奇次谐波在史密斯圆上的位置进行精确的匹配可以确定LC谐波处 理电路的参数，使得奇次谐波的电压可以和基频的电压进行叠加，提高了放大过程的线性 度，进而减少直流功率的损耗，同时提高了效率，还可以控制一级放大网络的增益也过滤了 谐波噪声系数，降低一级放大网络的直流功耗。
[0015] 二级放大电路的第五放大管是主要用来对一级放大网络的信号进行再放大，第四 放大管、第六放大管是分别位于第五放大管的栅极和漏极的偏置电源线上，通过时钟信号 控制开关，提高第五放大管的启动和开关速度，降低直流功耗。通过第四放大器控制第五放 大器的工作状态，从而降低米勒效应对于带宽的影响，保证设计电路的带宽。第五电感串联 在第四放大管源极与第五放大管漏极之间吸收二者之间所产生的寄生电容cDS，通过栅极上 的第五偏置电阻来实现第五放大管的快速启动，第五放大管的启动时间T为： 其中：RS为第五偏置电阻的导通阻抗
C5为第五电容的电容值 第四放大管、第六放大管的外部输入时钟信号需要相位相反并有一定的延时，控制第 四放大管的时钟信号下降沿要与控制第六放大管的时钟信号的上升沿重叠，使得第六放大 管的时钟信号在还有没有降为低电平的时候，第四放大管的时钟信号已经升为高电平，提 高第五放大管的开关速度，使第五放大管在低功率的输出情况下达到高功率输出才可以实 现的快速开启和关闭，即提高了效率降低了功耗。
[0016] 由此可见，本发明通过新型的消噪结构、旁路结构设计，在电路实现过程中将放大 过程和消噪、带宽拓展以及电源开关设计合并在一起，提升了雷达接收机对微弱信号的处 理水平，缩小了设计占用空间以及器件的重复使用，实现了一种低功耗的高增益低噪声系 数放大电路。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的电路示意图 其中：Ml至M5为第一至第五放大管；MsS第六放大管；L1至L5为第一至第五电感；R1 为第一偏置电阻；R5为第五偏置电阻；C5为第五电容。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：如图1所示，一种低功耗的高 增益低噪声系数放大电路，包括一级放大电路、有源消噪电路、LC谐波处理电路、二级放大 电路，各电路间通过级联的形式连接，所述一级放大电路的第一放大管Ml与第一偏置电阻 R1组成一个共栅极放大电路，第一电感L1与第一放大管Ml的源极串联；所述有源消噪电 路的第二放大管M2、第三放大管M3组成共源极放大电路，第二电感L2与第二放大管M2的 栅极串联，第三电感L3与第二放大管M2的源极串联，第四电感L4与第三放大管M3的栅极 串联；所述LC谐波处理电路的电容C与电感L并联连接；所述二级放大电路包括第四放大 管M4、第五放大管M5、第六放大管Ms，第四放大管M4、第六放大管乂分别串联在第五放大管 M5的栅极、漏极电源线上，第五电感L5串联在第四放大管M4源极与第五放大管M5漏极之 间，第六放大管乂与第五偏置电阻R5并联，第四放大管M4外部接入时钟信号CLK+，第六放 大管Ms外部接入时钟信号CLK_。
[0019] 所述第二放大管M2的跨导与特征阻抗Rs的乘积等于第三放大管M3的跨导 与第