CN112152579B - 一种无反射放大器 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种无反射放大器，其特征在于，所述无反射放大器为单端或差分无反射放大器，所述无反射放大器包括高频信号吸收网络、低频信号吸收网络和通带信号放大器；所述通带信号为放大器依设计所需放大的信号；所述高频信号吸收网络用于吸收输入信号中的高频信号，所述高频信号为信号频率高于所述通带信号的输入信号；所述低频信号吸收网络用于吸收输入信号中的低频信号，所述低频输入信号为信号频率低于所述通带信号的输入信号。采用本申请实施例提供的方案可以实现放大器的宽频无反射设计，以及无反射放大器的小型化设计。

Description

一种无反射放大器
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种无反射放大器。
背景技术
传统放大器电路会将其通带外的输入信号反射回前级电路或是信号源，这种反射信号会在前级电路，尤其是混频器和高增益放大器中产生额外的交调失真，并降低通信***整体稳定性。随着高数据率无线传输技术的发展，通信***的工作频率越来越高，***稳定性的要求也愈发严苛。而无反射电路不会将带外信号反射回前级电路或是信号源，因此可以避免上述问题。
图1为现有技术中一种无反射放大器的示意图，在图1中IN表示信号输入端，OUT表示信号输出端，Isolator表示隔离器，BPF表示带通滤波器。该方案通过在具有带通响应的电路前级附加隔离器，带通滤波器的带外反射信号被隔离器反向隔离而无法反射回信号源，而带通滤波器的带内信号则会到达输出端。但是，该方案的无反射性能取决于隔离器的性能，为实现宽频无反射，隔离器必须满足宽频、高隔离度的要求，极大增加设计难度。同时该方案较为复杂，损耗较大，不便小型化集成。
图2为现有技术中提供的另一种无反射放大器的示意图，在图1中IN表示信号输入端，OUT表示信号输出端，λ/4表示四分之一波长阻抗变换线，BPF表示带通滤波器，BSF表示带阻滤波器，ZL表示负载电阻。该方案利用额外的信号支路将带外反射信号传导并耗散至负载电阻ZL。该信号支路由四分之一波长阻抗变换线λ/4、负载电阻ZL，带阻滤波器BSF组成。其中，带阻滤波器BSF阻带中心频率与主信号通路通带中心频率相同，带宽也相同。因此，在主信号通带下，理论上带阻滤波器BSF呈现零阻抗特性，经四分之一波长阻抗变换线λ/4后，该信号支路呈现出高阻特性，此时支路对主信号通路的通带信号没有影响。在主信号通路的阻带，带阻滤波器BSF与负载电阻ZL共同组成的网络呈现匹配特性，此时带外信号经由支路传导并耗散于负载电阻ZL。由此，可实现通带信号传输至信号输出端，阻带信号耗散在负载电阻而非反射回前级电路。但是，该技术方案较为复杂，且四分之一波长阻抗变换线λ/4难以集成。同时，该方案要求主信号通路带通滤波特性和支路带阻滤波特性相同(相同中心频率，相同带宽)，在宽频工作条件下较难实现，且因四分之一阻抗变换线λ/4固有的窄带工作特性，使得该方案难以在宽带***中应用。
发明内容
本申请实施例中提供了一种无反射放大器，以利于解决现有技术中无反射放大器无法实现宽频和小型化的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种无反射放大器，所述无反射放大器为单端无反射放大器，所述单端无反射放大器包括高频信号吸收网络、低频信号吸收网络和通带信号放大器；
所述通带信号放大器用于对通带信号进行放大，所述通带信号为放大器依设计所需放大的信号，所述通带信号放大器还包括通带信号选频网络，所述通带信号选频网络用于对放大后的通带信号进行选频和滤波；
所述高频信号吸收网络用于吸收输入信号中的高频信号，所述高频输入信号为信号频率高于所述通带信号的输入信号；
所述低频信号吸收网络用于吸收输入信号中的低频信号，所述低频输入信号为信号频率低于所述通带信号的输入信号。
优选地，所述高频信号吸收网络包括电感L1-Ln、晶体管M1-Mn、和隔直电容C，所述电感L1-Ln依次串联，所述电感L1远离电感L2的一端连接信号输入端，电感Lk的输出端连接晶体管Mk的栅极，所述晶体管Mk的源极接地，所述晶体管Mk的漏极通过所述隔直电容C与直流电源隔断，其中，1≤k≤n，2≤n；
所述通带信号放大器包括电感Lm和晶体管Mm，所述电感Lm的一端与所述电感Ln相连，所述电感Lm的另一端连接所述晶体管Mm栅极，所述晶体管Mm的源极接地，所述晶体管Mm的漏极连接信号输出端，所述信号输出端与所述隔直电容C远离所述晶体管M1-Mn的一端相连
所述低频信号吸收网络包括相串联的电感Lz和负载电阻ZL，所述电感Lz远离所述负载电阻ZL的一端连接所述电感Lm远离所述电感Ln的一端。
优选地，所述电感Lm的输出端通过电感与所述晶体管Mm的栅极相连。
优选地，所述隔直电容C通过电感与直流电源相连，所述电感大小被配置为可以实现通带信号选频。
优选地，所述电感Lz的大小被配置为可以隔离通带信号。
优选地，n≥5。
第二方面，本申请实施例提供了一种无反射放大器，所述无反射放大器为差分无反射放大器，所述差分无反射放大器包括两个权利要求1-6任一项所述的单端无反射放大器，所述两个单端无反射放大器用于分别处理正负差分信号。
优选地，所述两个单端无反射放大器的信号输出端还配置有差分变压器作为通带信号选频网络。
采用本申请实施例提供的方案可以实现放大器的宽频无反射设计，以及无反射放大器的小型化设计，同时可以实现通带信号选频功能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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，对于本领域普通技术人员而言，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为现有技术中一种无反射放大器的示意图；
图2为现有技术中提供的另一种无反射放大器的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种无反射放大器的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种单端无反射放大器的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种差分无反射放大器的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种单端无反射放大器的仿真结果示意图；
图7为本申请实施例提供的一种差分无反射放大器的仿真结果示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
针对现有技术中无反射放大器无法实现宽频和小型化的问题，本申请实施例提供了一种无反射放大器。图3为本申请实施例提供的一种无反射放大器的示意图，如图3所示，本申请实施例提供的无反射放大器包括高频信号吸收网络、低频信号吸收网络和通带信号放大器；所述通带信号放大器用于对通带信号进行放大，所述通带信号为放大器依设计所需放大的信号；所述高频信号吸收网络用于消除输入信号中的高频信号，所述高频输入信号为信号频率高于所述通带信号的输入信号；所述低频信号吸收网络用于消除输入信号中的低频信号，所述低频输入信号为信号频率低于所述通带信号的输入信号。
为了便于本领域技术人员更好地理解本技术方案，以下结合具体电路图进行详细说明。
图4为本申请实施例提供的一种单端无反射放大器的示意图，如图4所示，在本申请一种可选实施例中，所述高频信号吸收网络包括电感L1-Ln、晶体管M1-Mn、和隔直电容C，所述电感L1-Ln依次串联，所述电感L1远离电感L2的一端连接信号输入端，电感Lk的输出端连接晶体管Mk的栅极，所述晶体管Mk的源极接地，所述晶体管Mk的漏极通过所述隔直电容C与直流电源隔断，其中，1≤k≤n，2≤n。
所述通带信号放大器包括电感Lm和晶体管Mm，所述电感Lm的一端与所述电感Ln相连，所述电感Lm的另一端连接所述晶体管Mm栅极，所述晶体管Mm的源极接地，所述晶体管Mm的漏极连接信号输出端，所述信号输出端与所述隔直电容C远离所述晶体管M1-Mn的一端相连。
所述低频信号吸收网络包括相串联的电感Lz和负载电阻ZL，所述电感Lz远离所述负载电阻ZL的一端连接所述电感Lm远离所述电感Ln的一端。
需要指出的是，电感L1-Ln表示多个电感，晶体管M1-Mn表示多个晶体管。例如，当n＝2时，表示有两个电感和两个晶体管，分别为电感L1、L2，晶体管M1、M2；当n＝3时，表示有三个电感和三个晶体管，分别为电感L1、L2、L3，晶体管M1、M2、M3。在本申请实施例中，可以通过调整级数n以及每一级中晶体管尺寸和电感大小可以实现不同特性的无反射效果，其中，n越大，无反射覆盖频率越高。需要指出的是，本申请实施例对电感L1-Ln和晶体管M1-Mn的数量不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，其均应当落入本申请的保护范围之内。在本申请实施例中，n≥2，优选地，n≥5。
在本申请实施例中，信号输入端输入信号，输入信号中的低频信号可通过由电感L1-Ln、电感Lm和电感Lz组成的电感链，并耗散在负载电阻ZL上，因此，所述电感Lz的大小被配置为可以隔离通带信号。同时，输入信号中的高频信号传输并耗散在电感L1-Ln和晶体管M1-Mn组成的高频信号吸收网络中，晶体管M1-Mn的漏极与直流电源间通过一个隔直电容C隔断，因此不产生任何功耗也不对信号产生任何放大效果。本领域技术人员可以根据实际需要将晶体管M1-Mn漏极接地，或是将晶体管M1-Mn替换为电容、电阻或其组合以实现高频信号吸收功能，其均应当落入本申请的保护范围之内。在本申请实施例中，n≥2，优选地，n≥5。输入信号中的通带信号经晶体管Mm放大后到达信号输出端，通带中心频率由晶体管尺寸和对应输入匹配网络决定。
在一种可选实施例中，所述电感Lm的输出端通过电感与所述晶体管Mm的栅极相连，所述隔直电容C通过电感与直流电源相连，以实现更好的放大效果及选频特性。
采用本申请实施例提供的方案可以实现放大器的宽频无反射设计，以及无反射放大器的小型化设计。
基于上述单端无反射放大器100，本申请实施例还提供了一种差分无反射放大器，图5为本申请实施例提供的一种差分无反射放大器的示意图，如图5所示，该差分无反射放大器包括两个上述单端无反射放大器100，所述两个单端无反射放大器100用于分别处理正负差分信号。在一种可选实施例中，所述两个单端无反射放大器100的信号输出端还配置有差分变压器200，以进一步减小电路物理尺寸。
为了便于说明，在图5中，输入+和输入-分别代表正负差分信号的输入端口，输出+和输出-分别代表正负差分信号的输出端口。为了便于区分，在输入+一侧，所有的元器件均添加“+”，例如，L1+、M1+、C+等；在输入-一侧，所有的元器件均添加“-”，例如，L1-、M1-、C-等。
基于上述技术方案，使用CMOS工艺设计实现了单端和差分宽频无反射放大器，其仿真结果如图6和图7所示。在图6和图7中可以看到，使用该方案设计的单端、差分无反射放大器，通带中心频率为7.5GHz，并可以分别在DC-51GHz和DC-60GHz上实现低于-15dB和-10dB的回波损耗(|S11|)，有效降低了带外反射信号。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于终端实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (6)

1.一种无反射放大器，其特征在于，所述无反射放大器为单端无反射放大器，所述单端无反射放大器包括高频信号吸收网络、低频信号吸收网络和通带信号放大器；
所述通带信号放大器用于对通带信号进行放大，所述通带信号为放大器依设计所需放大的信号，所述通带信号放大器还包括通带信号选频网络，所述通带信号选频网络用于对放大后的通带信号进行选频和滤波；
所述高频信号吸收网络用于吸收输入信号中的高频信号，所述高频信号为信号频率高于所述通带信号的输入信号；
所述低频信号吸收网络用于吸收输入信号中的低频信号，所述低频信号为信号频率低于所述通带信号的输入信号；
所述高频信号吸收网络包括电感L1-Ln、晶体管M1-Mn、和隔直电容C，所述电感L1-Ln依次串联，所述电感L1远离电感L2的一端连接信号输入端，电感Lk的输出端连接晶体管Mk的栅极，所述晶体管Mk的源极接地，所述晶体管Mk的漏极通过所述隔直电容C与直流电源隔断，其中，1≤k≤n，2≤n；
所述通带信号放大器包括电感Lm和晶体管Mm，所述电感Lm的一端与所述电感Ln相连，所述电感Lm的另一端连接所述晶体管Mm栅极，所述晶体管Mm的源极接地，所述晶体管Mm的漏极连接信号输出端，所述信号输出端与所述隔直电容C远离所述晶体管M1-Mn的一端相连；
所述低频信号吸收网络包括相串联的电感Lz和负载电阻ZL，所述电感Lz远离所述负载电阻ZL的一端连接所述电感Lm远离所述电感Ln的一端。
2.根据权利要求1所述的无反射放大器，其特征在于，所述电感Lm的输出端通过电感与所述晶体管Mm的栅极相连。
3.根据权利要求1所述的无反射放大器，其特征在于，所述隔直电容C通过电感与直流电源相连，所述电感大小被配置为实现通带信号选频。
4.根据权利要求1所述的无反射放大器，其特征在于，所述电感Lz的大小被配置为隔离通带信号。
5.一种无反射放大器，其特征在于，所述无反射放大器为差分无反射放大器，所述差分无反射放大器包括两个权利要求1-4任一项所述的无反射放大器，所述两个无反射放大器用于分别处理正负差分信号。
6.根据权利要求5所述的无反射放大器，其特征在于，所述两个无反射放大器的信号输出端还配置有差分变压器，所述差分变压器被配置为实现通带信号选频功能。
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