CN115580233B - 一种低噪声放大器的动态偏置方法及***和动态偏置电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微电子、半导体及通信技术领域，特别涉及一种低噪声放大器的动态偏置方法及***和动态偏置电路；本发明在没有射频信号输入时，动态偏置电路不起调节作用，电路偏置电压固定不变；当有射频信号输入时，动态偏置电路随着射频信号输入信号功率的增加，动态提高主放大电路的偏置电压，从而提高OP1dB；本发明在保证低噪声放大器偏置电压稳定的同时，动态地调节低噪声放大器的功耗，提供比常规放大器更高的OP1dB，却又不增加静态功耗，从而解决OP1dB与放大器电路功耗之间的矛盾关系。
Description
技术领域
本发明涉及微电子、半导体及通信技术领域，特别涉及一种低噪声放大器的动态偏置方法及***和动态偏置电路。
背景技术
输出1dB压缩点（OP1dB，Output 1dB Compression Point，后续用OP1dB代替）是射频器件的一种线性度指标，也是低噪声放大器的一项重要特性，它的高低决定了低噪声放大器的线性度。
常规射频链路要求低噪声放大器拥有低噪声、低功耗、高OP1dB等性能，但在一般情况下，放大器的低功耗与高OP1dB两种性能不可兼得，即低功耗和高OP1dB只能得其一。
低噪声放大器的OP1dB与其静态偏置电压有关，常规提高低噪声放大器OP1dB的办法是提高放大器的静态偏置电压，也就是通过提高静态电流来提高OP1dB，但这种方法会增加放大器电路功耗。现有技术存在不足。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种低噪声放大器的动态偏置方法，在不增加低噪声放大器的静态功耗的基础上提高其OP1dB，从而解决OP1dB与放大器电路功耗之间的矛盾关系；本发明还提供了低噪声放大器的动态偏置***和动态偏置电路。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种低噪声放大器的动态偏置方法，其中，包括射频信号分别进入动态偏置电路和主放大电路，所述主放大电路的偏置由所述动态偏置电路提供；当没有射频信号输入时，动态偏置电路不起调节作用，主放大电路的偏置电压固定不变；当有射频信号输入时，动态偏置电路随着射频输入信号功率的增加，动态地调节主放大电路的偏置电压，从而提高输出1dB压缩点。
作为本发明的一种改进，射频信号由RFin进入后分为path1和path2两路信号，path2信号经过主放大电路后由RFout输出，path2信号的部分信号泄露至反馈回路成为path3信号，path3信号与path1信号共同输入动态偏置电路。
一种低噪声放大器的动态偏置***，包括主放大电路、动态偏置电路和反馈回路，所述反馈回路分别与所述主放大电路、动态偏置电路电性连接；射频信号分别进入动态偏置电路和主放大电路，所述主放大电路的偏置由所述动态偏置电路提供；当没有射频信号输入时，动态偏置电路不起调节作用，主放大电路的偏置电压固定不变，当有射频信号输入时，动态偏置电路随着射频信号输入信号功率，动态调节主放大电路的偏置电压，通过提高偏置电压来提高输出1dB压缩点。
作为本发明的更进一步改进，还包括与所述主放大电路电性连接的负载。
作为本发明的更进一步改进，所述动态偏置电路包括场效应管M2、场效应管M3、电阻R1、电阻R2和电阻R3，电源电压VDD通过电阻R1与场效应管M2的漏极相连，电阻R2的一端与场效应管M2的漏极相连，场效应管M2的栅极与电阻R2的另一端、电阻R3的一端相连，场效应管M2的源极接地，电阻R3的另一端与场效应管M3的栅极相连，场效应管M3的漏极与源极相连。
作为本发明的更进一步改进，所述主放大电路包括场效应管M1。
作为本发明的更进一步改进，所述反馈回路包括电阻R4与电容C1。
作为本发明的更进一步改进，射频信号由RFin进入后分为path1和path2两路信号，path2信号经过主放大电路后由RFout输出，path2信号的部分信号泄露至反馈回路形成path3信号，path3信号与path1信号共同输入动态偏置电路，从而进入场效应管M3，在场效应管M3的栅极到其漏极、源极输出一个正向电压，该正向电压与动态偏置电路的输出电压叠加，当该正向电压提高时，动态偏置电路的偏置电压也提高，使得主放大电路的电流增加，从而提高主放大电路的输出1dB压缩点。
一种低噪声放大器的动态偏置电路，其中，包括场效应管M2、场效应管M3、电阻R1、电阻R2和电阻R3，电源电压VDD通过电阻R1与场效应管M2的漏极相连，电阻R2的一端与场效应管M2的漏极相连，场效应管M2的栅极与电阻R2的另一端、电阻R3的一端相连，场效应管M2的源极接地，电阻R3的另一端与场效应管M3的栅极相连，场效应管M3的漏极与源极相连。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明在没有射频信号输入时，动态偏置电路不起调节作用，电路偏置电压固定不变；当有射频信号输入时，动态偏置电路随着射频输入信号功率的增加，动态调节（提高）主放大电路的偏置电压，从而提高输出1dB压缩点（OP1dB）；本发明在保证低噪声放大器偏置电压稳定的情况下，可以动态地调节低噪声放大器的功耗，提供比常规放大器更高的OP1dB，却又不增加静态功耗，从而解决OP1dB与放大器电路功耗之间的矛盾关系。
附图说明
图1为本发明的低噪声放大器的动态偏置***的实施例一的电路连接图；
图2为本发明的低噪声放大器的动态偏置***的实施例二的电路连接图；
图3为本发明的低噪声放大器的动态偏置***的实施例三的电路连接图；
图4为本发明的低噪声放大器的动态偏置***的实施例四的电路连接图；
图5为本发明的场效应管M1的栅极电压vgg随输入功率变化曲线图；
图6为本发明的不同频率下的栅极电压vgg曲线图；
图7为本发明的输出功率随输入功率变化曲线图；
图8为本发明的采用不同偏置电路的OP1dB的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1至图8，本发明的一种低噪声放大器的动态偏置方法，包括射频信号分别进入动态偏置电路和主放大电路，主放大电路的偏置由所述动态偏置电路提供；当没有射频信号输入时，动态偏置电路固定不变，当射频信号输入时，动态偏置电路随着射频信号的输入功率的增加而动态调节主放大电路的偏置电压，从而提高偏置电压来提高输出1dB压缩点。
在本发明内，射频信号由RFin进入后分为path1和path2两路信号，path2信号经过主放大电路后由RFout输出，path2信号的部分信号泄露至反馈回路形成path3信号，path3信号通过反馈回路耦合至动态偏置电路的path1信号。
在本发明内，本发明在没有射频信号输入时，动态偏置电路不起调节作用，电路偏置电压固定不变；当有射频信号输入时，动态偏置电路随着射频输入信号功率的增加，动态调节（提高）主放大电路的偏置电压，从而提高输出1dB压缩点（OP1dB）；本发明在保证低噪声放大器偏置电压稳定的情况下，可以动态的调节低噪声放大器的功耗，提供比常规放大器更高的OP1dB，却又不增加电路的静态功耗，从而解决OP1dB与放大器电路功耗之间的矛盾关系。
本发明提供的一种低噪声放大器的动态偏置***包括主放大电路、动态偏置电路和反馈回路，反馈回路分别与主放大电路、动态偏置电路电性连接；进一步，还包括与所述主放大电路电性连接的负载。
在本发明内，动态偏置电路包括场效应管M2、场效应管M3、电阻R1、电阻R2和电阻R3，电源电压VDD通过电阻R1与场效应管M2的漏极相连，电阻R2的一端与场效应管M2的漏极相连，场效应管M2的栅极与电阻R2的另一端、电阻R3的一端相连，场效应管M2的源极接地，电阻R3的另一端与场效应管M3的栅极相连，场效应管M3的漏极与源极相连。
在本发明内，主放大电路包括场效应管M1。
在本发明内，反馈回路包括电阻R4与电容C1。
在本发明内，射频信号分别进入动态偏置电路和主放大电路，主放大电路的偏置由动态偏置电路提供；在没有射频信号输入时，动态偏置电路不起调节作用，电路偏置电压固定不变；当有射频信号输入时，动态偏置电路随着射频输入信号功率的增加，动态调节（提高）主放大电路的偏置电压，从而提高输出1dB压缩点（OP1dB）。
具体地讲，射频信号由RFin进入后分为path1和path2两路信号，path2信号经过主放大电路后由RFout输出，path2信号的部分信号泄露至反馈回路形成path3信号，path3信号与path1信号共同输入动态偏置电路，从而进入场效应管M3。由于源漏连接的FET晶体管具有整流作用，故在场效应管M3的栅极到漏极、源极输出一个正向电压，该电压与原电路电压叠加。当该电压提高时，动态偏置电路的偏置电压也提高，使得主放大电路的电流增加，从而提高主放大电路的输出1dB压缩点。
本发明提供低噪声放大器的动态偏置***的实施例一，在实施例一中，如图1所示，射频信号由RFin进入，信号分为path1和path2两路，path2信号经过主放大电路后，由RFout输出，path2信号的部分信号泄露至反馈回路形成path3信号，path3信号与path1信号共同输入动态偏置电路，从而进入场效应管M3；具体地讲，低噪声放大器的静态偏置电压vgg由偏置电路提供，电源电压VDD通过电阻R1与场效应管M2的漏极相连，场效应管M2的漏极和栅极通过电阻R2相连，并且场效应管M2的栅极通过电阻R3、电阻R4、场效应管M3与场效应管M1的栅极相连，即由场效应管M1和M2组成一个电流镜，其中场效应管M3为肖特基二极管连接形式，即场效应管M3的漏极D3与源极S3连接作为负极，正极为G3，根据萨支唐方程可知，通过调节场效应管M2和场效应管M1的比例可以调节静态偏置电压vgg，进而调整流过场效应管M1的电流，在无射频信号输入时，动态偏置电路输出电压为固定值v1；输入信号RF分为path1和path2两路信号，其中，path1信号通过电阻R4后进入场效应管M3；同理，path2信号的部分信号泄露至反馈回路形成path3信号，path3信号与path1信号共同输入动态偏置电路，从而进入场效应管M3，因肖特基二极管连接形式的M3具有整流作用，当进入场效应管M3的信号超过场效应管M3的正向开启电压之后，由于场效应管M3的整流作用，会在场效应管M3的漏极D3与源极S3点输出一个正向电压v2，加入射频信号后，场效应管M1的栅极G1的电压vgg=v1+v2，随着输入功率的增益，正向电压v2逐渐提高，偏置电压vgg也随之提高，放大器的输出电流增加，进而提高主放大电路的输出P1dB。
本发明提供了低噪声放大器的动态偏置***的实施例二，在实施例二中，实施例二的电路连接结构与实施例一的电路连接结构有区别，区别点在于动态偏置电路的接入点，实施例二中动态偏置电路的偏置电压直接与场效应管M1的栅极G1连接，反馈回路的电阻与电容串联在场效应管M1的漏极D1与场效应管M3之间，具体地讲，如图2所示，图2与图1的动态偏置电路的接入点有区别：图1中动态偏置电路的偏置电压与反馈回路的电阻和电容的共同端口相连，图2直接与场效应管M1的栅极连接，这种连接方式可以改善电路的噪声系数。
本发明提供了低噪声放大器的动态偏置***的实施例三，在实施例三中，场效应管M3的漏极D3和源极S3共同与电阻R4和场效应管M1的栅极连接，射频信号通过反馈回路从RFout输出，如图3的偏置电路管M2的栅极G2与漏极D2通过R2连接，并从G2端引出，通过R2接入主电路，实施例三中其它电路与实施例二的电路结构相同。
本发明提供了低噪声放大器的动态偏置***的实施例四，如图4所示，动态偏置电路的场效应管M2的栅极G2与漏极D2通过电阻R2连接，并从动态偏置电路的场效应管M2的漏极D2端引出，通过电阻R2接入主电路，实施例四中其它电路与实施例二的电路结构相同。
如图5所示，场效应管M1的栅极电压vgg随着射频输入功率的增加，其电压值相对于普通偏置电路的偏置电压升高。
如图6所示，场效应管M1的栅极电压vgg在一定输入功率情况下，不同频率点的偏置电压值相对于普通偏置电路的偏置电压有明显提高。
如图7所示，采用动态偏置电路和采用普通偏置电路的放大器的输出功率随着输入功率变化的对比，采用动态偏置电路的输出功率随输入功率的变化更加线性，即OP1dB更高。
如图8所示，在一定输入功率下，采用动态偏置电路和采用普通偏置电路的放大器的偏置电压对比，采用动态偏置电路的偏置电压更高。
本发明还提供了一种低噪声放大器的动态偏置电路，包括场效应管M2、场效应管M3、电阻R1、电阻R2和电阻R3，电源电压VDD通过电阻R1与场效应管M2的漏极相连，电阻R2的一端与场效应管M2的漏极相连，场效应管M2的栅极与电阻R2的另一端、电阻R3的一端相连，场效应管M2的源极接地，电阻R3的另一端与场效应管M3的栅极相连，场效应管M3的漏极与源极相连。
在本发明内，在没有射频信号输入时，动态偏置电路不起作用，低噪声放大器的偏置电压处于较低水平，电路静态功耗低，随着射频输入功率的增加，动态偏置电路随着射频输入信号功率的增加，动态调节（提高）主放大电路的偏置电压，从而提高输出1dB压缩点（OP1dB），增加低噪声放大器的动态电流，从而提高其OP1dB，其中射频信号由RFin进入，经过主放大电路后，最后从RFout输出，主放大电路的偏置由动态偏置电路提供。
本发明与传统的偏置电路相比，除了保证低噪声放大器偏置电压的稳定性外，还可以动态地调节低噪声放大器电路的功耗，提供比常规放大器更高的OP1dB，但不增加静态功耗。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种低噪声放大器的动态偏置方法，其特征在于，射频信号分别进入动态偏置电路和主放大电路，所述主放大电路的偏置电压由所述动态偏置电路提供；所述动态偏置电路中的场效应管M3设置为肖特基二极管连接形式，所述场效应管M3的漏极D3与源极S3连接作为负极接入所述射频信号，正极为G3；当没有射频信号输入时，动态偏置电路不起调节作用，主放大电路的偏置电压固定不变；当有射频信号输入时，动态偏置电路随着射频输入信号功率的增加，动态地调节主放大电路的偏置电压，从而提高输出1dB压缩点；
所述动态偏置电路，包括场效应管M2、场效应管M3、电阻R1、电阻R2和电阻R3，电源电压VDD通过电阻R1与场效应管M2的漏极相连，电阻R2的一端与场效应管M2的漏极相连，场效应管M2的栅极与电阻R2的另一端、电阻R3的一端相连，场效应管M2的源极接地，电阻R3的另一端与场效应管M3的栅极相连，场效应管M3的漏极与源极相连。
2.根据权利要求1所述的一种低噪声放大器的动态偏置方法，其特征在于，射频信号由RFin进入后分为path1和path2两路信号，path2信号经过主放大电路后由RFout输出，path2信号的部分信号泄露至反馈回路成为path3信号，path3信号与path1信号共同输入动态偏置电路。
3.一种低噪声放大器的动态偏置***，其特征在于，包括主放大电路、动态偏置电路和反馈回路，所述反馈回路分别与所述主放大电路、动态偏置电路电性连接；射频信号分别进入动态偏置电路和主放大电路，所述主放大电路的偏置由所述动态偏置电路提供；所述动态偏置电路中的场效应管M3设置为肖特基二极管连接形式，所述场效应管M3的漏极D3与源极S3连接作为负极接入所述射频信号，正极为G3；当没有射频信号输入时，动态偏置电路不起调节作用，主放大电路的偏置电压固定不变，当有射频信号输入时，动态偏置电路随着射频输入信号功率的增加，动态地调节主放大电路的偏置电压，通过提高偏置电压来提高输出1dB压缩点；
所述动态偏置电路包括场效应管M2、场效应管M3、电阻R1、电阻R2和电阻R3，电源电压VDD通过电阻R1与场效应管M2的漏极相连，电阻R2的一端与场效应管M2的漏极相连，场效应管M2的栅极与电阻R2的另一端、电阻R3的一端相连，场效应管M2的源极接地，电阻R3的另一端与场效应管M3的栅极相连，场效应管M3的漏极与源极相连；
所述主放大电路包括场效应管M1。
4.根据权利要求3所述的一种低噪声放大器的动态偏置***，其特征在于，还包括与所述主放大电路电性连接的负载。
5.根据权利要求3所述的一种低噪声放大器的动态偏置***，其特征在于，所述反馈回路包括电阻R4与电容C1。
6.根据权利要求5所述的一种低噪声放大器的动态偏置***，其特征在于，射频信号由RFin进入后分为path1和path2两路信号，path2信号经过主放大电路后由RFout输出，path2信号的部分信号泄露至反馈回路形成path3信号，path3信号与path1信号共同输入动态偏置电路，从而进入场效应管M3，在场效应管M3的栅极到其漏极、源极输出一个正向电压，该正向电压与动态偏置电路的输出电压叠加，当该正向电压提高时，动态偏置电路输出的偏置电压也提高，使得主放大电路的电流增加，从而提高主放大电路的输出1dB压缩点。
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