一种高增益且可调谐的1～3GHz宽带LNA

发布时间：2019-09-20 12:02

【摘要】：提出了一种增益高且增益可调谐的1~3GHz宽带低噪声放大器(HTG-LNA)。在输入级,采用带有RC串联负反馈的共基-共射电流镜结构,实现了良好的输入匹配,并提高了电路的稳定性;在中间级,采用以有源电感作为负载的共基-共射达林顿电路结构,在保证宽带的同时实现了较高的增益与增益的可调谐;在输出级,采用带有电流镜的射极跟随器结构,获得了较大的输出功率和良好的输出匹配。基于稳懋0.2μm GaAs HBT工艺进行验证,结果表明,该HTG-LNA的电压增益大于37dB,最高可达50.7dB;功率增益大于37.4dB,最高可达51dB;最大增益可调谐幅度为2.2dB;输入回波损耗小于-7.11dB;输出回波损耗小于-11.97dB;噪声系数小于3.23dB;稳定因子大于5.61;在5V工作电压下,静态功耗小于65mW。
【图文】：

电路拓扑,共基,共射,电流镜

益、增益可调谐、良好的输入输出匹配，本文提出一种可在１～３ＧＨｚ频带工作的新型ＬＮＡ（即ＨＴＧ－ＬＮＡ）。在输入级，采用带有ＲＣ串联负反馈的共基－共射电流镜电路，以实现良好的输入匹配以及电路稳定性；在中间级，采用共基－共射达林顿电路结构，以实现带内较高的增益，且采用可调谐的有源电感作为负载，实现对增益的调节；在输出级，采用带有电流镜结构的射极跟随器，以提供较大的输出功率以及良好的输出匹配。１电路设计与分析本文提出的ＨＴＧ－ＬＮＡ整体电路拓扑如图１所示，主要由输入级、中间级和输出级构成。图１本文提出的ＨＴＧ－ＬＮＡ电路拓扑图１中，输入级为带有ＲＣ串联反馈的共基－共射电流镜结构，包括输入电容Ｃｉｎ，偏置电阻Ｒ１３～Ｒ１５，负载电阻Ｒ１１和Ｒ１２，晶体管Ｑ１１～Ｑ１４，反馈电阻Ｒｆ以及反馈电容Ｃｆ。中间级为加入了有源电感负载的共基－共射达林顿电路结构，包括负载电阻Ｒ２１和Ｒ２３，偏置电阻Ｒ２２，Ｒ２４和Ｒ２５，晶体管Ｑ２１～Ｑ２３，有源电感ＡＩ及其串联电阻ＲＬ。输出级为带有电流镜结构的射极跟随器，包括偏置电阻Ｒ３１～Ｒ３３，晶体管Ｑ３１～Ｑ３３以及输出电容Ｃｏｕｔ。１．１ＨＴＧ－ＬＮＡ输入级电路输入级电路拓扑如图２所示。晶体管Ｑ１２和Ｑ１４构成共基－共射结构，与晶体管Ｑ１１和Ｑ１３一起构成镜像对称的共基－共射电流镜结构。负载电阻Ｒ１１和Ｒ１

模型图,模型图,跨导放大器,有源电感

的输入端与负跨导放大器的输出端之间；晶体管Ｑ１，Ｑ２和Ｑ８作为电流源，为２个跨导放大器提供直流偏置；Ｃｉｎ为隔直电容。将图４所示的电路结构模型化，可得到有源电感的等效模型，如图５所示。图中，Ａ１为负跨导放大器，其跨导为ｇｍ１；Ａ２为正跨导放大器，其跨导为ｇｍ２；Ｒ０１，Ｃ１与Ｒ０２，，Ｃ２分别为负跨导放大器与正跨导放大器的输入电阻和输入电容；Ｒｆ为反馈电阻。图５有源电感等效模型图根据回转器原理，可以将图５所示的模型图等效为图６所示的ＲＬＣ网络。图６有源电感等效ＲＬＣ网络图６中，各参数之间的关系为：ＲＰ＝Ｒ０１，ＣＰ＝Ｃ１ＲＳ＝１Ｒ０２ｇｍ１ｇｍ２，Ｌ＝Ｃ２ｇｍ１ｇｍ２（５）将实际电路中的参数带入（５）式，可以得到有源电感的各项参数为：ＲＰ＝１１ｒｏ７＋１ｒｂｅ６＋ｇｍ６Ｒｆ／ｒｏ６＋１（６）ＣＰ＝Ｃｂｅ６（７）ＲＳ＝Ｒｆ／ｒｏ６＋１ｇｍ６ｇｍ７·１（ｒｏ３ｇｍ３）（ｒｏ４ｇｍ４）（ｒｏ５ｇｍ５）（８）Ｌ＝Ｃｂｅ７（Ｒｆ／ｒｏ６＋１）ｇｍ６ｇｍ７（９）式中，ｇｍ３～ｇｍ７和ｒｏ３～ｒｏ７分别为晶体管Ｑ３～Ｑ７的跨导和集电极－发射极电阻；Ｃｂｅ６和Ｃｂｅ７分别为晶体管Ｑ６和Ｑ７的发射结电容；ｒｂｅ６为晶体管Ｑ６的发射结电阻。由（８）式可以看出，相比于传统的采用回
【作者单位】：北京工业大学电子信息与控制工程学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(61574010) 北京市自然科学基金资助项目(4142007,4143059) 北京市未来芯片技术高精尖创新中心科研基金资助项目(KYJJ2016008)
【分类号】：TN722.3

【参考文献】