本發(fā)明涉及放大器，尤其是一種基于多電感耦合的超寬帶放大器。

背景技術(shù)：

1、隨著移動通信的高速發(fā)展，通信的發(fā)展也逐漸向更高速率前進，為了滿足更高通信速率的需求，現(xiàn)有技術(shù)已將頻率擴展至24ghz-40ghz的毫米波頻段。根據(jù)香農(nóng)定理，高帶寬意味著高通信速率，在5g通信的頻段上能夠比較容易達到高帶寬的要求，由此可見，對毫米波頻段的利用不僅能夠緩解頻譜緊張的問題，還能夠提高系統(tǒng)的通信速率。其中，毫米波應(yīng)用的熱點在三個頻段上，分別為ku波段(12ghz-18ghz)、k波段(18ghz-27ghz)和ka波段(27ghz-40ghz)。

2、毫米波波段的云層探測及近地衛(wèi)星通信的實現(xiàn)離不開射頻(radio?frequency，rf)接收前端，它的組成包括濾波器、低噪聲放大器和混頻器。濾波器將過濾天線接收到的信號并傳給低噪聲放大器，經(jīng)過低噪聲放大器放大有用信號后，傳給混頻器，最后輸出信號給基帶處理。

3、低噪聲放大器(low?noise?amplifier，lna)是一種用于放大微弱信號且盡量不引入額外噪聲的放大器，它在無線通信系統(tǒng)、射頻收發(fā)器、雷達系統(tǒng)、天線接收系統(tǒng)等領(lǐng)域中起著至關(guān)重要的作用。隨著無線通信和雷達技術(shù)的不斷發(fā)展，對lna的需求也在不斷增加。但是，現(xiàn)有的低噪聲放大器很難滿足在在較寬的頻帶上保持良好的輸入和輸出匹配，其次，現(xiàn)有的低噪聲放大器的噪聲性能會受到電路寄生和工藝噪聲影響；而且現(xiàn)有的低噪聲放大器的線性度、動態(tài)范圍和功耗仍然沒有被優(yōu)化的很好。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于多電感耦合的超寬帶放大器，本發(fā)明通過多電感高階耦合網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)寬帶匹配和噪聲匹配。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于多電感耦合的超寬帶放大器，包括多電感高階耦合網(wǎng)絡(luò)和多級級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；

3、所述的多電感高階耦合網(wǎng)絡(luò)包括多電感高階輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和兩個多電感高階級間匹配網(wǎng)絡(luò)；

4、所述的多級級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)包括兩個共源共柵放大模塊、一共源放大模塊、一電壓偏置模塊；兩個所述的共源共柵放大模塊、以及共源放大模塊依次連接；且兩個所述的共源共柵放大模塊、以及共源放大模塊均與電壓偏置模塊連接，通過所述的電壓偏置模塊控制共源共柵放大模塊、以及共源放大模塊的晶體管柵極直流電壓和漏源直流電壓；

5、第一個所述的共源共柵模塊前端連接有多電感高階輸入匹配網(wǎng)絡(luò)；兩個所述的共源共柵模塊之間連接有第一個所述的多電感高階級間匹配網(wǎng)絡(luò)；第二個所述的共源共柵模塊和共源放大模塊之間連接有第二個多電感高階輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。

6、作為優(yōu)選的，所述的多電感高階輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和多電感高階級間匹配網(wǎng)絡(luò)分別為多電感六階輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和多電感六階級間匹配網(wǎng)絡(luò)。

7、作為優(yōu)選的，所述的共源共柵放大模塊包括cascode形式連接的nmos晶體管m1和m2，所述的nmos晶體管m1的漏極與nmos晶體管m2的源極連接，所述的nmos晶體管m1和m2與多電感六階輸入匹配網(wǎng)絡(luò)連接；通過所述的共源共柵放大模塊獲得更高的增益的同時并提高反向隔離度，對輸入信號進行放大并耦合給下一級。

8、作為優(yōu)選的，所述的nmos晶體管m1和m2的襯底連接高阻r到地，以減小襯底噪聲電流，降低襯底噪聲。

9、作為優(yōu)選的，所述的多電感六階輸入匹配網(wǎng)絡(luò)包括電感l(wèi)1、電感l(wèi)2、電感l(wèi)3、電容c1、電容c2和電容cgs1；所述的電容c1的一端與輸入接口in和電容c2的一端連接，所述的電容c2的另一端接地；所述的電容c1的另一端并聯(lián)連接有電感l(wèi)1、電感l(wèi)2；所述的電感l(wèi)1的另一端接電壓偏置模塊，所述的電壓偏置模塊為電感l(wèi)1提供偏置電壓vg1；所述的電感l(wèi)2的另一端與nmos晶體管m1的柵極連接；所述的電感l(wèi)3的一端與nmos晶體管m1的源極連接；所述的電感l(wèi)3的另一端接地；所述的柵源寄生電容cgs1連接在nmos晶體管m1的源極和柵極之間；

10、所述的nmos晶體管m2的柵極還與電容cg1和電壓偏置模塊連接，所述的電壓偏置模塊為nmos晶體管m2的柵極提供偏置電壓v1；所述的電感l(wèi)1、電感l(wèi)2、電感l(wèi)3兩兩耦合，形成六階輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。

11、作為優(yōu)選的，所述的共源共柵放大模塊包括cascode形式連接的nmos晶體管m3和m4；所述的nmos晶體管m3的漏極與nmos晶體管m4的源極連接；所述的nmos晶體管m3和m4與多電感六階級間匹配網(wǎng)絡(luò)連接。

12、作為優(yōu)選的，所述的nmos晶體管m3和m4，以及nmos晶體管m5的襯底連接高阻r到地，以減小襯底噪聲電流，降低襯底噪聲。

13、作為優(yōu)選的，所述的多電感六階級間匹配網(wǎng)絡(luò)包括前級級間匹配電路和本級級間匹配電路；所述的前級級間匹配電路與nmos晶體管m3和m4連接；所述的本級級間匹配電路與nmos晶體管m5連接。

14、作為優(yōu)選的，所述的前級級間匹配電路包括前級電感l(wèi)5、前級電感l(wèi)6、前級電感l(wèi)4、前級電容c3、前級電容cgs2；所述的前級電容c3、前級電感l(wèi)5的一端并聯(lián)連接在nmos晶體管m3的柵極；且所述的前級電容c3、前級電感l(wèi)5的另一端接電壓偏置模塊，所述的電壓偏置模塊為前級電容c3、前級電感l(wèi)5提供偏置電壓vg2；

15、所述的nmos晶體管m3的源極接前級電感l(wèi)6，所述的前級電感l(wèi)6的另一端接地；

16、所述的nmos晶體管m3的源極和柵極之間還連接有前級柵源寄生電容cgs2；

17、所述的前級電感l(wèi)4的一端接nmos晶體管m2的漏極，所述的前級電感l(wèi)4的另一端接電壓偏置模塊；

18、所述的nmos晶體管m4的柵極接前級電容cg2和電壓偏置模塊，所述的電壓偏置模塊為nmos晶體管m4的柵極提供偏置電壓v2。

19、作為優(yōu)選的，所述的本級級間匹配電路包括本級電感l(wèi)8、本級電感l(wèi)9、前級電感l(wèi)7、本級電容c4、本級電容c5、本級柵源寄生電容cgs3；所述的本級電感l(wèi)8、本級電容c4的一端并聯(lián)連接在nmos晶體管m5的柵極；所述的本級電感l(wèi)8、本級電容c4的另一端接電壓偏置模塊，所述的電壓偏置模塊為本級電感l(wèi)8、本級電容c4提供偏置電壓vg3；

20、所述的nmos晶體管m5的源極并聯(lián)連接有本級電感l(wèi)9、本級電容c5；所述的本級電感l(wèi)9、本級電容c5的另一端接地；

21、所述的nmos晶體管m5的漏極并聯(lián)連接有本級電容c6和本級電感l(wèi)10；所述的本級電容c6和本級電感l(wèi)10的另一端接電壓偏置模塊；

22、所述的nmos晶體管m5的源極和柵極之間連接有本級柵源寄生電容cgs3；

23、所述的本級電感l(wèi)10還與本級電感l(wèi)11呈現(xiàn)變壓器耦合形式，所述的本級電感l(wèi)11兩端分別與本級電容c7連接；所述的本級電感l(wèi)11和本級電容c7的一端接地，另一端接輸出接口out；

24、所述的前級電感l(wèi)7、本級電感l(wèi)8、本級電感l(wèi)9兩兩耦合。

25、作為優(yōu)選的，所述的電壓偏置模塊為nmos晶體管m1、m2、m3、m4、m5的柵極提供偏置電壓。

26、本發(fā)明的有益效果為：

27、1、本發(fā)明通過設(shè)計多電感高階輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和兩個多電感高階級間匹配網(wǎng)絡(luò)，提高了多階匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計自由度，同時實現(xiàn)了增益的平坦化、低的噪聲系數(shù)以及良好的匹配。同時，高階的諧振腔還有助于減少芯片面積；

28、2、本發(fā)明多電感高階輸入匹配網(wǎng)絡(luò)兩兩電感彼此耦合，能在很寬的帶寬內(nèi)共軛匹配到50ω，從而實現(xiàn)了寬帶匹配；而且提高了柵極電感的品質(zhì)因子，改善了串聯(lián)諧振腔帶來的損耗，降低了噪聲系數(shù)；減少了并聯(lián)諧振腔的信號泄露，降低了噪聲因子；

29、3、本發(fā)明的多電感高階級間匹配網(wǎng)絡(luò)的多電感耦合能進一步提高帶寬，多個網(wǎng)絡(luò)共同作用呈現(xiàn)最后的超寬帶；

30、4、本發(fā)明改變了輸入信號源導(dǎo)納，使得源導(dǎo)納接近最佳噪聲阻抗，同時實現(xiàn)共軛匹配所需的阻抗以及最佳噪聲阻抗。