电流复用低噪声放大器及集成电路的制作方法

1.本技术涉及半导体技术领域，具体涉及一种电流复用低噪声放大器及集成电路。


背景技术：

2.在射频无线通讯系统中，低噪声放大器位于整个收发系统接收通道的最前端，直接与天线相连接，其性能好坏直接影响整个收发系统的性能。
3.常规的低噪声放大器的结构分为自偏置级联结构和电流复用结构两种。其中，自偏置级联结构的低噪声放大器为提高增益量级一般通过增大放大级数来实现，导致额外引入一级功耗，因此自偏置级联结构的低噪声放大器通常功耗高。电流复用结构的低噪声放大器虽然可以克服功耗高的缺点，但也存在输出功率有限、线性度低的问题，限制了低噪声放大器的应用。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例提供了一种电流复用低噪声放大器及集成电路，以解决常规的低噪声放大器存在输出功率低、线性度低等缺点的技术问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种电流复用低噪声放大器，包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一偏置电路、第二偏置电路、电流复用电路、输入匹配电路、第一级间匹配电路、第二级间匹配电路和输出匹配电路；第一晶体管的漏极连接第二晶体管的栅极，第二晶体管的漏极连接第三晶体管的栅极；第一偏置电路连接第一晶体管的源级，第二偏置电路连接第二晶体管的源级；电流复用电路的第一端连接第一晶体管的漏极，电流复用电路的第二端连接第二晶体管的漏极，电流复用电路的第三端连接第三晶体管的源级；第一偏置电路、第二偏置电路和电流复用电路共同用于使第一晶体管和第二晶体管复用第三晶体管的电流；
6.输入匹配电路的第一端作为电流复用低噪声放大器的输入端，输入匹配电路的第二端连接第一晶体管的栅极；第一级间匹配电路连接于第一晶体管的漏极和第二晶体管的栅极之间；第二级间匹配电路连接于第二晶体管的漏极和第三晶体管的栅极之间；输出匹配电路的第一端连接第三晶体管的漏极，输出匹配电路的第二端作为电流复用低噪声放大器的输出端。
7.在第一方面的一种可能的实施方式中，第一偏置电路包括第一源极电感、第一源极电容和第一电阻；第一源极电感的第一端连接第一晶体管的源级，第一源极电感的第二端经第一源极电容接地；第一电阻与第一源极电容并联。
8.在第一方面的一种可能的实施方式中，第二偏置电路包括第二源极电感、第二源极电容和第二电阻；第二源极电感的第一端连接第二晶体管的源级，第二源极电感的第二端经第二源极电容接地；第二电阻与第二源极电容并联。
9.在第一方面的一种可能的实施方式中，电流复用电路包括第一漏极电感、第二漏极电感、第三源极电感和第三源极电容；第一漏极电感的第一端作为电流复用电路的第一
端连接第一晶体管的漏极，第一漏极电感的第二端作为电流复用电路的第二端连接第二晶体管的漏极；第二漏极电感的第一端连接第一漏极电感的第二端，第二漏极电感的第二端连接第三源极电感的第一端；第三源极电感的第二端作为电流复用电路的第三端连接第三晶体管的源级；第三源极电容的第一端连接于第二漏极电感和第三源极电感之间，第三源极电容的第二端接地。
10.在第一方面的一种可能的实施方式中，输入匹配电路包括第一电容和第一栅极电感；第一电容的第一端作为电流复用低噪声放大器的输入端，第一电容的第二端作为输入匹配电路的第二端连接第一晶体管的栅极；第一栅极电感的第一端连接于第一电容和第一晶体管的栅极之间，第一栅极电感的第二端接地。
11.在第一方面的一种可能的实施方式中，第一级间匹配电路包括第二电容和第二栅极电感；第二电容连接于第一晶体管的漏极和第二晶体管的栅极之间；第二栅极电感的第一端连接于第二电容和第二晶体管的栅极之间，第二栅极电感的第二端接地；第二级间匹配电路包括第三电容、第三栅极电感和第一栅极电容；第三电容连接于第二晶体管的漏极和第三晶体管的栅极之间；第三栅极电感的第一端连接于第三电容和第三晶体管的栅极之间，第三栅极电感的第二端经第一栅极电容接地。
12.在第一方面的一种可能的实施方式中，电流复用低噪声放大器还包括：供压电路；供压电路的第一端连接于第三晶体管的漏极和输出匹配电路之间，供压电路的第二端连接电源；供压电路包括第三漏极电感、第三电阻、第四电阻和第一漏极电容；
13.第三漏极电感的第一端作为供压电路的第一端连接于第三晶体管的漏极和输出匹配电路之间，第三漏极电感的第二端作为供压电路的第二端连接电源；第三电阻的第一端连接于第三栅极电感和第一栅极电容之间，第三电阻的第二端接地；第四电阻的第一端连接于第三栅极电感和第一栅极电容之间，第四电阻的第二端连接于第三漏极电感和电源之间；第一漏极电容的第一端连接于第三漏极电感和电源之间，第一漏极电容的第二端接地；第三电阻和第四电阻用于将电源提供的电压分压至第三晶体管的栅极。
14.在第一方面的一种可能的实施方式中，电流复用低噪声放大器还包括：负反馈电路；负反馈电路连接于第三晶体管的栅极和第三晶体管的漏极之间。
15.在第一方面的一种可能的实施方式中，输出匹配电路包括第四电容。
16.第二方面，本技术实施例提供了一种集成电路，包括第一方面任一项所述的电流复用低噪声放大器；集成电路采用gaas工艺在gaas基底上制造。
17.本技术实施例提供的电流复用低噪声放大器及集成电路，设置三级级联晶体管提高增益，同时设置偏置电路和电流复用电路，使第一晶体管和第二晶体管分别复用第三晶体管的部分电流，使电流复用低噪声放大器具有高输出功率、高线性度、低噪声以及高增益，提高了电流复用低噪声放大器的通用性，能够广泛应用于雷达和通信等系统中。
18.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些
实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本技术一实施例提供的电流复用低噪声放大器的结构示意图；
21.图2是本技术另一实施例提供的电流复用低噪声放大器的结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合具体实施例对本技术进行更清楚的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本技术的作用，但不以任何形式限制本技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本技术的保护范围。
23.应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
24.还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
25.在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
27.此外，本技术实施例中提到的“多个”应当被解释为两个或两个以上。
28.图1是本技术一实施例提供的电流复用低噪声放大器的结构示意图。如图1所示，本技术实施例的电流复用低噪声放大器包括：第一晶体管m1、第二晶体管m2、第三晶体管m3、第一偏置电路11、第二偏置电路12、电流复用电路13、输入匹配电路14、第一级间匹配电路15、第二级间匹配电路16和输出匹配电路17。
29.第一晶体管m1的漏极连接第二晶体管m2的栅极，第二晶体管m2的漏极连接第三晶体管m3的栅极。
30.第一偏置电路11连接第一晶体管m1的源级，第二偏置电路12连接第二晶体管m2的源级。
31.电流复用电路13的第一端连接第一晶体管m1的漏极，电流复用电路13的第二端连接第二晶体管m2的漏极，电流复用电路13的第三端连接第三晶体管m3的源级；第一偏置电路11、第二偏置电路12和电流复用电路13共同用于使第一晶体管m1和第二晶体管m2复用第三晶体管m3的电流。
32.输入匹配电路14的第一端作为电流复用低噪声放大器的输入端rfin，输入匹配电路14的第二端连接第一晶体管m1的栅极。
33.第一级间匹配电路15连接于第一晶体管m1的漏极和第二晶体管m2的栅极之间；第
二级间匹配电路16连接于第二晶体管m2的漏极和第三晶体管m3的栅极之间。
34.输出匹配电路17的第一端连接第三晶体管m3的漏极，输出匹配电路17的第二端作为电流复用低噪声放大器的输出端rfout。
35.可选的，第一晶体管m1、第二晶体管m2和第三晶体管m3均为共源级晶体管。其中，第一晶体管m1的静态电流为i1，第二晶体管m2的静态电流为i2，第三晶体管m3的静态电流为第一级晶体管m1和第二级晶体管m2的静态电流之和i1 i2。第一晶体管m1和第二晶体管m2分别复用第三晶体管m3的部分电流，即前两级晶体管分别复用末级晶体管的部分电流。避免了两级或多级晶体管共用同一电流导致的放大器输出功率有限的问题，提高了放大器的输出功率和线性度。同时第一晶体管m1、第二晶体管m2和第三晶体管m3三级级联可以提高放大器的增益，提高了放大器的通用性，使其可以广泛应用于雷达和通信等系统中。
36.具体来说，第一偏置电路11为第一晶体管m1提供偏置电阻，第二偏置电路12为第二晶体管m2提供偏置电阻，通过调整上述偏置电阻的阻值大小可以调节第一晶体管m1的静态电流i1和第二晶体管m2的静态电流i2。电流复用电路13用于使第一晶体管m1的漏极电压、第二晶体管m2的漏极电压与第三晶体管m3的源级电压保持相同，使射频信号(表现为电流)可以被电流复用电路13反射(即电流被扼流)，从而使射频信号可以经主路传送至第三晶体管m3。该主路的路径为第一晶体管m1的栅极至第二晶体管m2的栅极至第三晶体管m3的栅极。也就是说，第一偏置电路11、第二偏置电路12和电流复用电路13共同用于使第一晶体管m1和第二晶体管m2分别复用第三晶体管m3的部分电流。
37.示例性的，通过调整第一偏置电路11的偏置电阻的大小和第二偏置电路12的偏置电阻的大小可以调整电流复用比例，进而调整放大器的输出功率和线性度。
38.参照图1，晶体管的栅极表示为g，漏极表示为d，源极表示为s。
39.图2是本技术另一实施例提供的电流复用低噪声放大器的结构示意图。如图2所示，第一偏置电路包括第一源极电感ls1、第一源极电容cs1和第一电阻r1。第一源极电感ls1的第一端连接第一晶体管m1的源级，第一源极电感ls1的第二端经第一源极电容cs1接地。第一电阻r1与第一源极电容cs1并联。
40.第二偏置电路包括第二源极电感ls2、第二源极电容cs2和第二电阻r2。第二源极电感ls2的第一端连接第二晶体管m2的源级，第二源极电感ls2的第二端经第二源极电容cs2接地。第二电阻r2与第二源极电容cs2并联。
41.示例性的，第一电阻r1和第二电阻r2为偏置电阻，通过调整第一电阻r1的阻值和第二电阻r2的阻值使第一晶体管m1和第二晶体管m2均偏置在低噪声区域。同时调整第一电阻r1的阻值和第二电阻r2的阻值可以调节第一晶体管m1的静态电流i1和第二晶体管m2的静态电流i2，即调节电流复用比例。
42.可选的，电流复用电路包括第一漏极电感ld1、第二漏极电感ld2、第三源极电感ls3和第三源极电容cs3。
43.第一漏极电感ld1的第一端作为电流复用电路的第一端连接第一晶体管m1的漏极，第一漏极电感的ld1第二端作为电流复用电路的第二端连接第二晶体管m2的漏极；第二漏极电感ld2的第一端连接第一漏极电感ld1的第二端，第二漏极电感ld2的第二端连接第三源极电感ls3的第一端；第三源极电感ls3的第二端作为电流复用电路的第三端连接第三晶体管m3的源级。第三源极电容cs3的第一端连接于第二漏极电感ld2和第三源极电感ls3
之间，第三源极电容cs3的第二端接地。
44.示例性的，第一漏极电感ld1和第二漏极电感ld2为扼流电感，可以将射频信号反射回主路，从而保证射频信号可以经主路传送至第三晶体管m3。
45.在一种可能的实施方式中，参照图2，输入匹配电路包括第一电容c1和第一栅极电感lg1。
46.第一电容c1的第一端作为电流复用低噪声放大器的输入端rfin，第一电容c1的第二端作为输入匹配电路的第二端连接第一晶体管m1的栅极；第一栅极电感lg1的第一端连接于第一电容c1和第一晶体管m1的栅极之间，第一栅极电感lg1的第二端接地。
47.可选的，第一级间匹配电路包括第二电容c2和第二栅极电感lg2；第二电容c2连接于第一晶体管m1的漏极和第二晶体管m2的栅极之间；第二栅极电感lg2的第一端连接于第二电容c2和第二晶体管m2的栅极之间，第二栅极电感lg2的第二端接地。
48.第二级间匹配电路包括第三电容c3、第三栅极电感lg3和第一栅极电容cg1；第三电容c3连接于第二晶体管m2的漏极和第三晶体管m3的栅极之间；第三栅极电感lg3的第一端连接于第三电容c3和第三晶体管m3的栅极之间，第三栅极电感lg3的第二端经第一栅极电容cg1接地。
49.示例性的，通过输入匹配电路、第一偏置电路、第二偏置电路、第一级间匹配电路和第二级间匹配电路，实现第一级晶体管m1和第二级晶体管m2的噪声匹配以及输入端阻抗匹配，进而实现放大器的低噪声。
50.可选的，电流复用低噪声放大器还包括：供压电路；供压电路的第一端连接于第三晶体管m3的漏极和输出匹配电路之间，供压电路的第二端连接电源vdd。
51.供压电路包括第三漏极电感ld3、第三电阻r3、第四电阻r4和第一漏极电容cd1。第三漏极电感ld3的第一端作为供压电路的第一端连接于第三晶体管m3的漏极和输出匹配电路之间，第三漏极电感ld3的第二端作为供压电路的第二端连接电源vdd；第三电阻r3的第一端连接于第三栅极电感lg3和第一栅极电容cg1之间，第三电阻r3的第二端接地；第四电阻r4的第一端连接于第三栅极电感lg3和第一栅极电容cg1之间，第四电阻r4的第二端连接于第三漏极电感ld3和电源vdd之间；第一漏极电容cd1的第一端连接于第三漏极电感ld3和电源vdd之间，第一漏极电容cd1的第二端接地。
52.第三电阻r3和第四电阻r4用于将电源vdd提供的电压分压至第三晶体管m3的栅极。
53.示例性的，第三晶体管m3的栅极电压是经第三电阻r3和第四电阻r4分压电源vdd的电压得到的。第三晶体管m3的栅极电压需要低于第三晶体管m3的源极电压，通过调整第三电阻r3的阻值和第四电阻r4的阻值，使第三晶体管m3工作在线性区。
54.可选的，输出匹配电路包括第四电容c4。通过第一级间匹配电路、第二级间匹配电路、供压电路和输出匹配电路进一步提高放大器的输出功率和线性度。
55.在一种可能的实施方式中，电流复用低噪声放大器还包括：负反馈电路。负反馈电路连接于第三晶体管m3的栅极和第三晶体管m3的漏极之间。
56.负反馈电路包括反馈电容cfe和反馈电阻rfe。反馈电容cfe的第一端连接第三晶体管m3的栅极，反馈电容cfe的第二端连接反馈电阻rfe的第一端，反馈电阻rfe的第二端连接第三晶体管m3的漏极。
57.示例性的，电路中引入负反馈电路以提高电路的稳定性。在第三晶体管m3的栅漏极之间引入负反馈，可以提高增益平坦度，提高放大器的稳定性，同时对放大器的整体噪声的影响较小。避免了在第一晶体管m1或第二晶体管m2处引入负反馈造成的对放大器的整体噪声的极大恶化。
58.本技术实施例提供的电流复用低噪声放大器，设置三级级联晶体管提高增益，同时设置偏置电路和电流复用电路，使第一晶体管和第二晶体管分别复用第三晶体管的部分电流，使电流复用低噪声放大器具有高输出功率、高线性度、低噪声以及高增益，提高了电流复用低噪声放大器的通用性，能够广泛应用于雷达和通信等系统中。
59.本技术一实施例还提供一种集成电路，包括电流复用低噪声放大器。该集成电路采用gaas工艺在gaas基底上制造。
60.示例性的，上述电流复用低噪声放大器可以为本技术任意实施例提供的电流复用低噪声放大器。将电流复用低噪声放大器与其他电路通过gaas工艺进行一片式设计形成集成电路，可以提高电路的集成化程度。上述其他电路包括但不限于开关电路、限幅器和衰减器中的一种或多种。
61.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。