阅读说明：本技术 一种基于多抽头电感的分布式放大器 (Distributed amplifier based on multi-tap inductor ) 是由 梁欣 余力澜 况立雪 马小龙 董钊 韩春杰 刘跃 于 2021-09-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了属于射频集成电路技术领域的一种基于多抽头电感的分布式放大器。带有4个抽头的多抽头电感的等效电路包括P1抽头、P2抽头、P3抽头、P4抽头、L1电感、L2电感和L3电感；其中,P1抽头、L1电感、L2电感、L3电感和P4抽头依次串联,L1电感与L2电感的连接处引出P2抽头,L2电感与L3电感的连接处引出P3抽头；P1抽头与L1电感的连接端、P2抽头与L2电感的连接端以及P3抽头与L3电感的连接端互为同名端。基于多抽头电感的分布式放大器减少了分布式放大器所需的电感数目,从而减小了芯片面积,降低了分布式放大器的成本。(The invention discloses a distributed amplifier based on a multi-tap inductor, belonging to the technical field of radio frequency integrated circuits. The equivalent circuit of the multi-tap inductor with 4 taps comprises a P1 tap, a P2 tap, a P3 tap, a P4 tap, an L1 inductor, an L2 inductor and an L3 inductor; the P1 tap, the L1 inductor, the L2 inductor, the L3 inductor and the P4 tap are sequentially connected in series, the P2 tap is led out from the connection position of the L1 inductor and the L2 inductor, and the P3 tap is led out from the connection position of the L2 inductor and the L3 inductor; the connecting end of the P1 tap and the L1 inductor, the connecting end of the P2 tap and the L2 inductor, and the connecting end of the P3 tap and the L3 inductor are the same-name ends. The distributed amplifier based on the multi-tap inductor reduces the number of inductors needed by the distributed amplifier, thereby reducing the chip area and the cost of the distributed amplifier.)

一种基于多抽头电感的分布式放大器

技术领域

本发明涉及射频集成电路技术领域，尤其涉及一种基于多抽头电感的分布式放大器。

背景技术

5G通信技术正在得到越来越广泛的应用，世界各国纷纷将从450MH至52.6GHz之间的各个频段分配给5G通信。因此，能覆盖5G频段的宽带放大器也成为了目前的研究热点。另一方面，为了提高数据率和测距精度，高速串口通信和雷达也都对宽带放大器具有较大的需求。在现有的宽带放大器电路技术中，分布式放大器具有低通特性、高带宽、结构简单等特点，因此成为业内研究热点。

由于传统的分布式放大器需要使用多段传输线，在硅基工艺上设计时会消耗较大的芯片面积，导致其成本较高。为了减小面积，有研究者用多个独立的电感代替了传输线。但由于电感数目较多，依然占据了不少的芯片面积。

针对现有分布式放大器中传输线或电感占用面积大的问题，本发明提出了全新的分布式放大器实现结构。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于多抽头电感的分布式放大器，其特征在于，带有4个抽头的多抽头电感的等效电路包括P1抽头、P2抽头、P3抽头、P4抽头、L1电感、L2电感和L3电感；其中，P1抽头、L1电感、L2电感、L3电感和P4抽头依次串联，L1电感与L2电感的连接处引出P2抽头，L2电感与L3电感的连接处引出P3抽头；P1抽头与L1电感的连接端、P2抽头与L2电感的连接端以及P3抽头与L3电感的连接端互为同名端；

5级放大的分布式放大器包括4个带有4个抽头的多抽头电感、5个晶体管和两个电阻；其中，第一多抽头电感与第二多抽头电感通过P14抽头和P21抽头串联，第三多抽头电感与第四多抽头电感通过P34抽头和P41抽头串联；T1晶体管、T2晶体管、T3晶体管、T4晶体管和T5晶体管的栅极分别连接P32抽头、P33抽头、P34抽头、P42抽头和P43抽头，T1晶体管、T2晶体管、T3晶体管、T4晶体管和T5晶体管的漏极分别连接P12抽头、P13抽头、P14抽头、P22抽头和P23抽头；5个晶体管的源极均接地；P11抽头通过R1电阻接电源地，P44抽头通过R2电阻接电源输入端，P31抽头接信号输入端，P24抽头接信号输出端。

所述多抽头电感的抽头个数为4个及以上。

对于固定级数的分布式放大器，使用多抽头电感的个数随每个多抽头电感的抽头个数的增加而减少。

所述固定级数为5级及以上。

本发明的有益效果在于：

本发明减少了分布式放大器所需的电感数目，从而减小了芯片面积，降低了分布式放大器的成本。

附图说明

图1为分布式放大器的基本结构图；

图2为使用集总建模的分布式放大器模型；

图3为多抽头电感示意图；

图4为多抽头电感的等效电路图；

图5为采用多抽头电感的分布式放大器示意图。

具体实施方式

本发明提出一种基于多抽头电感的分布式放大器，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

分布式放大器的基本结构如图1所示，由多个晶体管级联而成，其中栅极连接到具有阻抗Z_0g与电感l_g的传输线，而其漏极连接到具有阻抗Z_0d与电感L_d的传输线。其工作原理为输入信号沿着栅极传输线依次到达每一个晶体管，而每个晶体管对输入信号进行放大后输出信号沿着漏极传输线依次叠加，最终输出。由于要求信号进行依次叠加，因此所有输出信号在同一个位置需要相位相同，需要满足：

β_gL_g＝β_dL_d

其中，β_g与β_d分别为栅极与漏极的传播常数。

图2为使用集总建模的分布式放大器模型，其使用电感数目较多，占据的芯片面积较大。本发明多抽头电感的示意图如图3所示，该多抽头电感与普通电感相比，从内部多引出了两个抽头(P3和P2)，根据实际情况需求，也可以引出更多个数目的抽头。其等效电路结构如图4所示，在P1和P2，P2和P3，P3和P4抽头各有一个电感，之间存在电感耦合。P1抽头、L1电感、L2电感、L3电感和P4抽头依次串联，L1电感与L2电感的连接处引出P2抽头，L2电感与L3电感的连接处引出P3抽头；P1抽头与L1电感的连接端、P2抽头与L2电感的连接端以及P3抽头与L3电感的连接端互为同名端。与三个独立的电感相比，多抽头电感相当于将独立电感叠在一起，减小了电感面积。

使用多抽头电感的分布式放大器示意图如图5所示。第一多抽头电感与第二多抽头电感通过P14抽头和P21抽头串联，第三多抽头电感与第四多抽头电感通过P34抽头和P41抽头串联；T1晶体管、T2晶体管、T3晶体管、T4晶体管和T5晶体管的栅极分别连接P32抽头、P33抽头、P34抽头、P42抽头和P43抽头，T1晶体管、T2晶体管、T3晶体管、T4晶体管和T5晶体管的漏极分别连接P12抽头、P13抽头、P14抽头、P22抽头和P23抽头；5个晶体管的源极均接地；P11抽头通过R1电阻接电源地，P44抽头通过R2电阻接电源输入端，P31抽头接信号输入端，P24抽头接信号输出端。

对于5级放大的分布式放大器，若采用独立的电感，所需电感数目为12个。当采用四抽头电感时，电感数目从独立电感的12个降低到了多抽头电感的4个，大大降低了芯片面积。采用五抽头或六抽头电感时，电感数目还能进一步减少。

图5给出了以单端五级分布式放大器为例说明基于四抽头电感在分布式放大器中的具体实施方式。其中，五级分布式放大器可以推广到更多级数设计，四抽头电感也可以推广到更多次抽头的电感。

此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。