双频可切换驱动放大器的制作方法

1.本公开涉及射频集成电路技术领域，具体涉及一种双频可切换驱动放大器。


背景技术：

2.频率合成器是产生频谱的主要设备，在射频集成电路中具有重要作用。作为频率合成器芯片的关键电路，驱动放大器性能的好坏直接影响着频率合成器芯片的性能优劣。当前，应用于频率合成器芯片的驱动放大器由一路放大器组成，其带宽窄、输出功率低且增益不可调谐，无法适用于多种应用需求。


技术实现要素：

3.本公开提供了一种双频可切换驱动放大器。该双频可切换驱动放大器包括：低频链路和高频链路，所述低频链路与所述高频链路共用一个输出端口；
4.所述低频链路包括低频输入端口、低频增益可调放大器、预设放大器以及第二nmos管m2；其中，所述低频输入端口连接所述低频增益可调放大器的输入端口，所述低频增益可调放大器的输出端口连接所述预设放大器的输入端口，所述预设放大器的输出端口连接所述第二nmos管m2的源极，所述第二nmos管m2的漏级连接所述输出端口；
5.所述高频链路包括高频输入端口、高频增益可调放大器、第三nmos管m3以及第四nmos管m4；其中所述高频输入端口连接所述高频增益可调放大器的输入端口，所述第三nmos管m3的漏极连接所述高频增益可调放大器的输出端口和所述第四nmos管m4的源级，所述第三nmos管m3的源级接地，所述第四nmos管m4的漏极通过串联电阻接地并通过串联电容连接所述输出端口。
6.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在低频模式下，所述第二nmos管m2和所述第三nmos管m3导通，所述第四nmos管m4断开，信号由所述低频输入端口流入，由所述输出端口流出；
7.在高频模式下，所述第二nmos管m2和所述第三nmos管m3断开，所述第四nmos管m4导通，信号由所述高频输入端口流入，由所述输出端口流出。
8.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，双频可切换驱动放大器的所述预设放大器为第一nmos管m1，所述第一nmos管m1的漏极连接所述第二nmos管m2的源级，所述第一nmos管m1的源级通过串联电阻接地，所述第一nmos管m1的栅极连接所述低频增益可调放大器的输出端口；
9.在低频模式下，通过控制所述第一nmos管m1对应的控制端，以使第一nmos管m1工作在饱和区。
10.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在低频模式下，通过控制所述第一nmos管m1和所述第二nmos管m2对应的控制端为高电平，所述第一nmos管m1与所述第二nmos管m1形成共源共栅结构。
11.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在低频模式
下，通过控制所述第二nmos管m2和所述第三nmos管m3对应的控制端为高电平以及所述第四nmos管m4对应的控制端为低电平，所述第二nmos管m2和所述第三nmos管m3导通，所述第四nmos管m4断开。
12.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在高频模式下，通过控制所述第一nmos管m1、所述第二nmos管m2和所述第三nmos管m3对应的控制端为低电平以及所述第四nmos管m4对应的控制端为高电平，所述第一nmos管m1、所述第二nmos管m2以及所述第三nmos管m3断开，所述第四nmos管m4导通。
13.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一nmos管m1、所述第二nmos管m2、所述第三nmos管m3以及所述第四nmos管m4采用晶体管寄生优化技术，在栅极分别通过串联电阻连接对应的控制端。
14.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第三nmos管m3和所述第四nmos管m4的衬底分别通过串联电阻接地，所述第四nmos管m4的漏极通过串联电阻接地。
15.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一nmos管m1的源极通过串联电阻接地。
16.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，双频可切换驱动放大器的所述高频链路还包括电容，所述电容一端连接所述第四nmos管m4的漏极，另一端连接所述输出端口。
17.本技术实施例提供的双频可切换驱动放大器，包括低频链路和高频链路，低频链路与高频链路共用一个输出端口，低频链路包括低频输入端口、与低频输入端口连接的低频增益可调放大器、与低频增益可调放大器连接的预设放大器以及与预设放大器连接的第二nmos管m2，高频链路包括高频输入端口、与高频输入端口连接的高频增益可调放大器、与高频增益可调放大器连接的第三nmos管m3以及与第三nmos管m3连接的第四nmos管m4，通过控制第二nmos管m2、第三nmos管m3以及第四nmos管m4导通和断开，切换低频和高频两种工作模式，达到覆盖带宽较宽和输出功率较高的效果，采用低频或高频增益可调放大器，对低频或高频输入端口的信号进行放大，使得放大器增益可调，适用多种应用需求。
18.应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
19.结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
20.图1示出了根据本公开的实施例的双频可切换驱动放大器的电路图。
具体实施方式
21.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。
22.另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
23.本公开中，能够通过控制第二nmos管m2、第三nmos管m3以及第四nmos管m4导通和断开，切换低频和高频两种工作模式，达到覆盖带宽较宽和输出功率较高的效果，采用低频或高频增益可调放大器，对低频或高频输入端口的信号进行放大，使得放大器增益可调，适用多种应用需求。
24.图1示出了根据本公开的实施例的双频可切换驱动放大器的电路图。如图1所示，双频可切换驱动放大器100包括：低频链路和高频链路，低频链路与高频链路共用一个输出端口p3。
25.低频链路包括低频输入端口p1、低频增益可调放大器pga1、预设放大器以及第二nmos管m2。其中，低频输入端口p1连接低频增益可调放大器pga1的输入端口，低频增益可调放大器pga1的输出端口连接预设放大器的输入端口，预设放大器的输出端口连接第二nmos管m2的源极，低频增益可调放大器pga1的输入端口用来输入低频输入端口p1发出的需要放大的信号ui，低频增益可调放大器pga1的输出端口用来输出经过放大器放大后的信号uo，第二nmos管m2的漏级连接输出端口p3。
26.高频链路包括高频输入端口p2、高频增益可调放大器pga2、第三nmos管m3以及第四nmos管m4。其中，高频输入端口p2连接高频增益可调放大器pga2的输入端口，高频增益可调放大器pga2的输出端口连接第三nmos管m3的漏极，高频增益可调放大器pga2的输入端口用来输入高频输入端口p2发出的需要放大的信号ui，高频增益可调放大器pga2的输出端口用来输出经过放大器放大后的信号uo，第三nmos管m3的漏极还连接第四nmos管m4的源级，第三nmos管m3的源级接地，第四nmos管m4的漏极串联电阻r8接地、串联电容c1连接输出端口p3。
27.nmos管为拥有n型金属-氧化物-半导体结构的晶体管。
28.在双频可切换驱动放大器100的低频链路和高频链路中，均采用增益可调放大器，对输入端口的信号ui进行放大，使得放大器增益可调谐，适用于多种应用需求。
29.双频可切换驱动放大器100还可以实现任意两个频率在同一个放大器上工作，从而提高放大器的工作效率。
30.根据本公开的实施例，实现了以下技术效果：
31.双频可切换驱动放大器，包括低频链路和高频链路，低频链路与高频链路共用一个输出端口p3，低频链路包括低频输入端口p1、与低频输入端口p1连接的低频增益可调放大器pga1、与低频增益可调放大器pga1连接的预设放大器以及与预设放大器连接的第二nmos管m2，高频链路包括高频输入端口p2、与高频输入端口p2连接的高频增益可调放大器pga2、与高频增益可调放大器pga2连接的第三nmos管m3以及与第三nmos管m3连接的第四nmos管m4，通过控制第二nmos管m2、第三nmos管m3以及第四nmos管m4导通和断开，切换低频和高频两种工作模式，达到覆盖带宽较宽和输出功率较高的效果，采用低频或高频增益可调放大器，对低频或高频输入端口的信号进行放大，使得放大器增益可调，适用多种应用需
求。
32.在一些实施例中，上述双频可切换驱动放大器，在低频模式下，第二nmos管m2和第三nmos管m3导通，第四nmos管m4断开，信号ui由低频输入端口p1流入，经过低频增益可调放大器pga1后，由输出端口p3流出经过放大器放大后的信号uo；
33.在高频模式下，第二nmos管m2和第三nmos管m3断开，第四nmos管m4导通，信号ui由高频输入端口p2流入，经过高频增益可调放大器pga2后，由输出端口p3流出经过放大器放大后的信号uo。
34.第二nmos管m2、第三nmos管m3以及第四nmos管m4的导通和断开，可以通过控制第二nmos管m2、第三nmos管m3以及第四nmos管m4对应的控制端实现。
35.当第二nmos管m2和第三nmos管m3导通，第四nmos管m4断开时，可以阻止低频输出信号泄露到高频链路，提高低频输出功率。当第二nmos管m2和第三nmos管m3断开，第四nmos管m4导通时，可以阻止高频输出信号泄露到低频链路，提高高频输出功率。
36.双频可切换驱动放大器100的频率合成器芯片驱动低频增益可调放大器pga1或高频增益可调放大器pga2，具有低频、高频两种工作模式。通过开关切换两种工作模式，即通过控制第二nmos管m2、第三nmos管m3以及第四nmos管m4导通和断开，切换低频和高频两种工作模式，达到覆盖带宽较宽和输出功率较高的效果。
37.在一些实施例中，上述双频可切换驱动放大器的预设放大器为第一nmos管m1，第一nmos管m1的漏极连接第二nmos管m2的源级，第一nmos管m1的源级通过串联电阻接地，第一nmos管m1的栅极连接低频增益可调放大器pga1的输出端口；
38.在低频模式下，通过控制第一nmos管m1对应的控制端，以使第一nmos管m1工作在饱和区。
39.第一nmos管m1的尺寸与低频末级晶体管，即第二nmos管m2相同。
40.通过控制第一nmos管m1对应的控制端，即第一控制端vc1满足vds》vgs-vt时，以使第一nmos管m1处于饱和区。此外，如果不考虑基区宽度调制效应，也可以认为第一nmos管m1的漏级饱和电流与vds无关。
41.在一些实施例中，预设放大器还可以为多个第一nmos管m1互相连接构成的放大器组，进一步起到放大器的作用，相比于一个第一nmos管m1，构成的放大器组可以增强放大器的功能。
42.低频模式下，在放大器和开关之间引入一个晶体管，即在低频增益可调放大器pga1和第二nmos管m2之间引入第一nmos管m1，通过控制第一控制端vc1使第一nmos管m1工作在饱和区，令第一nmos管m1为一个放大器，达到对经过放大器放大后的信号uo再度放大的效果。
43.在一些实施例中，上述双频可切换驱动放大器，在低频模式下，通过控制第一nmos管m1和第二nmos管m2对应的控制端为高电平，第一nmos管m1与第二nmos管m1形成共源共栅结构。
44.当第一nmos管m1和第二nmos管m2对应的控制端为高电平，即第一控制端vc1与第二控制端vc2为高电平，使得第一nmos管m1与第二nmos管m1形成共源共栅结构，即第一nmos管m1与第二nmos管m1垂直级联，以便提高低频输出功率。
45.低频模式下，晶体管与低频末级晶体管组成共源共栅结构，即第一nmos管m1与第
二nmos管m1形成共源共栅结构，以便提高低频输出功率。
46.在一些实施例中，上述双频可切换驱动放大器，在低频模式下，通过控制第二nmos管m2和第三nmos管m3对应的控制端为高电平以及第四nmos管m4对应的控制端为低电平，第二nmos管m2和第三nmos管m3导通，第四nmos管m4断开。
47.第二nmos管m2和第三nmos管m3对应的控制端为高电平，即第二控制端vc2与第三控制端vc3为高电平，第四nmos管m4对应的控制端为低电平，即第四控制端vc4位低电平。第二控制端vc2与第三控制端vc3为高电平，使得第二nmos管m2和第三nmos管m3导通，第四控制端vc4位低电平，使得第四nmos管m4断开。
48.第三控制端vc3控制第三nmos管m3导通，使低频泄露的信号短接到地，近一步提高低频输出功率。低频频率较低，在芯片内部集成电感尺寸极大，因此可以采用在芯片外部外挂电感供电的方法提高输出功率和减小芯片面积。
49.第二控制端vc2与第三控制端vc3为高电平，使得第二nmos管m2和第三nmos管m3导通，第四控制端vc4位低电平，使得第四nmos管m4断开，以便阻止低频输出信号泄露到高频链路，提高低频输出功率。
50.在一些实施例中，上述双频可切换驱动放大器，在高频模式下，通过控制第二nmos管m2和第三nmos管m3对应的控制端为低电平以及第四nmos管m4对应的控制端为高电平，第二nmos管m2以及第三nmos管m3断开，第四nmos管m4导通。
51.高频模式下，控制第三控制端vc3为低电平，第四控制端vc4为高电平，可以使高频放大器与输出端口间形成通路。控制第一控制端vc1和第二控制端vc2为低电平，可以阻止高频输出信号泄露到低频链路，提高高频输出功率。
52.通过控制第一控制端vc1、第二控制端vc2以及第三控制端vc3为低电平，第四控制端vc4为高电平，使高频放大器与输出端口间形成通路，以便阻止高频输出信号泄露到低频链路，提高高频输出功率。
53.在一些实施例中，上述双频可切换驱动放大器，第一nmos管m1、第二nmos管m2、第三nmos管m3以及第四nmos管m4采用晶体管寄生优化技术，在栅极分别通过串联电阻连接对应的控制端。
54.第一nmos管m1的栅极串联第一电阻r1，第二nmos管m2的栅极串联第三电阻r3，第三nmos管m3的栅极串联第四电阻r4，第四nmos管m4的栅极串联第六电阻r6，其中，第一电阻r1、第三电阻r3、第四电阻r4以及第六电阻r6为高欧姆电阻。
55.第一nmos管m1、第二nmos管m2、第三nmos管m3以及第四nmos管m4采用晶体管寄生优化技术，可以降低晶体管寄生电容和衬底噪声的影响、降低插入损耗以及提高线性度。第一nmos管m1的栅极串联第一电阻r1，第二nmos管m2的栅极串联第三电阻r3，第三nmos管m3的栅极串联第四电阻r4，第四nmos管m4的栅极串联第六电阻r6，可以降低栅极和源极间寄生电容、栅极和漏极间寄生电容的影响，防止过冲导致栅极击穿。
56.在一些实施例中，上述双频可切换驱动放大器，第三nmos管m3和第四nmos管m4的衬底分别通过串联电阻接地，第四nmos管m4的漏极通过串联电阻接地。
57.第三nmos管m3的衬底串联第五电阻r5，第四nmos管m4的衬底串联第七电阻r7，其中，第五电阻r5和第七电阻r7为高欧姆电阻。第四nmos管m4的漏极通过串联第八电阻接地。
58.第三nmos管m3和第四nmos管m4的衬底分别通过高欧姆的第五电阻r5和第七电阻
r7连接到地，可以减小衬底寄生电容的影响、降低插入损耗以及提高线性度。第四nmos管m4的漏极通过串联电阻接地，可以使第四nmos管m4能够实现导通和关断的功能。
59.在一些实施例中，上述双频可切换驱动放大器，第一nmos管m1的源极通过串联电阻接地。
60.第一nmos管m1的源极与第二电阻r2连接。
61.第二电阻r2连接第一nmos管m1的源极，可以避免第一nmos管m1震荡。
62.在一些实施例中，上述双频可切换驱动放大器的高频链路还包括电容c1，电容c1一端连接第四nmos管m4的漏极，另一端连接输出端口p3。
63.电容c1连接第四nmos管m4漏极和输出端口p3，可以避免输出端口p3外的电压影响第四nmos管m4的导通和关断功能。
64.需要说明的是，对于前述的各双频可切换驱动放大器实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的连接关系组合，但是本领域技术人员应该知悉，本公开并不受所描述的连接关系的限制，因为依据本公开，某些元器件之间的连接关系可以采用其他连接关系连接。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的连接关系并不一定是本公开所必须的。
65.上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

技术特征：
1.一种双频可切换驱动放大器，其特征在于，包括：低频链路和高频链路，所述低频链路与所述高频链路共用一个输出端口；所述低频链路包括低频输入端口、低频增益可调放大器、预设放大器以及第二nmos管m2；其中，所述低频输入端口连接所述低频增益可调放大器的输入端口，所述低频增益可调放大器的输出端口连接所述预设放大器的输入端口，所述预设放大器的输出端口连接所述第二nmos管m2的源极，所述第二nmos管m2的漏级连接所述输出端口；所述高频链路包括高频输入端口、高频增益可调放大器、第三nmos管m3以及第四nmos管m4；其中所述高频输入端口连接所述高频增益可调放大器的输入端口，所述第三nmos管m3的漏极连接所述高频增益可调放大器的输出端口和所述第四nmos管m4的源级，所述第三nmos管m3的源级接地，所述第四nmos管m4的漏极通过串联电阻接地并通过串联电容连接所述输出端口。2.根据权利要求1所述的双频可切换驱动放大器，其特征在于，在低频模式下，所述第二nmos管m2和所述第三nmos管m3导通，所述第四nmos管m4断开，信号由所述低频输入端口流入，由所述输出端口流出；在高频模式下，所述第二nmos管m2和所述第三nmos管m3断开，所述第四nmos管m4导通，信号由所述高频输入端口流入，由所述输出端口流出。3.根据权利要求2所述的双频可切换驱动放大器，其特征在于，所述预设放大器为第一nmos管m1，所述第一nmos管m1的漏极连接所述第二nmos管m2的源级，所述第一nmos管m1的源级通过串联电阻接地，所述第一nmos管m1的栅极连接所述低频增益可调放大器的输出端口；在低频模式下，通过控制所述第一nmos管m1对应的控制端，以使所述第一nmos管m1工作在饱和区。4.根据权利要求3所述的双频可切换驱动放大器，其特征在于，在低频模式下，通过控制所述第一nmos管m1和所述第二nmos管m2对应的控制端为高电平，所述第一nmos管m1与所述第二nmos管m1形成共源共栅结构。5.根据权利要求3所述的双频可切换驱动放大器，其特征在于，在低频模式下，通过控制所述第二nmos管m2和所述第三nmos管m3对应的控制端为高电平以及所述第四nmos管m4对应的控制端为低电平，所述第二nmos管m2和所述第三nmos管m3导通，所述第四nmos管m4断开。6.根据权利要求3所述的双频可切换驱动放大器，其特征在于，在高频模式下，通过控制所述第一nmos管m1、所述第二nmos管m2和所述第三nmos管m3对应的控制端为低电平以及所述第四nmos管m4对应的控制端为高电平，所述第一nmos管m1、所述第二nmos管m2以及所述第三nmos管m3断开，所述第四nmos管m4导通。7.根据权利要求3所述的双频可切换驱动放大器，其特征在于，所述第一nmos管m1、所述第二nmos管m2、所述第三nmos管m3以及所述第四nmos管m4采用晶体管寄生优化技术，在栅极分别通过串联电阻连接对应的控制端。8.根据权利要求3所述的双频可切换驱动放大器，其特征在于，所述第三nmos管m3和所述第四nmos管m4的衬底分别通过串联电阻接地，所述第四nmos管m4的漏极通过串联电阻接地。
9.根据权利要求3所述的双频可切换驱动放大器，其特征在于，所述第一nmos管m1的源极通过串联电阻接地。10.根据权利要求3所述的双频可切换驱动放大器，其特征在于，所述高频链路还包括电容，所述电容一端连接所述第四nmos管m4的漏极，另一端连接所述输出端口。

技术总结
本公开的实施例提供了一种双频可切换驱动放大器，应用于射频集成电路技术领域。该双频可切换驱动放大器包括低频链路和高频链路，低频链路与高频链路共用一个输出端口，低频链路包括低频输入端口、与低频输入端口连接的低频增益可调放大器、与低频增益可调放大器连接的预设放大器以及与预设放大器连接的第二NMOS管M2，高频链路包括高频输入端口、与高频输入端口连接的高频增益可调放大器、与高频增益可调放大器连接的第三NMOS管M3以及与第三NMOS管M3连接的第四NMOS管M4。以此方式，可以切换低频和高频两种工作模式，达到覆盖带宽较宽和输出功率较高的效果，并对低频或高频输入端口的信号进行放大，使得放大器增益可调，适用多种应用需求。用多种应用需求。用多种应用需求。


技术研发人员：邓惠中 刘志哲 曹玉雄 田帆 陈林辉 程帅 粘佳乐
受保护的技术使用者：拓维电子科技（上海）有限公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/9/14