CN101373952B - 可实现差分放大的低噪声放大器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现差分放大的低噪声放大器及方法，通过采用一控制逻辑模块来实现本发明所述低噪声放大器在单端输入模式与差分输入模式之间进行切换，从而使得所述低噪声放大器不仅适用于射频输入信号为差分信号的应用场合，也适用于射频输入信号为单端信号的应用场合；并且通过采用一内部电路(相位翻转180度模块)，来得到一个与射频输入信号的幅度一致、相位相差180的信号，以确保射频输入信号为单端信号的应用场合下，也能够实现差分放大，从而不仅确保了低噪声放大器电路的线性度和噪声指标，而且降低了射频接收器中低噪声放大器所需外部匹配电路的复杂度，由此降低了实现成本。

Description

可实现差分放大的低噪声放大器及方法

技术领域

本发明涉及一种集成射频接收器中的低噪声放大器，尤其涉及一种无论工作在差分输入模式下还是单端输入模式下均可实现差分放大(差分输出)的低噪声放大器；本发明还涉及一种在低噪声放大器内部实现差分放大的方法。

背景技术

在现代集成射频接收器中，低噪声放大器是对接收到的微弱射频信号进行放大的重要模块电路。在微弱信号的环境下，放大器自身的噪声可能会严重干扰信号，恶化信噪比。而低噪声放大器具有很低的噪声系数，大大降低了对微弱信号的干扰。

目前低噪声放大器通常采用差分输入差分输出的结构。差分结构有利于抑制输入共模噪声的干扰；同时由于在射频接收器中放大器的后级通常采用差分输入的双平衡混频器，该混频器具有更好的抑制本镇信号泄漏到输出端等优点，因此低噪声放大器采用差分输出可以简化与混频器的连接。在目前的实际应用中，差分输入的低噪声放大器需要较多的片外元件，尤其是在射频输入信号为单端信号的应用场合下，还需要昂贵的外部元件来完成由单端到差分的转换，因此如果采用现有结构，会造成较高的实现成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可实现差分放大的低噪声放大器，可通过内部电路来实现差分放大，即通过该内部电路使得低噪声放大器即使工作在单端输入模式下也能实现差分输出的目的，而不会影响到电路的线性度、噪声指标，简化电路连接，从而可降低低噪声放大器外部电路的复杂度，降低实现成本。为此本发明还提供一种在低噪声放大器中实现差分放大的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种可实现差分放大的低噪声放大器，包括：两个分别作用于正向输入电压信号和负向输入电压信号的第一、第二单端子电路(10，20)及一控制逻辑模块(14)，其中所述第一单端子电路(10)进一步包括：第一、第二放大子电路(11，12)和第一相位翻转180度模块(13)；所述第二单端子电路(20)进一步包括：第三、第四放大子电路(21，22)和第二相位翻转180度模块(23)；

所述第一、第三放大子电路(11，21)，分别用于接收正向和负向输入电压信号，并对所述正向和负向输入电压信号进行放大后输出；

所述第二、第四放大子电路(12，22)，分别用于接收所述第一、第二相位翻转180度模块(13，23)的输出信号，对所述输出信号进行放大后输出；

所述第一、第二相位翻转180度模块(13，23)，分别用于接收所述正向和负向输入电压，并将所述正向和负向输入电压信号的相位改变180度后，分别送入所述第二和第四放大子电路(12，22)；

所述控制逻辑模块(14)，用于实现单端输入模式和差分输入模式之间的切换，当需工作在单端输入模式下时，所述控制逻辑模块(14)控制关断一路单端子电路的两个输出信号，而控制导通另一路单端子电路的两个输出信号；当需工作在差分输入模式下时，所述控制逻辑模块(14)将控制关断第二、第四放大子电路(12，22)，而控制导通第一、第三放大子电路(11，21)。

本发明还包括一种在低噪声放大器中实现差分放大的方法，该方法为：在差分输入模式下，直接实现差分放大输出；而在单端输入模式下，则通过在所述低噪声放大器的内部将输入信号反相，所述输入信号被反向后与原输入信号构成差分信号并进行放大后，实现差分放大输出。

本发明由于采用了上述技术方案，具有这样的有益效果，即通过采用一控制逻辑模块来实现本发明所述低噪声放大器在单端输入模式与差分输入模式之间进行切换，从而使得所述低噪声放大器不仅适用于射频输入信号为差分信号的应用场合，也适用于射频输入信号为单端信号的应用场合；并且通过采用一内部电路(相位翻转180度模块)，来得到一个与射频输入信号的幅度一致、相位相差180的信号，以确保射频输入信号为单端信号的应用场合下，也能够实现差分放大，从而不仅确保了低噪声放大器电路的线性度和噪声指标，而且降低了射频接收器中低噪声放大器所需外部匹配电路的复杂度，由此降低了实现成本。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为根据本发明所述可实现差分放大的低噪声放大器一个实施例的结构框图；

图2为根据本发明所述单端子电路的一个实施例的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，在一个优选实施例中，本发明所述低噪声放大器包括：两个分别作用于正向输入电压信号和负向输入电压信号的第一、第二单端子电路(10，20)及一控制逻辑模块14，其中作用于正向输入电压信号的第一单端子电路10进一步包括：第一、第二放大子电路(11，12)和第一相位翻转180度模块13；作用于负向输入电压信号的第二单端子电路20进一步包括：第三、第四放大子电路(21，22)和第二相位翻转180度模块23。

所述第一、第三放大子电路(11，21)，分别用于接收正向和负向输入电压信号，并对所述正向和负向输入电压信号进行放大后输出；所述第二、第四放大子电路(12，22)，分别用于接收所述第一、第二相位翻转180度模块(13，23)的输出信号，对所述输出信号进行放大后输出。

所述第一、第二相位翻转180度模块(13，23)，分别用于接收所述正向和负向输入电压，并将所述正向和负向输入电压信号的相位改变180度形成其反相信号，然后将所述反相信号分别送入所述第二和第四放大子电路(12，22)。这两个模块(13，23)是实现本发明所述低噪声放大器，在射频输入信号为单端信号的应用场合下，也能够实现差分放大的关键部分。

所述控制逻辑模块14，用于实现本发明所述低噪声放大器在单端输入模式和差分输入模式之间进行切换，从而使得本发明所述低噪声放大器不仅适用于射频输入信号为差分信号的应用场合，也适用于射频输入信号为单端信号的应用场合。其实现的控制逻辑如下：

当需工作在单端输入模式下时，所述控制逻辑模块14控制关断一路单端子电路的两个输出信号，而控制导通另一路单端子电路的两个输出信号。例如，假设控制逻辑关断负向输入IN-部分的电路，射频信号从正向输入IN+输入，则该正向输入信号进入其对应的第一放大子电路11，其输出信号为OUT-；同时，该正向输入信号通过其对应的第一相位翻转180度模块13后，相位改变180度，该第一相位翻转180度模块13输出信号的进入第二放大子电路12后，输出信号为OUT+，由此即产生了可以供给下级混频器的差分信号；反之，若假设控制逻辑关断正向输入IN+部分的电路，射频信号从正反输入IN-输入，则该负向输入信号进入其对应的第三放大子电路21，其输出信号为OUT+；同时，该负向输入信号通过其对应的第二相位翻转180度模块23后，相位改变180度，该第二相位翻转180度模块13输出信号的进入第四放大子电路22后，输出信号为OUT-，由此也产生了可以供给下级混频器的差分信号。

当需工作在差分输入模式下时，所述控制逻辑模块14将控制关断第二、第四放大子电路(12，22)，而控制导通第一、第三放大子电路(11，21)。因此，此时的低噪声放大器电路即相当于一般的差分输入差分输出低噪声放大器。

在一个实施例中，所述单端子电路(既可以是第一单端子电路10，也可以是第二单端子电路20)的电路原理图如图2所示。其中包括：第一NMOS晶体管M1、第二NMOS晶体管M2、第三NMOS晶体管M3、第四NMOS晶体管M4和两个电流源。其中第一NMOS晶体管M1，其栅极用于接收电压输入信号(可以是正向输入或者是反向输入信号)，其源极与第二NMOS晶体管M2的源极连接在一起，而其漏极则与第三NMOS晶体管M3的源极连接在一起；第二NMOS晶体管M2，其栅极与所述第一NMOS晶体管M1的漏极相连，其漏极与第四NMOS晶体管M4的源极相连，其源极则与第一NMOS晶体管M1的源极相连；第三NMOS晶体管M3，其栅极与第三NMOS晶体管M3的栅极相连，其源极与第一NMOS晶体管M1的漏极相连，其漏极作为第一输出端，并与第一电流源相连；第四NMOS晶体管M4，其栅极与第三NMOS晶体管M3的栅极相连，其源极与第二NMOS晶体管M2的漏极相连，其漏极则作为第二输出端，并与第二电流源相连。因此，在该实施例中，M1、M3管构成共源共栅放大器，即相当于图1中的第一或第三放大子电路(11或21)；M2、M4管构成共源共栅放大器，即相当于第二或第四放大子电路(12或22)。同时，由于M1栅极信号与它的漏极产生的信号相位相差180度，因此相位翻转是通过M1来实现的，所以M1对应图1中的第一或第二相位+180度模块(13或23)。M1漏极的输出信号作为M2的栅极输入信号。当然，根据前面的描述，本领域的一般技术人员应该还可以意识到单端子电路的其他各种实施方式，而并不会超出权利要求的保护范围。

本发明阐述的是一种兼容差分输入模式和单端输入模式，输出为差分信号的低噪声放大器电路设计方法，即在差分模式下直接差分放大输出，在单端模式下通过在电路内部将输入信号反相，与原输入信号构成差分信号进行放大，达到差分放大输出的目的。从而在单端应用场合中减少了低噪声放大器的片外元件，降低了成本。同时该放大器具有较低的噪声系数和良好的线性度。因此，基于本方法和思路的变化形式以及各种电路实现形式，都属于本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种可实现差分放大的低噪声放大器，其特征在于，包括：两个分别作用于正向输入电压信号和负向输入电压信号的第一、第二单端子电路(10，20)及一控制逻辑模块(14)，其中所述第一单端子电路(10)进一步包括：第一、第二放大子电路(11，12)和第一相位翻转180度模块(13)；所述第二单端子电路(20)进一步包括：第三、第四放大子电路(21，22)和第二相位翻转180度模块(23)；

所述第一、第三放大子电路(11，21)，分别用于接收正向和负向输入电压信号，并对所述正向和负向输入电压信号进行放大后输出；

所述第二、第四放大子电路(12，22)，分别用于接收所述第一、第二相位翻转180度模块(13，23)的输出信号，对所述输出信号进行放大后输出；

所述第一、第二相位翻转180度模块(13，23)，分别用于接收所述正向和负向输入电压，并将所述正向和负向输入电压信号的相位改变180度后，分别送入所述第二和第四放大子电路(12，22)；

所述控制逻辑模块(14)，用于实现单端输入模式和差分输入模式之间的切换，当需工作在单端输入模式下时，所述控制逻辑模块(14)控制关断一路单端子电路的两个输出信号，而控制导通另一路单端子电路的两个输出信号；当需工作在差分输入模式下时，所述控制逻辑模块(14)将控制关断第二、第四放大子电路(12，22)，而控制导通第一、第三放大子电路(11，21)。

2.根据权利要求1所述的可实现差分放大的低噪声放大器，其特征在于，所述第一及第二单端子电路(10，20)单端子电路的结构如下，包括：第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第四NMOS晶体管和两个电流源；

其中，第一NMOS晶体管，其栅极用于接收电压输入信号，其源极与第二NMOS晶体管的源极相连，而其漏极则与第三NMOS晶体管的源极相连；第二NMOS晶体管，其栅极与所述第一NMOS晶体管的漏极相连，其漏极与第四NMOS晶体管的源极相连，其源极则与第一NMOS晶体管的源极相连；第三NMOS晶体管，其栅极与第三NMOS晶体管的栅极相连，其源极与第一NMOS晶体管的漏极相连，其漏极作为第一输出端，并与第一电流源相连；第四NMOS晶体管，其栅极与第三NMOS晶体管的栅极相连，其源极与第二NMOS晶体管的漏极相连，其漏极则作为第二输出端，并与第二电流源相连。

3.根据权利要求1或2所述的可实现差分放大的低噪声放大器，其特征在于，所述控制逻辑模块(14)实现的控制逻辑如下：

当需工作在单端输入模式下时，所述控制逻辑模块(14)控制关断一路单端子电路的两个输出信号，而控制导通另一路单端子电路的两个输出信号；

当需工作在差分工作模式下时，则控制关断所述第二、第四放大子电路(12，22)，而控制导通所述第一、第三放大子电路(11，21)。

4.一种采用如权利要求1～3中任意一项所述的可实现差分放大的低噪声放大器实现的在低噪声放大器中实现差分放大的方法，其特征在于，在差分输入模式下，直接实现差分放大输出；而在单端输入模式下，则通过在所述低噪声放大器的内部将输入信号反相，所述输入信号被反向后与原输入信号构成差分信号并进行放大后，实现差分放大输出。

5.根据权利要求4所述的可实现差分放大的低噪声放大器的实现方法，其特征在于，所述直接实现差分放大输出的方法为：分别将正向输入信号和负向输入信号进行放大后输出差分信号。

6.根据权利要求4所述的可实现差分放大的低噪声放大器的实现方法，其特征在于，所述单端输入模式为仅输入正向输入电压的应用场合，或者仅输入负向输入电压的应用场合。

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