CN101951229A

CN101951229A - 一种多增益模式低噪声放大器

Info

Publication number: CN101951229A
Application number: CN 201010508585
Authority: CN
Inventors: 邵志刚
Original assignee: CHENGDU ARTEC ELECTRONICS CORP
Current assignee: CHENGDU ARTEC ELECTRONICS CORP
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2011-01-19

Abstract

本发明公开了一种多增益模式低噪声放大器，包括高增益通路模式、低增益通路模式、衰减通路模式以及控制该多增益通路通断模式切换的开关；通过对不同增益通路的控制，在同一电路拓扑结构中实现了高增益、低增益和衰减模式，实现了低噪声放大器的高增益、低噪声和高线性度性能；解决了上述单一模式电路结构不能同时使增益、噪声和线性度等性能达到最优配置的问题。

Description

一种多增益模式低噪声放大器

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别适用于无线收发机系统。

背景技术

低噪声放大器通常是接收机的第一级，其功能是在产生尽可能低噪声的前提下对射频信号进行放大以降低后面各级模块产生的噪声对信号的影响。图1给出了一个典型的无线接收机系统，信号经天线接收后，首先经过低噪声放大器进行放大，然后在混频器（Mixer）中与本振信号混频，经下变频后转换为中频信号进行后续处理。其中，本振信号由压控振荡器（VCO）提供。

作为接收系统的第一级，低噪声放大器决定了整个系统的噪声水平，除了要求其自身具有尽可能小的噪声之外，还要求有足够高的增益以抑制后级电路产生的噪声。常用的低噪声放大器结构如图？所示，包括（a）输入端并联电阻共源放大器、（b）共栅放大器以及（c）源简并LNA等。

这类电路结构都是固定增益的，因此对低噪声放大器本身以及系统后级电路的线性度提出了很高的要求，因为射频接收机接收的输入信号是一个动态范围很大的信号。例如，对于GSM类型的接收机来说，最小功率能小到-102 dBm，而最大信号功率高达-15 dBm，如果采用固定增益的低噪声放大器，很容易使后级电路饱和。从系统整体系能考虑，对LNA进行增益控制设计，是一种很好的解决方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以适应大动态范围输入信号的多增益模式低噪声放大器。

本发明的多增益通路低噪声放大器，包括高增益通路、低增益通路、衰减通路以及控制该多增益通路通断的开关。其中高增益通路采用cascode结构的源简并电感型低噪声放大器，电感用于实现阻抗和噪声匹配；低增益通路采用与高增益通路类似的结构，源极端电阻用于实现共模抑制，通过反馈电阻实现低增益；衰减通路由无源电阻或（和）电容构成。开关管用于实现多通路电路的切换，确保在其中任意一路通路时其他两路通路禁止。

该发明的特点是在同一个低噪声放大器电路结构内，同时实现了高增益、低增益和衰减模式，解决了上述单一模式电路结构输入信号动态范围小的缺点，可以同时满足低噪声放大器的低噪声、高增益以及高线性度等性能要求。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是典型的无线接收机系统框图；

图2是输入端并联电阻共源放大器的示意图；

图3是共栅放大器的示意图；

图4是源简并LNA的示意图；

图5是本发明多增益模式低噪声放大器的示意图。

具体实施方式

根据本发明的多增益通路低噪声放大器电路，包括高增益通路、低增益通路、衰减通路以及控制该多增益通路通断的开关。通过对不同增益通路的控制，实现了低噪声放大器的高增益、低噪声和高线性度性能。其中高增益通路采用源简并电感型低噪声放大器，电感用于实现输入阻抗匹配和最佳噪声匹配，同时采用了cascode结构，以减小晶体管的Miller效应，可以获得最佳的噪声性能和最大的增益。低增益通路采用与高增益通路类似的结构，并通过反馈实现了低噪声放大器在增益、线性度和噪声性能的折中。衰减通路由无源电阻或电容构成，通过衰减输入信号可以获得最佳的线性度，用于处理高输入功率。多通路电路确保在其中任意一路通路时其他两路禁止，并通过选择适当的开关将负载效应降至最低。

图3是根据本发明原理的实施示意图。包括高增益、低增益和衰减三种模式通路。高增益通路由M01、M02、M11、M12和L组成，其中M01和M02为放大管，起主要放大作用；M11和M12是Cascode管，用以减小晶体管Miller效应；电感L用于提供匹配。低增益通路由M21、M22、M31、M32、Rf1和Rf2组成，其中M21和M22为放大管，起主要放大作用；M31和M32是Cascode管，用以减小晶体管Miller效应；电阻R（也可以是电感）在差分电路中用于提高共模抑制；电阻Rf1和Rf2提供反馈，降低增益。衰减通路由无源器件Ca1、Ca2、Ra1和Ra2组成RC衰减网络实现。

开关管可以分为4组：SW01与SW02、SW11与SW12、SW21与SW22以及SW31、SW32与SW33，通过开关管的通断组合，可以独立实现电路的高增益、低增益和衰减配置。并且4组开关管的性能是不一样的，通过优化设计，可以将负载效应降至最低，以保证在高增益、低增益和衰减三种状态下的低噪声放大器的性能都达到最优。

当开关管SW01与SW02打开时，其余开关管SW11与SW12、SW21与SW22以及SW31、SW32与SW33均处于关闭状态，电路处于高增益模式，可以获得最大的增益和最佳的噪声性能。当开关管SW11与SW12以及SW21与SW22打开时，其余开关管SW01与SW02以及SW31、SW32与SW33均处于关闭状态，电路处于低增益模式。该通路在增益、线性度和噪声等性能中获得了折中的性能。当开关管SW11与SW12以及SW31、SW32与SW33打开时，其余开关管SW01与SW02以及SW21与SW22均处于关闭状态，电路处于衰减模式。由此可以被用于处理高输入功率，获得最佳的线性度性能。

如上所述，多增益模式低噪声放大器通过开关管的控制，在同一电路中实现了低噪声放大器的多增益模式，包括高增益、低增益以及衰减模式，同时可以避免各模式之间的相互干扰。与此同时，该电路拓扑结构可以适用于差分输入差分输出结构、单端输入差分输出、单端输入单端输出以及差分输入单端输出等多种电路结构。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

尽管本发明结合优选实施例方式进行描述，但本领域技术人员应当理解，在不背离本法的精神和范围的前提下，可以通过使用已知的等同方式对本发明进行改变。前面对优选实施方式的描述应当认为是示例性描述而不是限制本发明的范围，本发明的范围由所附的权利要求书限定。

Claims

1.一种多增益通路低噪声放大器，其特征在于包括高增益通路、低增益通路、衰减通路以及控制该多增益通路通断的开关管；其中所述高增益通路采用cascode结构的源简并电感型低噪声放大器；所述低增益通路采用的源极端电阻用于实现共模抑制，并通过反馈电阻实现低增益；所述衰减通路由无源电阻或电容或无源电阻和电容共同构成；所述控制该多增益通路通断的开关管用于实现多通路电路的切换，确保在其中任意一路通路时其他两路通路禁止。

2.如权利要求1所述的多增益通路低噪声放大器，其特征在于所述的确保在其中任意一路通路时其他两路通路禁止的过程是：通过所述控制该多增益通路通断的开关管的控制，在同一电路中实现所述多增益通路低噪声放大器的多增益模式，包括高增益、低增益以及衰减模式。

3.如权利要求1所述的多增益模式低噪声放大器，其特征在于该电路拓扑结构可以适用于差分输入差分输出结构、单端输入差分输出、单端输入单端输出以及差分输入单端输出等多种电路结构。

4.如权利要求1所述的多增益模式低噪声放大器，其特征在于该高增益通路由M01、M02、M11、M12和L组成，其中M01和M02为放大管，起主要放大作用，M11和M12是Cascode管，用以减小晶体管Miller效应，电感L用于提供匹配；所述低增益通路由M21、M22、M31、M32、Rf1和Rf2组成，其中M21和M22为放大管，起主要放大作用；M31和M32是Cascode管，用以减小晶体管Miller效应，电阻或电感在差分电路中用于提高共模抑制，电阻Rf1和Rf2提供反馈，降低增益；所述衰减通路由无源器件Ca1、Ca2、Ra1和Ra2组成RC衰减网络实现。

5.如权利要求1或4所述的多增益模式低噪声放大器，其特征在于：所述控制该多增益通路通断的开关管可以分为4组：SW01与SW02、SW11与SW12、SW21与SW22以及SW31、SW32与SW33，通过开关管的通断组合，独立实现电路的高增益、低增益和衰减配置。

6.如权利要求5所述的多增益模式低噪声放大器，其特征在于：当所述控制该多增益通路通断的开关管SW01与SW02打开时，其余所述开关管SW11与SW12、SW21与SW22以及SW31、SW32与SW33均处于关闭状态，电路处于高增益模式，获得最大的增益和最佳的噪声性能。

7.如权利要求5所述的多增益模式低噪声放大器，其特征在于：当所述控制该多增益通路通断的开关管SW11与SW12以及SW21与SW22打开时，其余所述开关管SW01与SW02以及SW31、SW32与SW33均处于关闭状态，电路处于低增益模式。

8.如权利要求5所述的多增益模式低噪声放大器，其特征在于：当所述控制该多增益通路通断的开关管SW11与SW12以及SW31、SW32与SW33打开时，其余开关管SW01与SW02以及SW21与SW22均处于关闭状态，电路处于衰减模式，用于处理高输入功率，获得最佳的线性度性能。