CN103166577A - 低噪声放大器及其运作方法 - Google Patents
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Abstract
一种低噪声放大器及其运作方法,包括具多个信号输入单元的多输入匹配电路、以及具有切换单元、主负载及次负载的频带切换电路。该低噪声放大器通过以下方法运作:令多个信号输入单元的其中一个接收一输入信号并产生匹配信号,接着令该切换单元借由调整频带切换电路的负载来切换对应该匹配信号的操作频带,以产生低噪声的输出信号。
Description
技术领域
本发明有关于一种低噪声放大器及其运作方法,尤指一种多输入且宽频带的可切换式低噪声放大器及其运作方法。
背景技术
随着科技进步,人与人之间的联系或沟通方式已由以往的有线传输进步到无线传输,使得各种无线通讯技术(WIRELESS COMMUNICATION TECHNOLOGY)蓬勃发展。
关于无线通讯系统的电路设计中,射频前端电路(RF FRONT END)会对通讯系统产生影响。例如,在无线通讯系统的接收器(RECEIVER)中,低噪声放大器(LOW NOISE AMPLIFIER,LNA)是射频电路最前端的组件,其决定了整个接收端的噪声特性,对信号传输质量有很大的影响,使得接收端具有高增益(GAIN)、低噪声的特性,如此才能确保整个无线通讯系统有较佳的性能。因此,设计一个良好的低噪声放大器对无线通讯接收系统来说极为重要。
此外,无线通讯网络除了提供包括语音、数据、图像传输等服务外,更重要的是与互联网的结合。随着人们对于无线通讯数据量的需求提高,增加操作频宽可增大传输的数据量,因而提出有不少无线局域网络(WIRELESSLOCAL AREA NETWORK;WLAN)标准,例如,IEEE 802.11A即是规范在5.2GHZ的下的无线局域网络标准。再者,目前无线通讯系统4G技术使用多频带系统,而通常于通讯芯片中设置多个独立的通讯模块,例如蓝牙模块、WLAN 802.11A模块、WLAN 802.11B/G/N模块、2G模块、3G模块等。然而,这些独立的模块会导致通讯系统的成本及功率消耗的提高。
美国第7,084,707号专利案提供一种低噪声放大器,其利用一共栅级放大器来执行宽频带信号阻抗的匹配。其虽可适用于宽频带通讯模块,但仍无法达到噪声匹配和输入阻抗的最佳化。此外,前揭专利案无法同时提供多种不同频带信号的输入,仍需逐一针对各种频带设计各种放大器模块,导致接收器的体积较大且成本较高。
发明内容
鉴于先前技术需针对不同频带的信号需设计不同的放大器,导致接收器体积大、成本高的问题,本发明的主要目的在于揭露一种低噪声放大器及其运作方法,可依据输入信号的频带调整其电路的负载,以切换低噪声放大器的操作频带。
本发明所提供的低噪声放大器,包括:一多输入匹配电路,用以接收多频带的多个输入信号,且对该输入信号进行噪声及阻抗匹配,以产生一匹配信号;及一频带切换电路,耦接该多输入匹配电路,通过负载切换以调整对应该匹配信号的操作频带,以产生低噪声的输出信号。
此外,本发明的低噪声放大器还包括一第一晶体管,其栅极用以接收第一直流电压源,其源极用以接收该多输入匹配电路所输出的匹配信号,其漏极耦接该频带切换电路。
其次,本发明的低噪声放大器的多输入匹配电路包括多个信号输入单元,各该信号输入单元还包括:一第二晶体管,其栅极用以接收该匹配信号,其漏极用以输出该匹配信号;一第一电感器及一第二电感器,该第一电感器的第一端用以接收一偏压源,该第一电感器的第二端耦接该第二电感器的第一端,该第二电感器的第二端耦接该第二晶体管的栅极,该第一电感器及该第二电感器用以增加该输入信号的阻抗匹配的频宽;及一第一电容器,其第一端用以接收该输入信号,其第二端耦接该第一电感器的第二端以及该第二电感器的第一端。
再次,本发明的低噪声放大器的频带切换电路还包括:一负载单元,其耦接该第一晶体管的漏极,具有对应该匹配信号的频宽的负载,其中,该负载单元还包括一主负载及与该主负载串联的至少一组次负载;以及至少一组切换单元,其对应耦接该至少一组次负载,用以切换该主负载与该次负载的连接,以调整该频带切换电路的负载。
另外,上述的切换单元包括:一第三晶体管,其栅极用以接收控制开关电压,其源极耦接该次负载的第二端,其漏极耦接该次负载的第一端;一组并联的第二电容器及第三电容器,其分别耦接该第三晶体管的漏极和源极;及一高阻抗组件,其第一端用以接收该控制开关电压,其第二端耦接该组并联的第二电容器及第三电容器。
本发明又提供一种低噪声放大器的运作方法,该低噪声放大器包括具有多个信号输入单元的多输入匹配电路以及具有至少一组切换单元、一主负载及与该主负载串联的至少一组次负载的频带切换电路,该低噪声放大器的运作方法包括以下步骤:令该多个信号输入单元的其中一个接收一输入信号并对该输入信号进行噪声及阻抗匹配,以产生一匹配信号;以及令该切换单元通过切换该主负载与该次负载之间的连接,以调整该频带切换电路的负载来改变对应该匹配信号的操作频带。
上述多输入匹配电路的设计可提供多频带信号的输入,并使噪声匹配和输入阻抗达到最佳化。且于上述频带切换电路的切换单元中,该次负载和该切换单元的数量相等,且其数量少于该多个信号输入单元的数量,如此可依据输入信号的频带调整其电路的负载,以切换低噪声放大器的操作频带。此外,本发明的低噪声放大器更避免了以往针对不同频率的信号需设计不同的放大器所导致的接收器体积大、成本高等问题。
附图说明
图1为本发明的低噪声放大器的架构方块图;
图2A绘示一实施例,其为本发明的低噪声放大器的多输入匹配电路的电路图;
图2B绘示一实施例,其为本发明的低噪声放大器的频带切换电路的电路图;
图3绘示一实施例,其为本发明的低噪声放大器的电路图;
图4绘示另一实施例,其为本发明的低噪声放大器的电路图;以及
图5为本发明的低噪声放大器的运作方法的流程图。
主要组件符号说明
1多输入匹配电路 1a、1b、1c、1d信号输入单元
2频带切换电路 21负载单元
22切换单元 M1第一晶体管
M2a、M2b 第二晶体管 M3第三晶体管
L1a、L1b 第一电感器 L2a、L2b第二电感器
C1a、C1b 第一电容器 C2第二电容器
C3第三电容器 Z1主负载
Z2、Z2a、Z2b、Z2c次负载 CL1第一负载电容器
CL2第二负载电容器 LL1第一负载电感器
LL2第二负载电感器 RB高阻抗组件
VDD1第一直流电压源 VDD2第二直流电压源
VSW开关电压 VBa、VBb偏压源
RF_IN、RF_I Na、RF_INb、RF_INc、RF_INd 输入信号
RF_IN’匹配信号 RF_OUT输出信号
S31~S32步骤。
具体实施方式
以下借由举例的具体实施例说明本发明的实施方法,本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。当然,本发明也可借由其它不同的具体实施例加以施行或应用。
须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉本领域技术人员的了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如「第一」、「第二」及「第三」等用语,也仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,也当视为本发明可实施的范畴。
请参阅图1,其为本发明的低噪声放大器的一实施例的方块图。
多输入匹配电路1,用以接收多频带的信号。多输入匹配电路1接收一输入信号RF_IN并输出一匹配信号RF_IN’,其中,输入信号RF_IN可为蓝牙、WLAN 802.11A、WLAN 802.11B/G/N、2G、3G等通讯频带的任一种信号。输入信号RF_IN自多输入匹配电路1输入,经多输入匹配电路1进行噪声匹配、阻抗匹配或电流增益等而输出匹配信号RF_IN’。
频带切换电路2,耦接多输入匹配电路1,用以调整频带切换电路2的负载,来切换对应匹配信号RF_IN’的操作频带,以将输入信号RF_IN放大而输出一低噪声的输出信号RF_OUT。
此外,如图1所示,多输入匹配电路1和频带切换电路2皆耦接至第一晶体管M1,其中,第一晶体管M1的栅极用以接收第一直流电压源VDD1,其源极用以接收多输入匹配电路1所输出的匹配信号RF_IN’,其漏极耦接频带切换电路2。第一晶体管M1可视为共栅极放大器。
借此,通过第一晶体管M1耦接多输入匹配电路1和频带切换电路2,可达到根据输入信号RF_IN的频率,切换本发明的低噪声放大器的操作频带的目的。
接着请参阅图2A,其为本发明的低噪声放大器的多输入匹配电路的电路示意图。
如图2A所示,多输入匹配电路1可包括多个信号输入单元1a和1b。于图2A所示的实施例中,仅显示两个信号输入单元1a和1b,惟本发明并不限制信号输入单元的数量。
各信号输入单元1a和1b可包括:第二晶体管M2a和M2b、第一电感器L1a和L1b、第二电感器L2a和L2b与第一电容器C1a和C1b。
第二晶体管M2a和M2b,其栅极可用以分别接收匹配信号,其漏极用以分别输出匹配信号,其源极分别耦接至地。第二晶体管M2a和M2b可视为共源极放大器。
第一电感器L1a和L1b,其第一端可用以接收偏压源VBa和VBb。第二电感器L2a和L2b,其第二端耦接第二晶体管M2a和M2b的栅极。第一电感器L1a和L1b的第二端与第二电感器L2a和L2b的第一端耦接。
第一电容器C1a和C1b,其第一端可用以接收输入信号RF_INa和RF_INb,其第二端耦接第一电感器L1a和L1b的第二端以及第二电感器L2a和L2b的第一端。第一电容器C1a和C1b可视为直流阻隔电容。
需说明者,输入信号RF_INa通过多输入匹配电路1的信号输入单元1a输入,而输入信号RF_INb通过多输入匹配电路1的信号输入单元1b输入,然而,多输入匹配电路1仅选择一输入信号RF_INa或RF_INb进行处理。此外,输入信号RF_INa和RF_INb通过信号输入单元1a和1b时,第一电感器L1a和L1b及第二电感器L2a和L2b可用以增加输入信号RF_INa和RF_INb的阻抗匹配的频宽。故实际运作时,多输入匹配电路1一次仅输出一匹配信号。
接着请参阅图2B,其为本发明的低噪声放大器的频带切换电路的示意图。频带切换电路2可包括负载单元21和一个或一个以上的切换单元22。
负载单元21,耦接第一晶体管M1的漏极,用以根据匹配信号的频带提供相对应的负载,其中,负载单元21还可包括主负载Z1及与主负载Z1串联的一个或一个以上的次负载Z2。此外,主负载Z1的第一端耦接第一晶体管M1的漏极,而一个或一个以上的次负载Z2的第一端用以接收第二直流电压源VDD2,且一个或一个以上的次负载Z2的第二端与主负载Z1的第二端耦接。
一个或一个以上的切换单元22,分别耦接一个或一个以上的次负载Z2,用以切换主负载Z1与一个或一个以上的次负载Z2的连接,以调整频带切换电路2的负载。
于负载单元21中,主负载Z1可包括第一负载电容器CL1和与第一负载电容器CL1并联的第一负载电感器LL1。一个或一个以上的次负载Z2的每一个可包括第二负载电容器CL2和与第二负载电容器CL2并联的第二负载电感器LL2。此外,第一负载电感器LL1和第二负载电感器LL2可组成变压器,用以增进消防噪声能力。
另外,一个或一个以上的切换单元22的每一个可包括第三晶体管M3、并联的第二电容器C2及第三电容器C3、及高阻抗组件RB。
第三晶体管M3,其栅极用以接收控制开关电压VSW,其源极耦接一个或一个以上的次负载Z2的第二端,其漏极耦接一个或一个以上的次负载Z2的第一端。
并联的第二电容器C2及第三电容器C3,其第二端分别耦接第三晶体管M3的漏极和源极。
高阻抗组件RB,其第一端用以接收控制开关电压VSW,其第二端耦接并联的第二电容器C2及第三电容器C3的第二端。
并联的第二电容器C2及第三电容器C3以及高阻抗组件RB可用以抑制切换单元22的噪声。
请参阅图3,其绘示低噪声放大器的一实施例的电路图标意图,即为图2A及图2B所示的多输入匹配电路及频带切换电路的电路示意图的组合。由图3可知,一个或一个以上的次负载Z2和一个或一个以上的切换单元22的数量相等,且其数量少于多个信号输入单元的数量(如图式中少一个)。信号输入单元的数量并不限图3所示,如图4用于显示具有四个信号输入单元的低噪声放大器,则次负载和切换单元的数量即为三组。
具体而言,于图3中,当信号输入单元1a接收一输入信号RF_INa时,频带切换电路2利用主负载Z1提供对应输入信号RF_INa的负载,以放大输入信号RF_INa。当信号输入单元1b接收一输入信号RF_INb时,频带切换电路2利用主负载Z1和次负载Z2的结合(也就是串联的主负载Z1和次负载Z2)提供对应输入信号RF_INb的负载。
另外,如图4所示,当信号输入单元1c接收一输入信号RF_INc时,频带切换电路2利用主负载Z1和次负载Z2a及Z2b的结合提供对应输入信号RF_INc的负载,以产生低噪声的输出信号。当信号输入单元1d接收一输入信号RF_INd时,频带切换电路2利用主负载Z1和次负载Z2a、Z2b及Z2c的结合提供对应输入信号RF_INd的负载。
因此,无论输入信号的频带为何,低噪声放大器仅需通过切换单元切换其电路负载,即可提供对应该频带的负载,以达到使该输入信号放大的功效。相较于现有技术,无须针对每一频带设计一组放大器或电路,因而可减少电路体积、降低功率消耗且降低成本。
其次,本发明提供一种低噪声放大器的运作方法,请参阅图5。于此方法中,低噪声放大器包括具多个信号输入单元的多输入匹配电路以及具一个或一个以上的切换单元、一主负载及与该主负载串联的一个或一个以上的次负载的频带切换电路。
于步骤S31中,令该多个信号输入单元的其中一个接收一输入信号,并进行噪声及阻抗的匹配以增加该输入信号的阻抗匹配的频宽,从而输出一匹配信号。需说明者,多输入匹配电路可用以接收多频带信号,其中,多个信号输入单元的设计乃针对该各种输入信号,例如,若输入信号为蓝牙频带,则进入如图4所示的信号输入单元1a;若输入信号为WIMAX频带,则进入图4所示的信号输入单元1c。另外,信号输入单元接收一输入信号后可对该输入信号执行阻抗及/或噪声的匹配和电流增益。接着进至步骤S32。
于步骤S32中,令该一个或一个以上的切换单元,通过切换该主负载与该一个或一个以上的次负载之间的连接,以调整该频带切换电路的负载来切换对应该匹配信号的操作频带。详言之,该主负载可不连接任何次负载而单独提供对应该匹配信号的负载,或可连接一个或一个以上的次负载以形成对应该匹配信号的负载,端视多输入匹配电路所接收的输入信号进入哪一个信号输入单元(何种频带的信号)来决定。
综上所述,本发明的低噪声放大器主要包括多输入匹配电路和频带切换电路,多输入匹配电路可提供多频带信号的输入,且可对所接到的输入信号进行噪声或阻抗的匹配,而频带切换电路可针对多输入匹配电路所接收的一输入信号提供相对应负载,以达到切换低噪声放大器的操作频带切换的功效。因此,本发明的低噪声放大器可提供多频带信号的输入、可切换频带,并具有较佳化的设计。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰与改变。因此,本发明的权利要求保护范围,应如权利要求书所列。
Claims (11)
1.一种低噪声放大器,包括:
一多输入匹配电路,用以接收多频带的多个输入信号,且对该输入信号进行噪声及阻抗匹配,以产生一匹配信号;及
一频带切换电路,耦接该多输入匹配电路,通过负载切换以调整对应该匹配信号的操作频带,以产生低噪声的输出信号。
2.根据权利要求1所述的低噪声放大器,其特征在于,该低噪声放大器,还包括一第一晶体管,其栅极用以接收第一直流电压源,其源极用以接收该多输入匹配电路所输出的匹配信号,其漏极耦接该频带切换电路。
3.根据权利要求1所述的低噪声放大器,其特征在于,该多输入匹配电路包括多个信号输入单元,该多个信号输入单元的每一个还包括:
一第二晶体管,其栅极用以接收该匹配信号,其漏极用以输出该匹配信号;
一第一电感器及一第二电感器,该第一电感器的第一端用以接收一偏压源,该第一电感器的第二端耦接该第二电感器的第一端,该第二电感器的第二端耦接该第二晶体管的栅极,且该第一电感器及该第二电感器用以增加该输入信号的阻抗匹配的频宽;及
一第一电容器,其第一端用以接收该输入信号,其第二端耦接该第一电感器的第二端以及该第二电感器的第一端。
4.根据权利要求3所述的低噪声放大器,其特征在于,该信号输入单元的每一个的第二晶体管的源极耦接至地。
5.根据权利要求3所述的低噪声放大器,其特征在于,该多个信号输入单元所分别接收的输入信号为不同频带的信号,且该多输入匹配电路仅选择该多个信号输入单元的其中一个的匹配信号输入至该频带切换电路。
6.根据权利要求1所述的低噪声放大器,其特征在于,该频带切换电路还包括:
一负载单元,其耦接该第一晶体管的漏极,具有对应该匹配信号的频宽的负载,其中,该负载单元还包括一主负载及与该主负载串联的至少一组次负载;以及
至少一组切换单元,其对应耦接该至少一组次负载,用以切换该主负载与该次负载的连接,以调整该频带切换电路的负载。
7.根据权利要求6所述的低噪声放大器,其特征在于,该主负载的第一端耦接该第一晶体管的漏极,该次负载的第一端用以接收第二直流电源,该次负载的第二端耦接至该主负载的第二端。
8.根据权利要求6所述的低噪声放大器,其特征在于,该主负载包括第一负载电容器及与该第一负载电容器并联的第一负载电感器,且该次负载包括第二负载电容器及与该第二负载电容器并联的第二负载电感器。
9.根据权利要求6所述的低噪声放大器,其特征在于,该切换单元包括:
一第三晶体管,其栅极用以接收控制开关电压,其源极耦接该次负载的第二端,其漏极耦接该次负载的第一端;
一组并联的第二电容器及第三电容器,其分别耦接该第三晶体管的漏极和源极;及
一高阻抗组件,其第一端用以接收该控制开关电压,其第二端耦接该组并联的第二电容器及第三电容器。
10.根据权利要求6所述的低噪声放大器,其特征在于,该至少一组次负载和该至少一组切换单元的数量相等,且其数量少于该多个信号输入单元的数量。
11.一种低噪声放大器的运作方法,该低噪声放大器包括具有多个信号输入单元的多输入匹配电路以及具有至少一组切换单元、一主负载及与该主负载串联的至少一组次负载的频带切换电路,该低噪声放大器的运作方法包括以下步骤:
1)令该多个信号输入单元的其中一个接收一输入信号并对该输入信号进行噪声及阻抗匹配,以产生一匹配信号;以及
2)令该切换单元通过切换该主负载与该次负载之间的连接,以调整该频带切换电路的负载来改变对应该匹配信号的操作频带。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |