CN104035105A - 低噪声放大器及gnss系统接收机前端的射频系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低噪声放大器，包括滤波模块、信号匹配模块、放大模块、干扰抑制模块及输出选频模块，滤波模块输出端连接信号匹配模块输入端，信号匹配模块输出端连接放大模块输入端，放大模块输出端连接干扰抑制模块输入端，放大模块输出端连接输出选频模块输入端，输出选频模块输出端输出信号，干扰抑制模块对于有用信号进行阻抗匹配减少反射损耗，对干扰信号呈现高阻抗衰减抑制，通过选频模块完成信号输出。该低噪声放大器结构简单、性能良好、功耗低、整体芯片面积小，实现射频前端板级无SAW滤波器,降低系统应用成本，提高市场竞争力。

Description

低噪声放大器及GNSS系统接收机前端的射频系统
技术领域
本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种具有低噪声的放大器及带外干扰抑制的GNSS系统接收机前端的射频系统。
背景技术
目前GNSS无线通信产品，基本上均采用板级SAW滤波器，滤除其他通信系统强发射干扰，如GSM/WCDMA/LTE等发射/接收干扰，但是SAW滤波器的价格高，占用面积大，BOM价格高，如果能在芯片内部实现GSM发射/接收干扰抑制，就可以实现射频前端板级无SAW滤波器系统方案。采用SAW滤波器功耗高、芯片性能低、芯片面积大。
发明内容
针对上述的缺点，本发明的目的在于提供一种在GNSS无线通信系统中取消使用高成本的SAW滤波器，降低芯片面积和功耗，提高芯片性能，设计一种自带干扰抑制低噪声放大器与混频器、跨阻放大器来实现射频前端板级无SAW滤波器系统。
本发明是这样实现的，一种低噪声的放大器，该放大器包括滤波模块、信号匹配模块、放大模块、干扰抑制模块及输出选频模块，所述滤波模块输出端连接所述信号匹配模块输入端，所述信号匹配模块输出端连接所述放大模块输入端，所述放大模块输出端连接所述干扰抑制模块输入端，所述放大模块输出端连接所述输出选频模块输入端，所述输出选频模块输出端输出信号，所述干扰抑制模块对于有用信号进行阻抗匹配减少反射损耗，对干扰信号呈现高阻抗抑制，通过输出选频模块完成信号输出。
本发明的进一步技术方案是：所述干扰抑制模块包括电感Ls1、电感Ls2、电容Cm及恒流源，所述电感Ls1的一端分别连接所述电感Ls2的一端及恒流源的输入端，所述电感Ls2的另一端连接所述电容Cm的一端，所述恒流源输出端接地，所述电容Cm另一端接地。
本发明的进一步技术方案是：所述滤波模块包括电感L1及电容C1，所述电感L1一端连接所述电容C1一端，所述电容C1另一端接地。
本发明的进一步技术方案是：所述干扰抑制模块包括电感Ls1、等效电抗X2及恒流源，所述电感Ls1一端连接所述等效电抗X2一端，所述等效电抗X2另一端接地，所述电感Ls1一端连接所述恒流源输入端，所述恒流源输出端接地。
本发明的进一步技术方案是：所述滤波模块包括等效电抗X1，所述等效电抗X1一端连接输入信号，所述等效电抗X1另一端接地。
本发明的进一步技术方案是：所述信号匹配模块包括电感Lg及电容Cgs，所述电感Lg一端连接电容Cgs一端，所述电容Cgs另一端连接所述电感Ls1的另一端；放大模块包括N-MOS管M1及N-MOS管M2，所述N-MOS管M1栅极连接所述电感Lg的一端，所述N-MOS管M1的源极连接所述电感Ls1的另一端，所述N-MOS管M1的漏极连接所述N-MOS管M2的源极，所述N-MOS管M2的栅极连接Vdd；所述选频模块包括电感L2及可调电容C2，所述电感L2与所述可调电容C2并联后一端连接Vdd，所述电感L2与所述可调电容C2并联后另一端连接所述N-MOS管M2的漏极并输出信号。
本发明的另一目的在于提供一种GNSS系统接收机前端的射频系统，该射频系统包括具有权利要求1-6任一项所述的低噪声放大器、接收天线、输入匹配网络、正交混频器及跨阻放大器，所述接收天线输出端连接所述输入匹配网络输入端，所述输入匹配网络输出端连接所述低噪声放大器输入端，所述低噪声放大器输出端连接所述正交混频器输入端，所述正交混频器输出端连接所述跨阻放大器输入端，所述跨阻放大器输出端输出中频信号；所述低噪声放大器用于对有用信号进行阻抗匹配减少反射损耗，对干扰信号呈现高阻抗抑制完成信号放大输出；所述接收天线，用于接收电子信号并且输出信号；所述输入匹配网络，用于对双频接收天线输入不同频率的信号进行通道匹配；所述正交混频器，用于对低噪声放大器处理过的射频信号进行下变频处理；所述跨阻放大器，用于将射频信号转化为电流输出。
本发明的进一步技术方案是：所述正交混频器为两个，两个所述正交混频器的输入端分别连接所述低噪声放大器输入端。
本发明的进一步技术方案是：所述跨阻放大器为两个，每个所述跨阻放大器输入端分别与一个所述混频器输出端连接。
本发明的进一步技术方案是：所述跨阻放大器包括单端输入单端输出的放大器A1、电阻R3及电容C3，所述电阻R3与所述电容C3并联后与所述放大器A1的输入端至输出端并联。
本发明的有益效果是：通过片内集成滤波、陷波滤波器，对片外输入信号的有用信号进行阻抗匹配减少反射损耗，对干扰信号呈现高阻抗抑制，使得芯片体积减小、降低了功耗、提高了芯片的性能；该放大器结构简单、性能良好、功耗低、整体芯片面积小，实现射频前端板级无SAW滤波器，降低系统成本，提高市场竞争力。
附图说明
图1是本发明实施例提供的低噪声放大器结构框图；
图2是本发明实施例提供的低噪声放大器电路原理图一；
图3是本发明实施例提供的低噪声放大器电路原理图二；
图4是本发明实施例提供的GNSS系统接收机前端的射频系统结构框图；
图5是本发明实施例提供的跨阻放大器电路原理图。
具体实施方式
附图标记：10-滤波模块 20-信号匹配模块 30-放大模块 40-干扰抑制模块 50-输出选频模块 100-接收天线 200-输入匹配网络 300-低噪声放大器 400-正交混频器 500-跨阻放大器
图1示出了本发明提供的低噪声放大器300，该放大器包括滤波模块10、信号匹配模块20、放大模块30、干扰抑制模块40及输出选频模块50，所述滤波模块10输出端连接所述信号匹配模块20输入端，所述信号匹配模块20输出端连接所述放大模块30输入端，所述放大模块30输出端连接所述干扰抑制模块40输入端，所述放大模块30输出端连接所述输出选频模块50输入端，所述输出选频模块50输出端输出信号，所述干扰抑制模块40对于有用信号进行阻抗匹配减少反射损耗，对干扰信号呈现高阻抗抑制，通过输出选频模块50完成信号输出。通过片内集成滤波、陷波滤波器，对片外输入信号的有用信号进行阻抗匹配减少反射损耗，对干扰信号呈现高阻抗抑制，使得芯片体积减小、降低了功耗、提高了芯片的性能；该放大器结构简单、性能良好、功耗低、整体芯片面积小，实现射频前端板级无SAW滤波器，降低系统成本，提高市场竞争力。
如图2所示，所述干扰抑制模块40包括电感Ls1、电感Ls2、电容Cm及恒流源，所述电感Ls1的一端分别连接所述电感Ls2的一端及恒流源的输入端，所述电感Ls2的另一端连接所述电容Cm的一端，所述恒流源输出端接地，所述电容Cm另一端接地。
所述滤波模块10包括电感L1及电容C1，所述电感L1一端连接所述电容C1一端，所述电容C1另一端接地。
如图3所示，所述干扰抑制模块40包括电感Ls1、等效电抗X2及恒流源，所述电感Ls1一端连接所述等效电抗X2一端，所述等效电抗X2另一端接地，所述电感Ls1一端连接所述恒流源输入端，所述恒流源输出端接地。
所述滤波模块10包括等效电抗X1，所述等效电抗X1一端连接输入信号，所述等效电抗X1另一端接地。
如图2、3所示，所述信号匹配模块20包括电感Lg及电容Cgs，所述电感Lg一端连接电容Cgs一端，所述电容Cgs另一端连接所述电感Ls1的另一端；放大模块30包括N-MOS管M1及N-MOS管M2，所述N-MOS管M1栅极连接所述电感Lg的一端，所述N-MOS管M1的源极连接所述电感Ls1的另一端，所述N-MOS管M1的漏极连接所述N-MOS管M2的源极，所述N-MOS管M2的栅极连接Vdd；所述选频模块50包括电感L2及可调电容C2，所述电感L2与所述可调电容C2并联后一端连接Vdd，所述电感L2与所述可调电容C2并联后另一端连接所述N-MOS管M2的漏极并输出信号。
如图2所示，为GNSS(Global navigation satellite system全球卫星导航系统)带外干扰抑制的低噪声放大器10的电路，其中电感L1、电容C1为芯片外高Q值电感和电容，谐振频率在偏离GNSS信号100M以上，如LTE(Long Term Evolution，长期演进)干扰信号(1.71GHz)，对带外干扰信号进行抑制，对GNSS带内信号正常通过；差分电感的一半Ls2和Cm谐振在GNSS频段。以下是在不同的工作频率，电路特性分析。
在GNSS频段频率工作，L1 C1为片外高Q值电感和电容等效为高电抗特性X1，对有用信号正常通过，而Ls2和Cm等效为低电抗特性X2，如图3所示，从而实现GNSS输入阻抗匹配，此时低噪声放大器输入匹配网络，计算如下：
Zin = s ( Lg + Ls / 2 ) + 1 sCgs + gm · Ls 2 Cgs
ω = 1 2 Π ( Lg + Ls / 2 ) · Cgs
s＝jω
输入匹配时，在此低噪声放大器300，噪声低，线性度好，功耗低，通过调整电路等效电容Cgs的值改变匹配网络的谐振频率，从而GNSS输入阻抗匹配，对带内信号进行阻抗匹配放大。
在GNSS频段带外情况，L1 C1为片外高Q值电感和电容等效为低电抗特性，对干扰信号进行滤波，而Ls2和Cm等效为高电抗特性X2，如图3所示，从而对带外干扰进行抑制。
Gain = A 1 + A X 2
X2为源级等效反馈阻抗，阻抗越大，增益越低，对干扰进行有效抑制。
最后，通过输出选频网络对有用信号进一步放大，对带外干扰信号进一步抑制。
如图4所示，本发明的另一目的在于提供一种GNSS系统接收机前端的射频系统，该射频系统包括具有权利要求1-6任一项所述的低噪声放大器300、接收天线100、输入匹配网络200、正交混频器400及跨阻放大器500，所述接收天线100输出端连接所述输入匹配网络200输入端，所述输入匹配网络200输出端连接所述低噪声放大器300输入端，所述低噪声放大器300输出端连接所述正交混频器400输入端，所述正交混频器400输出端连接所述跨阻放大器500输入端，所述跨阻放大器500输出端输出中频信号；所述低噪声放大器用于对有用信号进行阻抗匹配减少反射损耗，对干扰信号呈现高阻抗抑制完成信号放大输出；所述接收天线，用于接收电子信号并且输出信号；所述输入匹配网络，用于对双频接收天线输入不同频率的信号进行通道匹配；所述正交混频器，用于对低噪声放大器处理过的射频信号进行下变频处理；所述跨阻放大器，用于将射频信号转化为电流输出。。接收天线100接收下来的有用信号和干扰经过带外干扰抑制的低噪声放大器300进行处理之后，有用信号进行了放大，干扰进行了抑制，经过具有带外信号干扰抑制的低噪声放大器300对干扰进行抑制，随后通过的混频器400和跨阻放大器500，对剩余干扰进一步的抑制，达到干扰高抑制能力(大于45dB)，使得射频前端板级带外抑制无SAW滤波器系统得以实现。
信号通过天线100接收下来，经过输入匹配网络20050ohm阻抗匹配网络到具有低噪声放大器300对干扰进行抑制，随后通过混频器400对射频信号进行下变频，最后通过跨阻放大器500将信号转化为电流输入模拟滤波器，对干扰信号进一步抑制，以及进行信号带宽选择。
所述正交混频器400为两个，两个所述正交混频器400的输入端分别连接所述低噪声放大器300输入端。
所述跨阻放大器500为两个，每个所述跨阻放大器500输入端分别与一个所述混频器400输出端连接。
如图5所示，所述跨阻放大器500包括单端输入单端输出的放大器A1、电阻R3及电容C3，所述电阻R3与所述电容C3并联后与所述放大器A1的输入端至输出端并联。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低噪声放大器，其特征在于：该放大器包括滤波模块、信号匹配模块、放大模块、干扰抑制模块及输出选频模块，所述滤波模块输出端连接所述信号匹配模块输入端，所述信号匹配模块输出端连接所述放大模块输入端，所述放大模块输出端连接所述干扰抑制模块输入端，所述放大模块输出端连接所述输出选频模块输入端，所述输出选频模块输出端输出信号，所述干扰抑制模块对于有用信号进行阻抗匹配减少反射损耗，对干扰信号呈现高阻抗抑制，通过输出选频模块完成信号输出。
2.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述干扰抑制模块包括电感Ls1、电感Ls2、电容Cm及恒流源，所述电感Ls1的一端分别连接所述电感Ls2的一端及恒流源的输入端，所述电感Ls2的另一端连接所述电容Cm的一端，所述恒流源输出端接地，所述电容Cm另一端接地。
3.根据权利要求2所述的低噪声放大器，其特征在于，所述滤波模块包括电感L1及电容C1，所述电感L1一端连接所述电容C1一端，所述电容C1另一端接地。
4.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述干扰抑制模块包括电感Ls1、等效电抗X2及恒流源，所述电感Ls1一端连接所述等效电抗X2一端，所述等效电抗X2另一端接地，所述电感Ls1一端连接所述恒流源输入端，所述恒流源输出端接地。
5.根据权利要求4所述的低噪声放大器，其特征在于，所述滤波模块包括等效电抗X 1，所述等效电抗X 1一端连接输入信号，所述等效电抗X 1另一端接地。
6.根据权利要求3或5所述的低噪声放大器，其特征在于，所述信号匹配模块包括电感Lg及电容Cgs，所述电感Lg一端连接电容Cgs一端，所述电容Cgs另一端连接所述电感Ls1的另一端；放大模块包括N-MOS管M1及N-MOS管M2，所述N-MOS管M1栅极连接所述电感Lg的一端，所述N-MOS管M1的源极连接所述电感Ls1的另一端，所述N-MOS管M1的漏极连接所述N-MOS管M2的源极，所述N-MOS管M2的栅极连接Vdd；所述选频模块包括电感L2及可调电容C2，所述电感L2与所述可调电容C2并联后一端连接Vdd, 所述电感L2与所述可调电容C2并联后另一端连接所述N-MOS管M2的漏极并输出信号。
7.一种GNSS系统接收机前端的射频系统，其特征在于，该射频系统包括具有权利要求1-6任一项所述的低噪声放大器、接收天线、输入匹配网络、正交混频器及跨阻放大器，所述接收天线输出端连接所述输入匹配网络输入端，所述输入匹配网络输出端连接所述低噪声放大器输入端，所述低噪声放大器输出端连接所述正交混频器输入端，所述正交混频器输出端连接所述跨阻放大器输入端，所述跨阻放大器输出端输出中频信号；所述低噪声放大器用于对有用信号进行阻抗匹配减少反射损耗，对干扰信号呈现高阻抗抑制完成信号放大输出；所述接收天线，用于接收电子信号并且输出信号；所述输入匹配网络，用于对双频接收天线输入不同频率的信号进行通道匹配；所述正交混频器，用于对低噪声放大器处理过的射频信号进行下变频处理；所述跨阻放大器，用于将射频信号转化为电流输出。
8.根据权利要求7所述的射频系统，其特征在于，所述正交混频器为两个，两个所述正交混频器的输入端分别连接所述低噪声放大器输入端。
9.根据权利要求8所述的射频系统，其特征在于，所述跨阻放大器为两个，每个所述跨阻放大器输入端分别与一个所述混频器输出端连接。
10.根据权利要求7-9任一项所述的射频系统，其特征在于，所述跨阻放大器包括单端输入单端输出的放大器A1、电阻R3及电容C3，所述电阻R3与所述电容C3并联后与所述放大器A1的输入端至输出端并联。
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