CN104348434A - 放大电路 - Google Patents

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Abstract

一种放大电路(100)，包括：第一滤波器(102)和低噪声放大器(110)。第一滤波器(102)包括输入端(104)用于接收输入信号；第一差分输出端(106)；和第二差分输出端(108)。第一滤波器(102)对于在它的通带(706，806)中的频率具有差模操作和对于它的通带(706，806)外的频率具有共模操作，以及第一滤波器(102)可以是声波滤波器。低噪声放大器()包括连接到第一滤波器(102)的第一差分输出端(106)的第一差分输入端(112)；连接到第一滤波器(102)的第二差分输出端(108)的第二差分输入端(114)；以及用于提供放大的输出信号的输出端(116)。

Description

放大电路
技术领域
本申请涉及放大电路，并且特别地，虽然不一定，涉及用于全球定位系统接收机的放大电路。 
背景技术
放大电路通常存在非线性性能差(例如在IM2和IM3抑制方面)的问题，并且现有的放大电路需要较多的表面安装器件或元件。 
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种放大电路，包括： 
第一滤波器，包括： 
用于接收输入信号的输入端； 
第一差分输出端；和 
第二差分输出端； 
其中，第一滤波器对于在它的通带内的频率执行差模操作和对于在它的通带外的频率执行共模操作；和 
低噪声放大器(LNA)，包括： 
第一差分输入端，第一差分输入端被连接到第一滤波器的第一差分输出端； 
第二差分输入端，第二差分输入端被连接到第一滤波器的第二差分输出端；和 
输出端，输出端用于提供放大的输出信号。 
这种放大电路可以提供良好的非线性性能(例如在IM2和IM3抑制方面)，同时比其他的放大电路需要更少的表面安装器件/元件。 
第一滤波器可以是表面声波(SAW)滤波器或者体声波(BAW)滤波器。 
第一滤波器可以限定以下的一个或多个： 
从第一滤波器的输入端到第一滤波器的第一差分输出端的第一幅度传递函数； 
从第一滤波器的输入端到第一滤波器的第二差分输出端的第二幅度传递函数； 
从第一滤波器的输入端到第一滤波器的第一差分输出端的第一相位传递函数；和 
从第一滤波器的输入端到第一滤波器的第二差分输出端的第二相位传递函数。 
对于第一滤波器的通带外的频率，第一幅度传递函数和第二幅度传递函数之间的差异可以小于第一阈值。对于第一滤波器的通带外的频率，第一相位传递函数和第二相位传递函数之间的差异可以小于第二阈值。对于第一滤波器的通带内的频率，第一相位传递函数和第二相位传递函数之间与180度之间的偏移可以小于第三阈值。 
放大电路还可以包含匹配电路，匹配电路被串联连接在低噪声放大器第一和第二差分输入端和第一滤波器的第一和第二差分输出端之间。 
匹配电路可以包含低通匹配电路。低通匹配电路可以包含第一电感和第二电感，第一电感串联在低噪声放大器的第一差分输入端和第一滤波器的第一差分输出端之间，以及第二电感串联在低噪声放大器的第二差分输入端和第一滤波器的第二差分输出端之间。 
匹配电路可以包含高通匹配电路。高通匹配电路可以包含串联在低噪声放大器的第一差分输入端和第一滤波器的第一差分输出端之间的第一电容器，串联在低噪声放大器的第二差分输入端和第一滤波器的第二差分输出端之间的第二电容器，和(i)连接在低噪声放大器的第一差分输 入端和低噪声放大器的第二差分输入端之间的电感；或者(ii)连接在低噪声放大器的第一差分输入端和低噪声放大器的第二差分输入端之间的陷波滤波器。 
第一电容器和/或第二电容器可以包含集成电容器。第一电容器，第二电容器和第一滤波器中的一个或多个可以提供在单个集成电路中。 
第一滤波器的输入端可以包含单端输入端。 
低噪声放大器的输出端可以包含单端输出端。 
放大电路还可以包含第二滤波器，第二滤波器包括单端输入端和输出端，第二滤波器的单端输入端被连接到低噪声放大器的单端输出端，第二滤波器的输出端用于提供过滤后的放大的输出信号。 
低噪声放大器的输出端包含第一差分输出端和第二差分输出端。 
放大电路还可以包含第二滤波器，第二滤波器包括连接到低噪声放大器的第一差分输出端的第一差分输入端，连接到低噪声放大器的第二差分输出端的第二差分输入端，和用于提供过滤后的放大的输出信号的输出端。第二滤波器可以对于在它的通带内的频率执行差模操作和对于它的通带外的频率执行共模操作。第二滤波器可以是声波滤波器。 
可以提供一种接收机电路，例如全球定位系统接收机电路，包括： 
天线； 
第一声波滤波器，包括： 
连接到天线的输入端，所述输入端用于接收输入信号； 
第一差分输出端；和 
第二差分输出端； 
其中，第一滤波器对于在它的通带内的频率执行差模操作和对于在 它的通带外的频率执行共模操作；和 
低噪声放大器，包括： 
第一差分输入端，第一差分输入端被连接到第一滤波器的第一差分输出端； 
第二差分输入端，第二差分输入端被连接到第一滤波器的第二差分输出端；和 
输出端，输出端用于提供过放大的输出信号。 
接收机元件，例如全球定位系统接收机元件，包括输入端，该输入端被连接到低噪声放大器的输出端。 
附图说明
以下将通过示例的方式结合附图描述本发明的实施例，其中： 
图1示出了一种放大电路； 
图2示出了另一种放大电路； 
图3示出了又一种放大电路； 
图4示出了又一种放大电路； 
图5示出了又一种放大电路； 
图6示出了一种GPS接收机电路； 
图7用图解法示出了一种理想的SAW滤波器的幅度传递函数；和 
图8-10用图解法示出了一种理想的SAW滤波器的相位传递函数的示例。 
具体实施方式
本文披露的一个以上的实施例涉及一种放大电路，包括：第一滤波器和低噪声放大器(LNA)。特别地，第一滤波器可以是声波滤波器，例如表面声波(SAW)滤波器或者体声波(BAW)滤波器，具有连接到低噪声放大器的平衡/差分信号输入端的平衡/差分信号输出端。元件组合可以提供很好的非线性性能(例如在IM2和IM3抑制方面)，然而需要比其他的放大电路更少的表面安装器件/元件。通过声波滤波器可以提供改善的性能，特别是在IM3方面，该声波滤波器对于通带内的频率执行差模操作 和对于通带外的频率执行共模操作。这种放大电路可以特别优选地用于GPS接收机。 
图1示出了一种放大电路100，包括：第一滤波器102和低噪声放大器(LNA)110。在本实施例中，第一滤波器102是表面声波(SAW)滤波器，虽然也可以使用其他类型的声波滤波器，例如体声波(BAW)滤波器。 
第一SAW滤波器102具有输入端104，用于接收输入信号，在本实施例中，输入信号是单端信号。在一些实施例中，输入信号可以直接或者间接地从天线(未示出)接收。第一SAW滤波器102具有第一差分输出端106和第二差分输出端118，被配置为根据在输入端104接收的单端输入信号提供差分输出信号。差分输出端106，108还可以被称为平衡输出端。 
SAW滤波器102在本实施例中是带通滤波器。一种理想的差分SAW滤波器102在通带内执行差模操作，同时在较低的和较高的阻带中执行共模操作。已经发现这些性能可以提供放大电路100的良好的相互调制性能。因此，特别优选一种良好平衡的SAW滤波器102。下面结合图7-10进一步描述第一SAW滤波器。 
LNA 110具有第一差分输入端112以及第二差分输入端114，该第一差分输入端112被连接到SAW滤波器102的第一差分输出端106，第二差分输入端114被连接到SAW滤波器102的第二差分输出端108。LNA110还具有输出端116用于提供放大的输出信号。在本实施例中，输出端116提供单端放大的输出信号。 
图1还示出了可选的低通匹配电路118，低通匹配电路118被串联连接在LNA 110的两个差分输入端112，114和SAW滤波器102的两个差分输出端106，108之间。低通匹配电路118包括第一电感120，第一电感120串联在LNA 110的第一差分输入端112和SAW滤波器102的第一 差分输出端106之间。低通匹配电路118还包括第二电感122，第二电感122串联在LNA 110的第二差分输入端114和SAW滤波器102的第二差分输出端108之间。 
低通匹配电路118被用于以LNA 110的输入端112，114对SAW滤波器102的输出端106，108进行阻抗匹配以便进一步改善放大电路100的性能。例如，低通匹配电路118可用于关于50欧姆的特性阻抗环境进行匹配。从下述的描述可以理解的是其他的类型的匹配电路也可以使用。 
图2-5示出了与图1电路相似的放大电路。已经在前面的图中描述的元件在随后的图中不一定会再次描述。 
在图2中，提供了第二滤波器224。在本实施例中，第二滤波器224是第二SAW滤波器，该第二SAW滤波器对于它的通带内的频率执行差模操作和对于它的通带外的频率执行共模操作。第二滤波器224的输入端226被连接到LNA的输出端216。在本实施例中，第二滤波器224具有单个输入端226，输入端226接收来自LNA 210的输出端216的单端信号。第二滤波器224的输出228是经过过滤的放大的输出信号。在本实施例中，第二滤波器224也是带通滤波器。 
第二滤波器224的要求可以是比较低的因为来自LNA 210的它的输入信号可以已经具有在通带外的频率处的比较低的信号分量。这可能是因为第一SAW滤波器202和LNA 210的结合有效地将通带外的信号过滤掉，然后只放大在通带内的频率处的信号。这可以导致更小的和更便宜的第二滤波器224。 
图3示出了放大电路300，包括LNA 310，LNA 310具有两个差分信号输出端：第一差分输出端316和第二差分输出端317。在本实施例中，两个差分输出端316，317各自连接到第二滤波器324的两个差分输入端。 
图4示出了放大电路400，包括高通匹配电路418，高通匹配电路418用于在SAW滤波器402的输出端406，408和LNA 410的输入端412，414之间进行阻抗匹配。相反，图1-3所示的匹配电路是低通匹配电路。 
高通匹配电路418包括： 
串联在LNA 410的第一差分输入端412和SAW滤波器402的第一差分输出端406之间的第一电容器426； 
串联在LNA 410的第二差分输入端414和SAW滤波器402的第二差分输出端408之间的第二电容器428； 
连接在LNA 410的第一差分输入端412和LNA 410的第二差分输入端414之间的电感430。 
第一和第二电容器426，428的每个具有连接到SAW滤波器402的各自的一个输出端406，408的第一极板，和连接到(i)LNA 410的各自的一个输入端412，414和(ii)电感430的末端的第二极板。 
优选地，第一电容器426，第二电容器428和第一SAW滤波器402可以在单个集成电路中。这进一步减少元件和/或表面安装器件的数目，同时仍然达到良好的水平或者性能的目的。 
在一些例子中，图4的电感430可以由陷波滤波器替代，陷波滤波器也称为带阻滤波器。这样，可以通过高通匹配和陷波滤波器的结合执行阻抗匹配。 
图5示出了放大电路500，包括在LNA 510和第二滤波器524之间的“长线”。“长线”532可以是在印刷电路板(PCB)上的相对长的轨迹。优选的，该”长线”532可以是单端连接，因为关联的轨迹占据的空间比等量的差分信号轨迹占据的空间更少。因此，在某些例子中，提供单端输出信号的LNA 510可以被认为是有益的。 
在一些应用中，例如卫星定位系统包括GPS，俄国的GLONASS和欧洲的Galileo系统，其相互调制和线性要求是十分严格的。卫星定位系统经常需要在有与移动标准有关的相对高功率干扰信号的情况下检测来自卫星的非常弱的信号，移动标准如UMTS，GSM，LTE，WLAN，等等，目前这些干扰信号出现在各种移动装置中。已经发现当与已知的电路相比较，使用如本文描述的平衡/差分SAW滤波器和平衡/差分LNA的结合可以改善相互调制和线性性能，从而可以满足严格的相互调制要求。同样，可以减少元件和/或表面安装器件(SMDs)的数目，这可以导致物料清单(BOM)的成本降低。当使用单端SAW滤波器和单端LNA时，这些优点特别明显。 
图6示出了一种全球定位系统(GPS)接收机电路600，包括图2的放大电路。可以理解的是本文披露的任何放大器电路还可以用于类似的GPS接收机电路。 
GPS接收机电路600包括天线634用于接收来自多个卫星的输入信号，这在本领域为已知的技术。天线634被连接到第一SAW滤波器602的单端输入端。第一SAW滤波器602具有两个差分输出端，这两个差分输出端经由可选的在本实施例中的低通匹配电路618被连接到LNA 610的各自的差分输入端。LNA 610具有单端输出端，LNA 610的单端输出端被连接到第二滤波器624的单端输入端。第二滤波器624具有单端输出端，第二滤波器624的单端输出端被连接到GPS接收机元件636，GPS接收机元件在本领域是已知的。 
图6的GPS接收机电路600可以在存在高功率干扰信号时实现更短的第一次定位时间。同样，可以确定更好的和更快的卫星定位信息。 
在一些例子中，第一SAW滤波器602可以被连接到天线634，而与任何介入的前置滤波元件无关，然而这可能需要使用单端SAW滤波器和单端LNA的电路。第一SAW滤波器602可以被直接连接到天线634。 
在其他的例子中，陷波滤波器(未示出)可以被提供在天线634和第一SAW滤波器602之间从而阻止一些高功率干扰和提供静电放电(ESD)保护。 
图7用图解法示出了理想的SAW滤波器的幅度传递函数的示例。图8-10用图解法示出了理想的SAW滤波器的相位传递函数的示例。理想的SAW滤波器可以是如上所述的第一或者第二滤波器。理想的SAW滤波器在两个差分输出端之间，两个通带之间和阻带之间具有良好的幅度和相位平衡。术语“S21”被用于表示从SAW滤波器的单端输入端向前传输到SAW滤波器的第一差分输出端。术语”S31”被用于表示从SAW滤波器的单端输入端向前传输到SAW滤波器的第二差分输出端。 
图7的横轴表示频率和纵轴表示幅度。图7中的通带用附图标记706表示。 
图7示出了两个曲线：第一曲线702表示从SAW滤波器的输入端到SAW滤波器的第一差分输出端的第一幅度传递函数(在图中用S21[dB]表示)；和第二曲线704表示从SAW滤波器的输入端到SAW滤波器的第二差分输出端的第二幅度传递函数(S31[dB])。第一曲线702和第二曲线704对于示出的所有频率是实质上一致的。在某些实施例中，对于高达，和可能超过6GHz的频率，已经发现第一曲线702和第二曲线704保持一致。 
从图7可以看出，对于通带706内的频率，第一曲线702和第二曲线704都具有大约3dB的幅度，这表示低插入损耗。对于通带706外的频率，第一和第二曲线702，704的幅度值相近或者相同，这可以被认为这些值之间的差异小于第一阈值，例如3dB，2dB或1dB，插入损耗大约40dB。已经发现通带706外的频率处的幅度绝对值比在第一和第二差分输出端处信号的幅度之间的平衡对IM2和IM3性能的影响更小。这是因为任何不平衡将被随后的差分LNA放大作为差分信号。 
图8的横轴表示频率和纵轴表示相位。图8示出了两个曲线：第一曲线802表示从SAW滤波器的输入端到SAW滤波器的第一差分输出端的第一相位传递函数(S21[相位])；和第二曲线804表示从SAW滤波器的输入端到SAW滤波器的第二差分输出端的第二相位传递函数(S31[相位])。第一曲线802和第二曲线804对于示出的所有频率不是实质上一致的。图8中的通带用附图标记806表示。阻带用附图标记808表示。防护频带位于通带806和阻带808之间。 
从图8可以看出，对于阻带808中的频率，这些频率位于通带806外面，第一和第二曲线的相位值相近或者相同，这可以被认为是这些值之间的差异小于第二阈值，例如40°，30°或者20°。如上所述，已经发现在通带806外的频率处的相位的绝对值比信号的相位之间的平衡更不重要，和对于直到，和可能超过6GHz的频率，第一曲线802和第二曲线804保持实质上一致。 
对于通带806内部的频率，第一曲线802的相位与第二曲线804的相位之间的相位差大体上相差180°。也就是说，对于通带806内部的频率，第一曲线802和第二曲线804之间的相位差与180°之间的偏移可以小于第三阈值。例如，第三阈值可以是20°，10°或者5°。也就是说，例如，在通带806内的第一曲线802和第二曲线804之间的相位差可以在160°到200°，170°到190°，或者175°到185°范围之内。这表示良好平衡的差分信号。 
在本实施例中，第一曲线802和第二曲线804的绝对相位值在通带806内基本为常数。 
图9和10示出了可选的相位传递函数对。图9和10都在横轴上表示频率和在纵轴上表示相位。然而，在图10中横轴上的频率是1500MHz到1700MHz，而在图9中横轴上的频率是1000MHz到2000MHz。在通带 1006中第一曲线1002和第二曲线1004的绝对相位值不是常数。然而，特别地从图10可以看出，对于在通带1006中的频率，第一曲线1002和第二曲线1004之间的相位差大体上是常数，大约为180°。如上所述，在阻带1008中，第一和第二曲线1002，1004的相位值相近或者相同。 
从图7-10的上述描述可以理解的是本文描述的SAW滤波器(或者任何其他的类型的滤波器)具有在通带中的良好平衡的差模操作，同时在较低的和较高的阻带中具有共模操作。这样，SAW滤波器在通带外频率提供共模输出信号。这些共模输出信号通过下游的差分LNA没有被显著放大。因此，严格的非线性要求(特别是就第三阶抑制而言)可以通过包括具有差分输出端的SAW滤波器和具有差分输入端的LNA的电路得到满足。 
本文披露的电路的示例应用包括GPS LNA，和LNA，对于移动应用例如，无线局域网(WLAN)，通用的移动无线电通讯系统(UMTS)，长期演进(LTE)，4G，和3G。 
本文描述的任何元件的“耦合”或者“连接”可以是直接或者间接耦合或者连接。也就是说，一个或多个元件可以位于两个被称为耦合或者连接的元件之间，同时仍然能实现所需要的功能。 

Claims (15)

1.一种放大电路(100)，其特征在于，包括：
第一滤波器(102)，所述第一滤波器(102)包括：
用于接收输入信号的输入端(104)；
第一差分输出端(106)；和
第二差分输出端(108)；
其中，第一滤波器对于在其通带(706，806)内的频率执行差模操作和对于在其通带(706，806)外的频率执行共模操作；和
低噪声放大器(110)，所述低噪声放大器(110)包括：
第一差分输入端(112)，所述第一差分输入端(112)连接到第一滤波器(102)的第一差分输出端(106)；
第二差分输入端(114)，所述第二差分输入端(114)连接到第一滤波器(102)的第二差分输出端(108)；
输出端(116)，所述输出端(116)用于提供放大的输出信号。
2.根据权利要求1所述的放大电路(100)，其特征在于，第一滤波器(102)是第一声波滤波器。
3.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，第一滤波器限定：
从第一滤波器的输入端到第一滤波器的第一差分输出端的第一幅度传递函数(702)；
从第一滤波器的输入端到第一滤波器的第二差分输出端的第二幅度传递函数(704)；
从第一滤波器的输入端到第一滤波器的第一差分输出端的第一相位传递函数(802)；和
从第一滤波器的输入端到第一滤波器的第二差分输出端的第二相位传递函数(804)；其中：
对于第一滤波器的通带(706)外的频率，第一幅度传递函数(702)和第二幅度传递函数(704)之间的差异小于第一阈值；
对于第一滤波器的通带(806)外的频率，第一相位传递函数(802)和第二相位传递函数(804)之间的差异小于第二阈值；和
对于第一滤波器的通带(806)内的频率，第一相位传递函数(802)和第二相位传递函数(804)之间的差异与180度之间的偏移小于第三阈值。
4.根据权利要求1所述的放大电路(100)，其特征在于，还包括匹配电路(118)，所述匹配电路(118)串联连接在低噪声放大器(110)的第一和第二差分输入端(112，114)与第一滤波器(102)的第一和第二差分输出端(106，108)之间。
5.根据权利要求4所述的放大电路(100)，其特征在于，匹配电路包括低通匹配电路(118)。
6.根据权利要求4所述的放大电路(400)，其特征在于，匹配电路包括高通匹配电路(418)。
7.根据权利要求6所述的放大电路(400)，其特征在于，高通匹配电路(418)包括：
串联在低噪声放大器(410)的第一差分输入端(412)和第一滤波器(402)的第一差分输出端(406)之间的第一电容器(426)；
串联在低噪声放大器(410)的第二差分输入端(414)和第一滤波器(402)的第二差分输出端(408)之间的第二电容器(428)；和
连接在低噪声放大器(410)的第一差分输入端(412)和低噪声放大器(410)的第二差分输入端(414)之间的电感(430)或者连接在低噪声放大器(410)的第一差分输入端(412)和低噪声放大器(410)的第二差分输入端(414)之间的陷波滤波器。
8.根据权利要求7所述的放大电路(400)，其特征在于，第一电容器(426)和第二电容器(428)包含集成电容器。
9.根据权利要求8所述的放大电路(400)，其特征在于，第一电容器(426)、第二电容器(428)和第一滤波器(402在单个集成电路中提供。
10.根据权利要求1所述的放大电路(100)，其特征在于，第一滤波器(102)的输入端(104)包括单端输入端。
11.根据权利要求1所述的放大电路(100)，其特征在于，低噪声放大器(110)的输出端(116)包括单端输出端。
12.根据权利要求11所述的放大电路(200)，其特征在于，还包括第二滤波器(224)，所述第二滤波器(224)包括：
单端输入端(226)，所述单端输入端(226)被连接到低噪声放大器(210)的单端输出端(216)；和
输出端(228)，所述输出端(228)用于提供过滤后的放大的输出信号。
13.根据权利要求1所述的放大电路(300)，其特征在于，低噪声放大器的输出端包括第一差分输出端(316)和第二差分输出端(317)。
14.根据权利要求13所述的放大电路(300)，其特征在于，还包括第二滤波器(324)，所述第二滤波器(324)包括：
第一差分输入端，所述第一差分输入端被连接到低噪声放大器(310)的第一差分输出端(316)；
第二差分输入端，所述第二差分输入端被连接到低噪声放大器(310)的第二差分输出端(317)；和
输出端，所述输出端用于提供过滤后的放大的输出信号。
其中，第二滤波器对于在其通带内的频率执行差模操作和对于在其通带外的频率执行共模操作。
15.一种全球定位系统接收机电路(600)，其特征在于，包括：
天线(634)；
第一滤波器(602)，所述第一滤波器(602)包括：
连接到天线(634)的输入端，所述输入端用于接收输入信号；
第一差分输出端；和
第二差分输出端；
其中，第一滤波器对于在其通带内的频率执行差模操作和对于在其通带外的频率执行共模操作；和
低噪声放大器(610)，所述低噪声放大器(610)包括：
第一差分输入端，所述第一差分输入端连接到第一滤波器(602)的第一差分输出端；
第二差分输入端，所述第二差分输入端连接到第一滤波器(602)的第二差分输出端；和
输出端，所述输出端用于提供放大的输出信号；和
全球定位系统接收机元件(636)，包括输入端，所述输入端被连接到低噪声放大器(610)的输出端。
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