CN105375885B - 用于低噪声放大器的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
提供了用于低噪声放大器的系统和方法。根据一个实施例,电路包括耦合在输入端口和输出端口之间的第一信号路径,以及耦合在输入端口和输出端口之间与第一信号路径并联的第二信号路径。第一信号路径包括具有耦合到输入端口的输入节点的低噪声放大器(LNA),以及第二信号路径包括耦合在输入端口和输出端口之间的开关。
Description
技术领域
本公开一般而言涉及电子设备,更具体而言,涉及用于低噪声放大器的系统和方法。
背景技术
采用无线通信系统的电子设备,例如手机、GPS接收器以及Wi-Fi功能的笔记本和平板电脑,通常包括具有至模拟世界的接口的特定信号处理系统。这种接口可以包括接收传输功率并转换接收功率至模拟或数字信号的有线和无线接收器,其中可以使用模拟或数字信号处理技术解调该模拟或数字信号。典型的无线接收器架构包括放大非常小的信号的低噪声放大器(LNA),这些非常小的信号可以由天线接收并传递放大的信号至之后的放大和/或信号处理级。通过在LNA提供增益,使后续增益处理级对噪声不敏感,因而能够降低系统噪声因数。
LNA电路通常包括至少一个晶体管和输入匹配网络。输入匹配网络的目的在于对前一级,例如天线、过滤器、RF开关或其它电路提供阻抗匹配和/或噪声匹配,其中匹配网络可以由一个或多个诸如电感器和电阻器的无源器件组成。LNA实施方式可以包括输出匹配网络、偏置网络和其它电路结构。
发明内容
根据实施例,电路包括耦合在输入端口和输出端口之间的第一信号路径,以及在输入端口和输出端口之间与第一信号路径并联的第二信号路径。第一信号路径包括具有耦合到输入端口的输入节点的低噪声放大器(LNA),以及第二信号路径包括耦合在输入端口和输出端口之间的开关。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其优点,结合附图参考下述描述,其中:
图1a-1d示出了实施例LNA模块;
图2a-2b示出了实施例LNA模块的S参数图;
图3a-3b示出了实施例可调电容器以及电容值和输入代码的对应图;
图4示出了另一个实施例LNA模块;
图5示出了又一个实施例LNA模块;
图6示出了根据另一个实施例的LNA模块;
图7示出了根据又一个实施例的LNA模块;
图8示出了具有输入选择开关的一个实施例LNA模块;
图9示出了在实施例LNA模块中使用的RF选择开关;
图10示出了实施例RF系统;以及
图11示出了实施例方法的流程图。
除非另有说明,不同附图中相同的数字和符号通常指代相同的部分。所绘附图是为了清楚说明优选实施例的相关方面而不需要按比例绘制。为了更清楚地说明某些实施例,指代相同结构、材料或过程步骤的变形的字母后带有数字。
具体实施方式
下面具体描述了当前的优选实施例的制造和使用。然而,应当注意到本发明提供了许多可应用的发明构思,其可以广泛体现在各种特定上下文中。所述的具体实施例仅仅是制造和使用本发明的具体方式的说明,而不限制本发明的范围。
在特定上下文中描述关于优选实施例的本发明,用于具有至少两个信号路径的低噪声放大器(LNA)模块的系统和方法:第一信号路径使用LNA,且第二信号路径旁路LNA。例如,第一信号路径可以在RF系统中使用,在RF系统中,由天线提供低电平RF信号,且需要低噪声放大来解析低电平RF信号。例如,第二信号路径可以在RF系统中使用,在RF系统中,天线接收具有不需要LNA解析的足够高的信号电平的RF信号。
这种系统的一个示例是工作在各种信号强度环境中的移动电话。例如,当移动电话距离基站很远时,例如在乡村公路上,接收到的信号可能比较弱,可以采用具有LNA的第一信号路径来解析较弱的接收到的信号。另一方面,当移动电话与基站相邻时或者移动电话在具有多个微小区的环境下,接收到的信号可能非常强且具有不需要使用LNA接收到的足够的信噪比(SNR)。在一些情况下,该信号甚至可能足够强大以过度驱动LNA。在这些情况下,可以使用旁路LNA的第二信号路径。在一些实施例中,可以关断LNA或可以将LNA设置在低功率模式下,以节省功率。
在实施例中,不需要从电路完全移除LNA来旁路LNA。例如,在一些实施例中,由于串联开关电阻引起的衰减,没有开关直接与LNA串联耦合,以便阻止系统中的额外噪声。在这些实施例中,LNA的输入和输出可以耦合到AC地,以阻止泄漏至LNA的模块输入信号引起的失真。然而,在一些实施例中,开关可以与LNA的输出串联耦合,以便从旁路信号路径断开LNA。在各种实施例中,由于LNA的增益在串联输出开关之前,串联输出开关的噪声成分可以对系统的噪声系数有微小的影响。
在一些实施例中,为了防止从LNA的输出到LNA的输入的容性耦合,使用“T”型开关网络实施旁路开关。通过使用这种“T”型网络,可以通过减弱从LNA的输出到LNA的输入的反馈路径来提供LNA的稳定性。在一些实施例中,可以获得大于1的稳定因数。
图1a示出了根据本发明一个实施例的LNA模块100。如图所示,LNA模块具有两个信号路径:起始于输入端RFIN,通过匹配网络106和LNA电路,经过开关116到输出端RFOUT的第一信号路径;以及起始于输入端RFIN,通过旁路开关111到输出端RFOUT的第二信号路径。如图所示,旁路开关111包括串联耦合在输入端RFIN和输出端RFOUT之间的开关110和112,以及耦合在地和“T”型结构的开关110和112的中间节点之间的开关114。当旁路开关111闭合时,接通开关110和112,并关断开关114。当旁路开关111断开时,断开开关110和112,并接通开关114。在其它实施例中,使用现有技术已知的其它旁路开关结构实现旁路开关111。在一个实施例中,第一信号路径可以用于低信号条件且第二信号路径可以用于高信号条件。
在一个实施例中,通过闭合开关114和116,以及断开开关110、112、118和122,第一信号路径(包括LNA)被选择处于活动模式,如图1b所示。通过断开开关110和112,使从输入端RFIN至输出端RFOUT的旁路信号路径断开和/或处于高阻抗状态,由此阻止信号从输入端RFIN直接传导到输出端RFOUT。开关114闭合以便使开关110和开关112的寄生直通电容接地,其可能降低LNA电路108中的LNA 120的稳定性。通过闭合开关116启动第一信号路径,以允许从LNA 120的输出到输出端RFOUT的信号路径。断开开关122和118,以防止LNA 120的输入和输出接地。
在一个实施例中,第一信号路径包括匹配网络106、LNA电路108、开关116和118。匹配网络106协同可调电容130在活动模式期间提供至LNA电路108的输入的可调阻抗匹配,以及在第二信号路径有效时,在旁路模式期间,提供从输入端RFIN到输出端RFOUT的可调阻抗匹配。匹配网络106包括串联电感器126和并联电感器128。在一个实施例中,使用并联可调电容130、可选并联电感128、串联电感126和串联耦合电容124实现输入匹配。电感器126和128的每一个具有大约5nH至大约20nH之间的值。在其它实施例中,可以根据具体应用场合及规格使用现有技术已知的其它元件范围和/或其它匹配网络拓扑。LNA电路108包括LNA120、耦合电容124和分流开关122。可以使用现有技术已知的LNA架构实现LNA 120。在一个实施例中,使用双极结型晶体管实现LNA。或者,可以使用其它类型的晶体管,例如但不限于CMOS和pHEMT晶体管。
在一个实施例中,通过经由控制总线CTL提供数字控制信号至开关逻辑101,选择LNA模块100的操作模式,其中开关逻辑101控制开关110、112、114、116、118和122的状态,以及可调电容130的状态。可以使用并行数字接口和/或串行数字接口,例如SPI、IIC、RFFE或其它串行接口标准,实现控制总线CTL。在这些实施例中,开关逻辑101还可以包括适当的数字接口电路和解码逻辑,其中解码逻辑基于从控制总线CTL接收到数据设置LNA模块100上各种开关和可调元件在合适状态。在一些实施例中,可以经由信号引脚可寻址地执行模式选择,而使用数字码或其它组合可寻址地设置可调电容130。在本发明的其它实施例中,可以使用非标准数字接口。
在一个实施例中,可以在第一集成电路上实现调谐和开关网络104,以及可以在第二集成电路上实现LNA电路108,并且可以使用离散的无源元件实现匹配网络106,其所有都设置在载体基板上和/或在物理模块或封装内。在一些实施例中,可以在CMOS工艺中制造包括调谐和开关网络104的第一集成电路,而在高速双极型和/或BiCMOS过程中制造包括LNA电路108的第二集成电路。在本发明的其它实施例中,LNA模块100可能有不同的分区,以及可以在不同过程中制造各个元件。
在一个实施例中,可以使用现有技术已知的RF开关制造开关110、112、114、116、118和122,例如使用CMOS、PHEMT或其它技术制造的使用堆叠和/或串联晶体管的开关。
图1c示出了在旁路模式中的LNA模块100,在旁路模式中,LNA120是旁路的。如图所示,闭合开关110和112并断开开关114,以允许输入端RFIN和输出端RFOUT之间的信号路径。此外,包括LNA120的信号路径被去激活。在一个实施例中,通过闭合开关112使LNA120的输入接地来使LNA去激活。或者,可以使用现有技术已知的其它方法替代开关112或除了开关112只来来使LNA 120去激活或者使LNA 120失效。在所描述的实施例中,闭合开关112进一步防止LNA120通过输入端RFIN处的强RF信号激活。此外,开关122连接形成串联LC谐振回路的电感126器和耦合电容124至地。当耦合电容器124具有较大值时,使得串联LC谐振回路在RF段呈现感性阻抗。该感性阻抗有效地与电感器128并联连接,且可以在一些实施例中补偿可调电容器130的残余电容。开关118短接LNA 120的输出至地以阻止由于开路开关116的寄生电容与LNA 120的感性输出阻抗串联产生的谐振。
在一个实施例中,LNA模块100被配置为在大约700MHz至大约2.7GHz之间的频率操作,但是,在其它实施例中,LNA模块可以被配置为在该频率范围之外操作。在一些实施例中,当LNA模块100在旁路模式中时,使LNA 120关断和/或处于低功率模式。通过关断在旁路模式的LNA模块100,可以节省功率。例如,在一些实施例中,LNA 120可能消耗的电流在大约2mA至大约10mA之间。但是,在旁路模式,在一个示例中,各种开关可能消耗大约60μA,因此在旁路模式中,可以大大减少由LNA模块100消耗的电流总和。然而,应当注意的是,在其它实施例中,LNA 120可以消耗2mA至10mA范围外的电流,且模块可以消耗多于或少于60μA。
在其它实施例中,经由匹配网络106耦合开关110至输入端RFIN,如图1d所示,其示出了具有调谐和开关网络154的其它实施例LNA模块150。如图所示,开关110耦合在匹配网络106和LNA电路108之间而不是如图1a的实施例所示耦合至输入端RFIN。
图2a示出了在活动模式期间,示出输入返回损耗S11和正向传输参数S21的图形的史密斯图,在活动模式中,根据图1a所示的实施例LNA模块100选择包括LNA 120的信号路径。如图所示,S11在1.8GHz的频率处接近于被匹配,且具有S21显示在1.8GHz处大约16dB的对应增益。在一个实施例中,通过经由控制总线CTL调节可调电容130的值,可以调谐或调节该匹配的品质。
图2b示出了显示输入返回损耗S11和正向传输参数S21图形的史密斯图,在旁路模式中,取消选择包括LNA 120的信号路径,且RF信号被路由为经由开关110和112从输入端RFIN至输出节点RFOUT。如图所示,S11在1.8GHz的频率处接近于被匹配,且具有显示在1.8GHz处大约-0.8dB的对应增益的S21。在一个实施例中,通过经由控制总线CTL调节可调电容器130的值,还可以或调节该匹配的品质。在一些实施例中,可以调节可调电容130以在活动模式下具有与在旁路模式不同的值。
图3a示出了根据本发明用于实现可调电容130的实施例的可调电容器200。如图所示,可调电容器200包括开关晶体管202、204、206和208,以及电容器210、212和214。可以使用所示的NMOS晶体管或者其他设备类型,例如但不限于PMOA、双极和pHMET实现开关晶体管202、204、206和208。经由控制信号S0、S1、S2和S3以各种组合形式分别接通和关断晶体管202、204、206和208来选择可调电容器200的电容值。在一个具体实施例中,当晶体管202关断时,由其寄生电容器实现的最小电容大约是0.2pF,以及由电容器214结合可调电容200中的其它元件的各种寄生电容实现的最大电容大约为2.5pF。在一个实施例中,晶体管204具有大约为0.4pF的寄生电容,晶体管206具有大约为0.4pF的寄生电容,以及晶体管208具有大约是0.5pF的寄生电容。电容器210、212和214的值分别大约是0.4pF、0.8pF和2.4pF。应当理解的是,可调电容器200的拓扑和对应值仅仅是许多可能的实施例可调电容的示例。在本发明的其它实施例中,可以基于具体应用场合及其规格使用其它值和/或拓扑。
图3b示出了对应于图3a所示的可调电容器200的电容和电容设置的模拟曲线。每个电容设置对应于控制信号S0、S1、S2和S3的状态。例如,在实施例中,其中S3是最高有效位(MSB),且S0是最低有效位(S0),使得代码0对应于所有信号S0、S1、S2和S3为低,代码15对应所有信号S0、S1、S2和S3为高,以及代码9对应S0和S3为高以及S1和S2为低。如图所示,可调电容200的电容总值范围是在代码0处大约为0.3pF至在代码15处大约为2.5pF。代码14对应大约9pF的电容值。
图4示出了根据本发明另一个实施例的LNA模块300。LNA模块300类似于图1a所示的LNA模块100,除了LNA电路302中的开关122经由耦合电容器124耦合到LNA 120的输入节点而不是耦合到与LNA120在同一侧的耦合电容器。在一些实施例中,由于在旁路模式下耦合电容器124没有与开关122串联,替换开关122和耦合电容器124可以提高输入匹配的品质因数Q。
图5示出了根据本发明又一实施例的包括LNA模块320的LNA系统330。LNA模块320类似于LNA模块300,除了并联电感器128从匹配网络306移除,以及其它并联电感器328耦合在输出端RFOUT和地之间。在此,在活动模式中依靠可调电容器130和电感器126来提供输入匹配,以及在旁路模式中依靠可调电容器130、电感器126和电感器328来提供输入匹配。在一个实施例中,电感器328的电感值在大约5nH和大约18nH之间。或者,可以基于具体应用场合及其规则使用此范围外的电感值。
图6示出了根据本发明又一实施例的包括LNA模块340的LNA系统350。LNA模块340类似于LNA模块330,除了连接到LNA 120的输出的额外的输出端,使得并联电感器328耦合在输出端RFOUT和LNA 120的输出之间。在旁路模式期间,开关118连接电感器328的一端至地,而在活动模式中,开关116短接输出电感器328。
图7示出了根据本发明又一实施例的包括LNA模块340的LNA系统360。如图所示,额外的电感器362耦合在LNA 120的输出节点和地之间。相应地,在活动期间,开关116短接电感器328,且由LNA120使用电感器362用于输出匹配。在旁路模式期间,开关118短接输出电感器362,并使电感器328耦合在输出端RFOUT和地之间。
图8示出了根据本发明另一个实施例的LNA模块370。LNA模块374类似于图4所示的LNA模块300,除了在n个输入端子RFIN1、RFIN2、RFIN3和RFIN4至RFINn之间选择的选择开关376。在一个实施例中,由选择开关376选择的输入端子的数量n可以是数字2或者大于2的任何数字。可以使用现有技术已知的RF选择开关架构实现选择开关376。在一个实施例中,可调电容器130基于选择的输入端RFIN1、RFIN2、RFIN3和RFIN4至RFINn可以被不同的调谐。
应当理解的是,各种LNA模块的分割在其它实施例中可以具有不同的分割。例如,在一个替换实施例中,LNA模块可以包括选择开关376,但使用图5-7所示的单个串联电感器匹配网络306和/或使用LNA电路108,在LNA电路108中,开关122经由耦合电容124连接到输入端RFIN(即耦合电容器124和开关122的位置相反)。此外,实施例的不同组合可以使用图5-7所示的额外的外部匹配电感器和各种不同的匹配网络、LNA电路和选择开关。
图9示出了用于实现选择开关376的传统RF开关400。如图所示,每个并联RF开关网络402、404和406包括串联RF开关410、分流RF开关412和开关驱动器414。在操作期间,当驱动器414接通串联RF开关410并关断并联RF开关412时,形成所选择的RF路径。类似地,通过关断串联RF开关410和接通并联RF开关412取消选择RF路径。例如,在RF开关网络402中,通过激活RF开关410和去激活RF开关412选择输入RF1,而同时在RF开关网络404和406中,去激活RF开关410和激活RF开关412。类似地,在RF开关网络404中,通过激活RF开关410和去激活RF开关412选择输入RF2,而同时在RF开关网络402和406中,去激活RF开关410和激活RF开关412。
使用互相串联连接的多个晶体管420实现每个RF开关410和412。使用电阻器425偏置每个晶体管420的源极和漏极,并且每个晶体管420的栅极具有串联栅极电阻器422。如图所示,堆叠晶体管420以便承受高电压。堆叠的晶体管的数量可以根据使用的具体半导体技术和期望的工作环境改变。应当注意的是,RF开关400是可以用于实现选择开关376的许多示例选择开关中的一个。
图10示出了根据本发明一个实施例的RF系统500。如图所示,RF系统500包括经由实施例LNA模块504耦合到RF接收器506的天线502,其可以至少根据本文所描述的任何实施例实现。旁路和匹配控制器508被配置为基于来自RF接收器506或其它控制器的输入提供模式选择和可调电容选择数据至LNA模块504。例如,当RF接收器506检测到来自天线502的输入信号为高电平时,其可以命令旁路和匹配控制器508选择旁路模式。此外,508还可以选择用于各种模式中的可调电容130的合适设置,例如,为了优化天线502和RF接收器506之间的匹配。在一些实施例中,用于调节电容器130的选择设置可以存储在LNA模块504的存储器中。
图11示出了涉及LNA模块操作的实施例方法600的流程图,LNA模块包括耦合在输入端口和输出端口之间的第一信号路径,以及与第一信号路径并联耦合的第二信号路径。第一信号路径包括具有经由耦合电容耦合到输入端口的输入节点的低噪声放大器(LNA)、具有耦合到LNA的输入节点的第一负载路径端和耦合到第一参考节点的第二负载路径端的第一开关、耦合在LNA的输出节点和输出端口之间的第二开关,和耦合在LNA的输出节点和第一参考节点之间的第三开关。第二信号路径包括耦合在输入端口和第一中间节点之间的第四开关、耦合在第一中间节点和输出端口之间的第五开关,以及耦合在第一中间节点和第一参考节点之间的第六开关。
在方法的步骤602中,确定LNA模块是否工作在LNA有效的活动模式或旁路模式。如果确定LNA模块工作在活动模式,在步骤604中接通第二和第六开关,且在步骤606中关断第一、第三、第四和第五开关。另一方面。如果确定LNA模块工作在旁路模式,在步骤608中关断第二和第六开关,且在步骤610中断开第一、第三、第四和四五开关。
根据一个实施例,电路包括耦合在输入端和输出端之间的第一信号路径,以及在输入端和输出端之间与第一信号路径并联的第二信号路径。第一信号路径包括具有耦合到输入端口的输入节点的低噪声放大器(LNA)、具有耦合到LNA的输入节点的第一负载路径端和耦合到第一参考节点的第二负载路径端的第一开关。第二信号路径包括耦合在输入端口和第一中间节点之间的第二开关、耦合在第一中间节点和输出端之间的第三开关,以及耦合在第一中间节点和第一参考节点之间的第四开关。第一参考节点可以是接地节点和/或该电路可以进一步包括耦合多个输入端至输入节点的单刀多掷(SPMT)开关。
电路可以进一步包括控制电路,该控制电路被配置为通过接通第四开关和关断第一开关、第二开关和第三开关来激活第一信号路径并去激活第二信号路径使电路工作在活动模式。该控制进一步通过关断第四开关和接通第一开关、第二开关和第三开关来激活第二信号路径并去激活第一信号路径使电路工作在旁路模式。在一个实施例中,电路进一步包括耦合在LNA的输出节点和输出端口之间的第五开关和/或耦合在LNA的输出节点和第一参考节点之间的第六开关。因此,控制电路可以进一步被配置为:在活动模式中,通过接通第四开关和第五开关,并关断第一开关、第二开关、第三开关和第六开关来激活第一信号路径并去激活第二信号路径;且在旁路模式中,通过关断第四开关和第五开关,并接通第一开关、第二开关、第三开关和第六开关来激活第二信号路径并去激活第一信号路径。
在一个实施例中,耦合电容耦合在第一开关的第一负载路径端和LNA的输入节点之间。在一些实施例中,第一开关的第一负载路径端经由耦合电容耦合到输入端。
在一个实施例中,电路进一步包括耦合在输入端口和LNA的输入节点之间的匹配网络。电路进一步包括耦合到输入节点的可调电容器。可调电容器可以包括第一电容器、与第一电容器串联耦合的多个开关,以及与多个开关中的一个并联耦合的电容器。匹配网络可以包括耦合到输入端的串联电感器和/或分流电感器。在一些实施例中,电路可以包括耦合到输出端口的分流电感器和/或与第二开关并联耦合的第一电感器。还可以包括耦合在LNA的输出节点和第一参考节点之间的第二电感器。
在一个实施例中,匹配网络可以包括耦合到输入端口的输入节点,耦合到第二开关和LNA的输入节点的输出节点。或者,匹配网络可以包括耦合到输入端口和第二开关的输入节点,和耦合到LNA的输入节点的输出节点。
根据其它实施例,电路包括耦合在输入端口和输出端口之间的第一信号路径,以及与第一信号路径并联耦合的第二信号路径。第一信号路径包括具有耦合到输入端口的输入节点的低噪声放大器(LNA),以及具有耦合到LNA的输入节点的第一负载路径端的第一开关。第二信号路径包括耦合在输入端口和第一中间节点之间的第二开关、耦合在第一中间节点和输出端口之间的第三开关,以及耦合在第一中间节点和第一参考节点之间的第四开关。运行该电路的方法包括通过接通第四开关和关断第一开关、第二开关和第三开关来激活第一信号路径并无效第二信号路径使电路工作在活动模式。该方法进一步包括通过关断第四开关和接通第一开关、第二开关和第三开关来激活第二信号路径并去激活第一信号路径使电路工作在旁路模式。该方法进一步包括调节耦合到输入端的匹配网络,调节包括调整耦合到输入端的可变电容器。
在一个实施例中,该方法还可以包括多个输入节点中的一个至输入端口的路径选择,路径选择包括使用单刀多掷(SPMT)开关选择多个输入节点中的一个。该方法还可以包括根据所选择的多个输入节点中的一个调节耦合到输入端口的匹配网络。
在一个实施例中,电路进一步包括耦合在LNA的输出节点和输出端口之间的第五开关,且方法进一步包括使电路工作在活动模式进一步包括接通第五开关。使电路工作在旁路模式可以进一步包括关断第五开关。在一个实施例中,电路还可以包括耦合在LNA的输出节点和第一参考节点之间的第六开关,以及方法进一步包括使电路工作在活动模式进一步包括关断第六开关。使电路工作在旁路模式还可以包括接通第六开关。
根据一个实施例,模块包括具有放大器的低噪声放大器(LNA)集成电路,耦合在放大器的输入节点和LNA集成电路的输入端子之间的耦合电容器,以及耦合在LNA的输入节点和参考节点端的第一开关。模块还可以包括具有耦合到模块输入端的开关网络输入端子和耦合到模块输出端口的开关网络输出端子的开关网络集成电路,耦合到LNA集成电路的输出端的信号路径端子,耦合在信号路径端子和输出端子之间的第二开关,耦合在信号路径端子和参考节点端之间的第三开关,耦合在输入端子和中间节点之间的第四开关,耦合在中间端和开关网络输出端之间的第五开关,耦合在中间节点和参考节点端之间的第六开关,以及耦合在开关网络输入端子和参考节点端之间的可调电容器。模块还包括耦合在模块输入端子和LNA集成电路的输入端子之间的匹配网络。
在一个实施例中,模块还可以包括被配置为在活动模式中接通第二开关和第六开关,并关断第一开关、第三开关、第四开关和第五开关,以及在旁路模式中关断第二开关和第六开关,并接通第一开关、第三开关、第四开关和第五开关的控制电路。
模块可以进一步包括耦合在LNA集成电路的输入端子和模块的输入端子之间的匹配网络。在一个实施例中,模块输入端子包括多个模块输入端子,以及开关网络集成电路进一步包括将多个模块输入端子耦合至开关网络输入端的单刀多掷(SPMT)开关。耦合电容器可以耦合在第一开关的第一负载路径端和LNA集成电路的输入端子之间。
根据其它实施例,电路包括耦合在输入端口和输出端口之间的第一信号路径。第一信号路径包括具有耦合到输入端口的输入节点的匹配网络,具有耦合到匹配网络的输出节点的输入节点和耦合到输出端口的输出节点的低噪声放大器(LNA)。电路进一步包括在输入端口和输出端口之间与第一信号路径并联耦合的第二信号路径,并且第二信号路径包括旁路开关。
在一个实施例中,电路进一步包括被配置为在活动模式中通过关断旁路开关和去激活LNA来激活第一信号路径并去激活第二信号路径,以及在旁路模式中,通过接通旁路开关和激活LNA来激活第二信号路径并去激活第一信号路径的控制电路。
电路进一步包括耦合在LNA的输入节点和第一参考节点之间的第一开关,使得去激活LNA包括接通第一开关,以及激活LNA包括关断第一开关。
在一个实施例中,耦合电容器耦合在第一开关的第一负载路径端和LNA的输入节点之间。可替代地,第一开关的第一负载路径端经由耦合电容器耦合到输入端口。
在一个实施例中,旁路开关包括具有耦合到输入端口的第一负载路径端和耦合到中间节点的第二负载路径端的第二开关,具有耦合到中间节点的第一负载路径端和耦合到输出端的第二负载路径端的第三开关,以及耦合在中间节点和第一参考节点之间的第四开关。电路还可以包括耦合在LNA的输出节点和输出端口之间的第五开关和/或耦合在LNA的输出节点和第一参考节点之间的第六开关。在一个实施例中,去激活LNA包括关断第五开关和接通第六开关,以及激活LNA包括接通第五开关和关断第六开关。在一些实施例中,电路进一步包括耦合到输入节点的可调电容器。
根据其它实施例,第一信号路径耦合在输入端口和输出端口之间。第一信号路径包括具有耦合到输入端口的输入节点的低噪声放大器(LNA)以及耦合在LNA的输出节点和输出端口之间的第一开关。电路进一步包括在输入端口和输出端口之间与第一信号路径并联耦合的第二信号路径,使得第二信号路径包括耦合在输入端口和第一中间节点之间的第二开关、耦合在第一中间节点和输出端口之间的第三开关,以及耦合在第一中间节点和第一参考节点之间的第四开关。电路进一步包括耦合在LNA的输出节点和第一参考节点之间的第五开关。
根据其它实施例,电路包括耦合在输入端口和输出端口之间的第一信号路径。第一信号路径包括具有耦合到输入端口的输入节点的低噪声放大器(LNA),以及在输入端口和输出端口之间与第一信号路径并联耦合的第二信号路径。电路进一步包括在输入端口和输出端口之间与第一信号路径并联耦合的第二信号路径,使得第二信号路径包括耦合在输入端口和第一中间节点之间的第一开关,耦合在第一中间节点和输出端之间的第二开关,以及耦合在第一中间节点和第一参考节点之间的第三开关。电路进一步包括具有耦合到第一开关、第二开关和第三开关的控制节点的输出的逻辑电路。逻辑电路被配置为在旁路模式中接通第一开关和第二开关,并关断第三开关,以及在活动模式中关断第一开关和第二开关,并接通第三开关。
在一个实施例中,电路进一步包括耦合到逻辑电路的数字总线接口电路。数字总线接口电路被配置为基于由数字总线接口电路接收的数字控制信号确定电路工作在活动模式还是旁路模式。
一些实施例LNA模块的优点包括当输入RF信号具有高幅值时旁路LNA的能力。在这种情况下,旁路LNA可以节省电流。包括减小和/或消除寄生反馈路径的“T”型旁路开关的一些实施例的其它优点是具有保持稳定操作在活动模式时提供能够旁路LNA的电路的能力。在实施例中,没有开关与LNA的输入串联耦合,由于这些串联开关引起的衰减不降低系统的噪声特性,获得更好的噪声性能。一些实施例的其它优点包括更好的线性。
尽管参考示例性实施例描述了本发明,该描述并不意在以限制意义解释。示例性实施例以及本发明的其它实施例的各种修改和组合,通过参考描述对本领域技术人员来说是显而易见的。
Claims (58)
1.一种电路,包括:
耦合在输入端口和输出端口之间的第一信号路径,所述第一信号路径包括:
具有耦合到所述输入端口的输入节点的匹配网络;
具有耦合到所述匹配网络的输出节点的输入节点的低噪声放大器LNA,以及
具有耦合到所述LNA的所述输入节点的第一负载路径端子和耦合到第一参考节点的第二负载路径端子的第一开关;以及
耦合在所述输入端口和所述输出端口之间与所述第一信号路径并联连接的第二信号路径,所述第二信号路径包括:
耦合在所述输入端口和第一中间节点之间的第二开关,
耦合在所述第一中间节点和所述输出端口之间的第三开关,以及
耦合在所述第一中间节点和所述第一参考节点之间的第四开关,其中所述第二信号路径被配置为经由所述第二开关和所述第三开关旁路所述匹配网络、所述LNA和所述第一开关。
2.根据权利要求1所述的电路,进一步包括控制电路,所述控制电路被配置为:
在活动模式中,通过接通所述第四开关和关断所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关,来激活所述第一信号路径并使所述第二信号路径去激活;以及
在旁路模式中,通过关断所述第四开关和接通所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关,激活所述第二信号路径并使所述第一信号路径去激活。
3.根据权利要求1所述的电路,进一步包括耦合在所述LNA的输出节点和所述输出端口之间的第五开关,其中所述第二信号路径被进一步配置为旁路所述第五开关。
4.根据权利要求3所述的电路,进一步包括耦合在所述LNA的所述输出节点和所述第一参考节点之间的第六开关。
5.根据权利要求4所述的电路,进一步包括控制电路,所述控制电路被配置为:
在活动模式中,通过接通所述第四开关和所述第五开关并关断所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第六开关,来激活所述第一信号路径并使所述第二信号路径去激活;以及
在旁路模式中,通过关断所述第四开关和所述第五开关并接通所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第六开关,来激活所述第二信号路径并使所述第一信号路径去激活。
6.根据权利要求1所述的电路,其中耦合电容器耦合在所述第一开关的所述第一负载路径端子和所述LNA的所述输入节点之间。
7.根据权利要求1所述的电路,其中所述第一开关的所述第一负载路径端子通过耦合电容器耦合到所述输入端口。
8.根据权利要求1所述的电路,进一步包括耦合到所述输入节点的可调电容器。
9.根据权利要求8所述的电路,其中所述可调电容器包括:
第一电容器;
与所述第一电容器串联耦合的多个开关;以及
与所述多个开关中的一个开关并联连接的第二电容器。
10.根据权利要求1所述的电路,其中所述匹配网络包括串联电感器。
11.根据权利要求10所述的电路,其中所述匹配网络进一步包括耦合到所述输入端口的分流电感器。
12.根据权利要求10所述的电路,进一步包括耦合到所述输出端口的分流电感器。
13.根据权利要求3所述的电路,进一步包括与所述第五开关并联耦合的第一电感器。
14.根据权利要求13所述的电路,进一步包括耦合在所述LNA的所述输出节点和所述第一参考节点之间的第二电感器。
15.根据权利要求1所述的电路,其中所述第一参考节点是接地节点。
16.根据权利要求1所述的电路,进一步包括将多个输入端子耦合至所述输入端口的单刀多掷(SPMT)开关。
17.根据权利要求1所述的电路,其中当所述第一开关闭合时,在所述LNA的操作频率处,感性阻抗形成在所述LNA的所述输入节点处。
18.根据权利要求17所述的电路,其中当所述第一开关闭合时所述感性阻抗补偿所述输入端口处的电容。
19.根据权利要求18所述的电路,其中所述匹配网络包括串联电感器。
20.根据权利要求17所述的电路,进一步包括耦合到所述输入节点的可调电容器,其中所述感性阻抗在所述第一开关闭合时补偿所述可调电容器的残余电容。
21.一种操作电路的方法,所述电路包括耦合在输入端口和输出端口之间的第一信号路径以及与所述第一信号路径并联耦合的第二信号路径,所述第一信号路径包括具有耦合到所述输入端口的输入节点的低噪声放大器LNA、耦合在所述输入端口与所述LNA的输入节点之间的匹配网络以及具有耦合到所述LNA的所述输入节点的第一负载路径端子和耦合到第一参考节点的第二负载路径端子的第一开关,所述第二信号路径包括耦合在所述输入端口和第一中间节点之间的第二开关,耦合在所述第一中间节点和所述输出端口之间的第三开关,以及耦合在所述第一中间节点和所述第一参考节点之间的第四开关,所述方法包括:
使所述电路操作在活动模式包括通过接通所述第四开关和关断所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关,来激活所述第一信号路径并去激活所述第二信号路径;以及
使所述电路操作在旁路模式包括通过关断所述第四开关和接通所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关,来激活所述第二信号路径并去激活所述第一信号路径,其中所述第二信号路径在所述旁路模式中经由所述第二开关和所述第三开关旁路所述匹配网络、所述LNA和所述第一开关。
22.根据权利要求21所述的方法,进一步包括调谐耦合到所述输入端口的所述匹配网络,所述调谐包括调节耦合到所述输入端口的可变电容器。
23.根据权利要求22所述的方法,进一步包括将多个输入节点中的一个输入节点路由至所述输入端口,所述路由包括使用单刀多掷(SPMT)开关选择所述多个输入节点中的所述一个输入节点。
24.根据权利要求23所述的方法,进一步包括根据所述多个输入节点中的所选择的一个输入节点调谐耦合到所述输入端口的匹配网络。
25.根据权利要求21所述的方法,其中:
所述电路进一步包括耦合在所述输出端口和所述LNA的输出节点之间的第五开关;
使所述电路操作在所述活动模式进一步包括接通所述第五开关;以及
使所述电路操作在所述旁路模式进一步包括关断所述第五开关。
26.根据权利要求25所述的方法,其中:
所述电路进一步包括耦合在所述LNA的所述输出节点和所述第一参考节点之间的第六开关;
使所述电路操作在所述活动模式进一步包括关断所述第六开关;以及
使所述电路操作在所述旁路模式进一步包括接通所述第六开关。
27.一种低噪声放大器模块,包括:
低噪声放大器LNA集成电路,所述LNA集成电路包括放大器、耦合在所述放大器的输入节点和所述LNA集成电路的输入端子之间的耦合电容器、以及耦合在所述LNA的所述输入节点和参考节点端子之间的第一开关;
开关网络集成电路,所述开关网络集成电路包括
耦合到模块输入端子的开关网络输入端子,
耦合到模块输出端的开关网络输出端子,
耦合到所述LNA集成电路的输出端子的信号路径端子,
耦合在所述信号路径端子和所述开关网络输出端子之间的第二开关,
耦合在所述信号路径端子和所述参考节点端之间的第三开关,
耦合在所述输入端子和中间节点之间的第四开关,
耦合在所述中间节点和所述开关网络输出端子之间的第五开关,
耦合在所述中间节点和所述参考节点端之间的第六开关,以及
可调电容器,所述可调电容器耦合在所述开关网络输入端子和所述参考节点端子之间;以及
匹配网络,所述匹配网络耦合在所述模块输入端子和所述LNA集成电路的所述输入端子之间。
28.根据权利要求27所述的低噪声放大器模块,进一步包括控制电路,所述控制电路被配置为:
在活动模式中,接通所述第二开关和所述第六开关并关断所述第一开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第五开关;以及
在旁路模式中,关断所述第二开关和所述第六开关并接通所述第一开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第五开关。
29.根据权利要求27所述的低噪声放大器模块,其中:
所述模块输入端子包括多个模块输入端子;以及
所述开关网络集成电路进一步包括将所述多个模块输入端子耦合至所述开关网络输入端子的单刀多掷(SPMT)开关。
30.根据权利要求29所述的低噪声放大器模块,其中所述耦合电容器耦合在所述第一开关的第一负载路径端子和所述LNA集成电路的所述输入端子之间。
31.根据权利要求27所述的低噪声放大器模块,其中当所述第一开关闭合时,在所述LNA的操作频率处,感性阻抗形成在所述LNA的所述输入节点处。
32.根据权利要求31所述的低噪声放大器模块,其中所述匹配网络包括串联电感器。
33.根据权利要求32所述的低噪声放大器模块,其中所述感性阻抗在所述第一开关闭合时补偿所述可调电容器的残余电容。
34.根据权利要求27所述的低噪声放大器模块,其中:
所述LNA集成电路以双极工艺制造;以及
所述开关网络集成电路以CMOS工艺制造。
35.一种电路,包括:
第一信号路径,所述第一信号路径耦合在输入端口和输出端口之间,所述第一信号路径包括
匹配网络,所述匹配网络具有耦合到所述输入端口的输入节点,
低噪声放大器LNA,所述低噪声放大器具有耦合到所述匹配网络的输出节点的输入节点以及耦合到所述输出端口的输出节点,
第一开关,所述第一开关耦合在所述LNA的所述输入节点与第一参考节点之间;以及
第二信号路径,所述第二信号路径耦合在在所述匹配网络的所述输入节点和所述输出端口之间与所述第一信号路径并联,所述第二信号路径包括旁路开关,所述旁路开关被配置为旁路所述匹配网络和所述LNA。
36.根据权利要求35所述的电路,进一步包括控制电路,所述控制电路被配置为:
在活动模式中,通过关断所述旁路开关和激活所述LNA来激活所述第一信号路径并且去激活所述第二信号路径;以及
在旁路模式中,通过接通所述旁路开关和去激活所述LNA来激活所述第二信号路径并且去激活所述第一信号路径。
37.根据权利要求36所述的电路,其中去激活所述LNA包括接通所述第一开关,并且激活所述LNA包括关断所述第一开关。
38.根据权利要求37所述的电路,进一步包括耦合电容器,所述耦合电容器耦合在所述第一开关的第一负载路径端和所述LNA的所述输入节点之间。
39.根据权利要求37所述的电路,进一步包括耦合电容器,所述耦合电容器耦合在所述第一开关的第一负载路径端子与所述匹配网络和所述输入端口之间。
40.根据权利要求35所述的电路,其中所述旁路开关包括:
第二开关,所述第二开关具有耦合到所述输入端口的第一负载路径端子和耦合到中间节点的第二负载路径端子;
第三开关,所述第三开关具有耦合到所述中间节点的第一负载路径端子和耦合到所述输出端口的第二负载路径端子;以及
第四开关,所述第四开关耦合在所述中间节点和第一参考节点之间。
41.根据权利要求35所述的电路,进一步包括耦合在所述输出端口和所述LNA的输出节点之间的第五开关。
42.根据权利要求41所述的电路,进一步包括耦合在所述LNA的所述输出节点和所述第一参考节点之间的第六开关。
43.根据权利要求42所述的电路,其中去激活所述LNA包括关断所述第五开关和接通所述第六开关,以及激活所述LNA包括接通所述第五开关和关断所述第六开关。
44.根据权利要求35所述的电路,进一步包括耦合到所述匹配网络的输入节点的可调电容器。
45.根据权利要求35所述的电路,其中当所述第一开关闭合时,在所述LNA的操作频率处,感性阻抗形成在所述LNA的所述输入节点处。
46.根据权利要求45所述的电路,其中当所述第一开关闭合时所述感性阻抗补偿所述输入端口处的电容。
47.根据权利要求46所述的电路,其中所述匹配网络包括串联电感器。
48.根据权利要求46所述的电路,进一步包括耦合到所述输入节点的可调电容器,其中所述感性阻抗在所述第一开关闭合时补偿所述可调电容器的残余电容。
49.一种电路,包括:
第一信号路径,所述第一信号路径耦合在输入端口和输出端口之间,所述第一信号路径包括
低噪声放大器LNA,所述LNA具有耦合到所述输入端口的输入节点,以及
第一开关,所述第一开关耦合在所述LNA的输出节点和所述输出端口之间;以及
第二信号路径,所述第二信号路径耦合在所述输入端口和所述输出端口之间与所述第一信号路径并联,所述第二信号路径包括
第二开关,所述第二开关耦合在所述输入端口和第一中间节点之间,
第三开关,所述第三开关耦合在所述第一中间节点和所述输出端口之间,以及
第四开关,所述第四开关耦合在所述第一中间节点和第一参考节点之间,其中所述第二信号路径被配置为经由所述第二开关和所述第三开关旁路所述LNA和所述第一开关。
50.根据权利要求49所述的电路,进一步包括耦合在所述LNA的所述输出节点和第一参考节点之间的第五开关。
51.一种电路,包括:
第一信号路径,所述第一信号路径耦合在输入端口和输出端口之间,所述第一信号路径包括具有耦合到所述输入端口的输入节点的低噪声放大器LNA;
第二信号路径,所述第二信号路径耦合在所述输入端口和所述输出端口之间与所述第一信号路径并联,所述第二信号路径包括
第一开关,所述第一开关耦合在所述输入端口和第一中间节点之间,
第二开关,所述第二开关耦合在所述第一中间节点和所述输出端口之间,以及
第三开关,所述第三开关耦合在所述第一中间节点和第一参考节点之间;以及
逻辑电路,所述逻辑电路具有耦合至所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的控制节点的输出,所述逻辑电路被配置为
在旁路模式中接通所述第一开关和所述第二开关,以及关断所述第三开关,以及
在活动模式中关断所述第一开关和所述第二开关并接通所述第三开关;以及
耦合至所述逻辑电路的数字总线接口电路,所述数字总线接口电路被配置为基于由所述数字总线接口电路接收到的数字控制信号来确定所述电路是否操作在所述活动模式或者所述旁路模式中。
52.一种电路,包括:
耦合在输入端口和输出端口之间的第一信号路径,所述第一信号路径包括:
具有耦合到所述输入端口的输入节点的低噪声放大器LNA,
具有耦合到所述LNA的所述输入节点的第一负载路径端子和耦合到第一参考节点的第二负载路径端子的第一开关;以及
耦合在所述输入端口和所述输出端口之间与所述第一信号路径并联连接的第二信号路径,所述第二信号路径包括:
耦合在所述输入端口和第一中间节点之间的第二开关,
耦合在所述第一中间节点和所述输出端口之间的第三开关,以及
耦合在所述第一中间节点和所述第一参考节点之间的第四开关;以及
耦合到所述输入节点的可调电容器,其中所述可调电容器包括第一电容器、与所述第一电容器串联耦合的多个开关以及与所述多个开关中的一个开关并联连接的电容器。
53.一种电路,包括:
耦合在输入端口和输出端口之间的第一信号路径,所述第一信号路径包括:
具有耦合到所述输入端口的输入节点的低噪声放大器LNA,
具有耦合到所述LNA的所述输入节点的第一负载路径端子和耦合到第一参考节点的第二负载路径端子的第一开关;以及
耦合在所述输入端口和所述输出端口之间与所述第一信号路径并联连接的第二信号路径,所述第二信号路径包括:
耦合在所述输入端口和第一中间节点之间的第二开关,
耦合在所述第一中间节点和所述输出端口之间的第三开关,以及
耦合在所述第一中间节点和所述第一参考节点之间的第四开关;以及
将多个输入端子耦合至所述输入端口的单刀多掷(SPMT)开关。
54.一种操作电路的方法,所述电路包括耦合在输入端口和输出端口之间的第一信号路径以及与所述第一信号路径并联耦合的第二信号路径,所述第一信号路径包括具有耦合到所述输入端口的输入节点的低噪声放大器LNA,以及具有耦合到所述LNA的所述输入节点的第一负载路径端子的第一开关,所述第二信号路径包括耦合在所述输入端口和第一中间节点之间的第二开关,耦合在所述第一中间节点和所述输出端口之间的第三开关,以及耦合在所述第一中间节点和第一参考节点之间的第四开关,所述方法包括:
使所述电路操作在活动模式包括通过接通所述第四开关和关断所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关,来激活所述第一信号路径并去激活所述第二信号路径;
使所述电路操作在旁路模式包括通过关断所述第四开关和接通所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关,来激活所述第二信号路径并去激活所述第一信号路径;
调谐耦合到所述输入端口的匹配网络,所述调谐包括调节耦合到所述输入端口的可变电容器;以及
将多个输入节点中的一个输入节点路由至所述输入端口,所述路由包括使用单刀多掷(SPMT)开关选择所述多个输入节点中的所述一个输入节点。
55.根据权利要求54所述的方法,进一步包括根据所述多个输入节点中的所选择的一个来调谐耦合到所述输入端口的匹配网络。
56.一种低噪声放大器模块,包括:
低噪声放大器LNA集成电路,所述LNA集成电路包括放大器、耦合在所述放大器的输入节点和所述LNA集成电路的输入端子之间的耦合电容器、以及耦合在所述LNA的所述输入节点和参考节点端子之间的第一开关;
单刀多掷(SPMT)开关,耦合在多个模块输入端子与开关网络输入端子之间;
开关网络集成电路,所述开关网络集成电路包括
所述开关网络输入端子,
耦合到模块输出端子的开关网络输出端子,
耦合到所述LNA集成电路的输出端子的信号路径端子,
耦合在所述信号路径端子和所述开关网络输出端子之间的第二开关,
耦合在所述信号路径端子和所述参考节点端之间的第三开关,
耦合在所述输入端子和中间节点之间的第四开关,
耦合在所述中间节点和所述开关网络输出端子之间的第五开关,
耦合在所述中间节点和所述参考节点端之间的第六开关,以及
可调电容器,所述可调电容器耦合在所述开关网络输入端子和所述参考节点端子之间;以及
匹配网络,所述匹配网络耦合在所述模块输入端子和所述LNA集成电路的所述输入端子之间。
57.根据权利要求56所述的低噪声放大器模块,其中所述耦合电容器被耦合在所述第一开关的第一负载路径端子与所述LNA集成电路的所述输入端子之间。
58.根据权利要求56所述的低噪声放大器模块,其中所述SPMT开关被设置在所述开关网络集成电路上。
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