CN107453716B - 一种低噪声放大器、无线信号接收装置和无线终端 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低噪声放大器、无线信号接收装置和无线终端，所述低噪声放大器包括输出节点，所述低噪声放大器还包括第一反向放大电路、第二反向放大电路、反馈电路以及稳压电路。低噪声放大器和无线信号接收装置除了具备低成本小面积等优点之外，在同等电流消耗的情况下，具有更好的线性度、增益效果和噪声消除功能。

Description

一种低噪声放大器、无线信号接收装置和无线终端
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种低噪声放大器、无线信号接收装置和无线终端。
背景技术
随着无线技术的不断发展，人们生活中使用到了许多无线通信产品，例如900MHzGSM移动电话、1.9GHz PCS个人通信系统以及2.4GHz蓝牙通信产品等。这一切都离不开无线接收机，低噪声放大器(LNA，LowNoiseAmplifier)作为无线接收机的最前端模块，其噪声性能直接决定了整个无线接收机的噪声系数，从而影响无线接收机系统的接收灵敏度。
在恶劣的工作环境中，无线接收机接收到的信号动态范围很大，接收机很容易被强信号阻塞造成后级混频器过早陷入饱和，这样就对低噪声放大器的线性度提出了很高的要求。线性度的提高是需要以增益降低、噪声恶化、功耗增加为代价的。因此如何在高增益、低噪声、高线性度、低功耗之间进行折中是目前低噪声放大器设计面临的主要挑战。
发明内容
有鉴于此，实有必要提供一种新型的的低功耗、低噪声、高线性度的低噪声放大器、无线信号接收装置和无线终端。
一种低噪声放大器，包括输出节点，所述低噪声放大器还包括第一反向放大电路、第二反向放大电路、反馈电路以及稳压电路。
所述第一反向放大电路包括第一初级放大单元、第一次级放大单元、第一节点；所述第一初级放大单元和所述第一次级放大单元电性连接至所述第一节点，所述第一次级放大单元还电性连接至所述输出节点；所述第一初级放大单元用于接收第一交流电压信号并转换成第一电流信号并输出至所述第一节点，所述部分第一电流信号流入所述第一次级放大单元进行放大后输出至所述输出节点。
所述第二反向放大电路包括第二初级放大单元、第二次级放大单元和第二节点，所述第二初级放大单元和所述第二次级放大单元电性连接至所述第二节点，所述第二次级放大单元还电性连接至所述输出节点；所述第二初级放大单元用于接收第二交流电压信号，并转换成第二电流信号并输出至所述第二节点，所述部分第二电流信号流入所述第二次级放大单元进行放大后输出至所述输出节点。
所述反馈电路包括第三次级放大单元、第四次级放大单元、第三节点、第一电阻、反馈节点。所述第三次级放大单元电性连接至所述第一节点和所述第三节点，用于将另一部分所述第一电流信号进行放大并输出给所述第三节点。所述第四次级放大单元电性连接至所述第三节点和所述第二节点，用于将另一部分所述第二电流信号进行放大后输出给所述第三节点。
所述第一电阻电性连接于所述第三节点和所述反馈节点之间，用于在所述反馈节点产生电压反馈信号，所述反馈节点电性连接至所述第二初级放大单元，所述第二初级放大单元用于将所述电压反馈信号变换成与所述第二电流信号反相的第三电流信号。
所述稳压电路连接于所述第三节点和所述输出节点之间，用于保持第三节点和所述输出节点的电压恒定。
一种无线接收装置，包括本发明提供的低噪声放大器。
一种无线终端，包括本发明提供的低噪声放大器。
本发明的有益效果：本发明提供一种低噪声放大器、无线信号接收装置和无线终端，所述低噪声放大器中的反馈电路能够产生与输入信号相位相反的反馈电流信号，所述反馈电流信号能够与噪声电流信号进行相互抵消，使总得噪声电流减少，可以达到降低电路中的噪声信号。
附图说明
图1为本发明第一较佳实施例中低噪声放大器的结构示意图；
图2为本发明第一较佳实施例中低噪声放大器的电路结构示意图；
图3为本发明第一较佳实施例中低噪声放大器的另一种电路结构示意图；
图4为本发明第二较佳实施例中无线信号接收装置的结构示意图；
图5为本发明第三较佳实施例中无线终端的结构示意图。
具体实施方式
为阐述本发明的思想及目的，下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
请参照图1，其为本发明第一较佳实施例中低噪声放大器的结构示意图，该低噪声放大器包括输出节点F，还包括第一反向放大电路、第二反向放大电路、反馈电路以及稳压电路180。
所述第一反向放大电路包括第一初级放大单元110、第一次级放大单元120、第一节点A；所述第一初级放大单元110和所述第一次级放大单元120电性连接至所述第一节点A，所述第一次级放大单元120还电性连接至所述输出节点F；所述第一初级放大单元110用于接收第一交流电压信号并转换成第一电流信号并输出至所述第一节点A，所述部分第一电流信号流入所述第一次级放大单元120进行放大后输出至所述输出节点F；
所述第二反向放大电路包括第二初级放大单元140、第二次级放大单元130和第二节点B，所述第二初级放大单元140和所述第二次级放大单元130电性连接至所述第二节点B，所述第二次级放大单元130还电性连接至所述输出节点F；所述第二初级放大单元140用于接收第二交流电压信号，并转换成第二电流信号并输出至所述第二节点B，所述部分第二电流信号流入所述第二次级放大单元130进行放大后输出至所述输出节点F。
其中，输入信号Vin分别经过第一反向放大电路和第二反向放大电路，所述第一反向放大电路和第二反向放大电路分别对输入信号Vin进行放大并在输出节点F处合并产生未输出信号Vout，因此该结构能够提供非常可观的电压增益。
所述反馈电路包括第三次级放大单元150、第四次级放大单元160、第三节点C、第一电阻170、反馈节点D；所述第三次级放大单元150电性连接至所述第一节点A和所述第三节点C，用于将另一部分所述第一电流信号进行放大并输出给所述第三节点C；所述第四次级放大单元160电性连接至所述第三节点C和所述第二节点B，用于将另一部分所述第二电流信号进行放大后输出给所述第三节点C。
所述第一电阻170电性连接于所述第三节点C和所述反馈节点D之间，用于在所述反馈节点D产生电压反馈信号，所述反馈节点D电性连接至所述第二初级放大单元140，所述第二初级放大单元140用于将所述电压反馈信号变换成与所述第二电流信号反相的第三电流信号。
所述稳压电路180连接于所述第三节点C和所述输出节点F之间，用于保持第三节点C和所述输出节点F的电压恒定。
进一步地，第一次级放大单元120和所述第二次级放大单元130的放大比例为1∶N；所述第二次级放大单元130和所述第四次级放大单元160的放大比例为1∶N；N大于1。
进一步地，所述低噪声放大器还包括输入节点E、第一过滤单元190、第二过滤单元191，所述输入节点E接于所述第一过滤单元190和所述第二过滤单元191，所述第一过滤单元190和所述第二过滤单元191分别连接至所述第一初级放大单元110和所述第二初级放大单元140，所述输入节点E用于接收射频信号，所述第一过滤单元190和所述第二过滤单元191对所述射频信号进行隔直流处理后产生所述第一交流电压信号和所述交流电压信号。
请参照图2，其为本发明第一较佳实施例中低噪声放大器的电路结构示意图，该低噪声放大器可以是图1所示的低噪声放大器的一种具体实施方式。
此电路结构中，第一反向放大电路中的第一初级放大单元110为第一场效应晶体管MP1，第一次级放大单元120为第二场效应晶体管MN2；第二反向放大电路第二次级放大单元130为第三场效应晶体管MP3，第二初级放大单元140为第四场效应晶体管MN4。
反馈电路中的第三次级放大单元150为第五场效应晶体管MP5，第四次级放大单元160为第六场效应晶体管MN6，第一电阻170为反馈电阻Rf。
稳压电路180包括电路包括稳压电阻Rb和稳压电容Cb。
进一步地，所述第一过滤单元190为第一隔直电容Cc1，第二过滤单元191为第二隔直电容Cc2。
优选地，在第一反向放大电路和第二反向放大电路中，第一场效应晶体管MP1的漏极第二场效应晶体管MN2的源极相连接，组成一个共源共栅放大器；第三场效应晶体管MP3的漏极第四场效应晶体管MN4的源极相连接，组成一个共源共栅放大器。
当所述输入信号Vin经过输入节点E后，会被分流，形成所述第一交流电压信号和第二电压信号。
所述第一场效应晶体管MP1用于接收第一交流电压信号并转换成第一电流信号并输出至所述第一节点A。所述部分第一电流信号流入所述第二场效应晶体管MN2进行放大后输出至所述输出节点F，另一部分的第一电流信号则流向第五场效应晶体管MP5。
所述第四场效应晶体管MN4用于接收第二交流电压信号，并转换成第二电流信号并输出至所述第二节点B，所述部分第二电流信号流入所述第三场效应晶体管MP3进行放大后输出至所述输出节点F；另一部分的第二电流信号则流向第六场效应晶体管MN6。
进一步地，第一场效应晶体管MP1的栅极与第一偏置电压Vbp1连接，第二场效应晶体管MN2的栅极与第二偏置电压Vbp2连接，第三场效应晶体管MP3的栅极与第三偏置电压Vbp3连接，第四场效应晶体管MN4的源极与地连接。
根据上述电路结构，第一场效应晶体管MP1、第二场效应晶体管MN2、第三场效应晶体管MP3和第四场效应晶体管MN4共用一条电流路径，电流大小由第一偏置电压Vbp1和第一场效应晶体管MP1的尺寸大小决定。该电流结构可以避免电流的浪费，因此能实现较低的功耗。
优选地，第一场效应晶体管MP1的源极与电源连接，则电源与地之间只叠加了四个晶体管，输入信号Vin其信号传输路径中能够实现非常大的电压摆幅，接近电源到地之间的满摆幅。因此，该结构的低噪声放大器能够达到非常良好的线性度。
优选地，在反馈电路中，第五场效应晶体管MP5的栅极与第二偏置电压Vbp2连接，第六场效应晶体管MN6的栅极与第三偏置电压Vbp3连接。第五场效应晶体管MP5与第六场效应晶体管MN6都作为共栅放大器。
用于将另一部分所述第一电流信号进行放大并输出给所述第三节点C；所述第四次级放大单元160电性连接至所述第三节点C和所述第二节点B，用于将另一部分所述第二电流信号进行放大后输出给所述第三节点C；
第五场效应晶体管MP5除了用于用于将另一部分所述第一电流信号进行放大并输出给所述第三节点C；还具有电流缓冲的作用，以提高输出阻抗；第六场效应晶体管MN6除了用于将另一部分所述第二电流信号进行放大后输出给所述第三节点C。
在前述的第一反向放大电路的说明中可知，另一部分的第一电流信号则流向第五场效应晶体管MP5，另一部分的第二电流信号则流向第六场效应晶体管MN6。
其中流经第六场效应晶体管MN6的输入信号Vin经过第六场效应晶体管MN6的放大后，流经所述反馈电阻Rf，最终在反馈节点D处产生电压反馈信号。
所述第四场效应晶体管MN4用于将所述电压反馈信号变换成与所述第二电流信号反相的第三电流信号。第三电流信号与第二电流信号因为相位相反，能够进行相互抵消，使总得噪声电流减少，可以达到降低电路中的噪声信号。
进一步地，所述第二场效应晶体管MN2和所述第五场效应晶体管MP5的放大比例为1∶N；所述第四场效应晶体管MN4和所述第六场效应晶体管MN6的放大比例为1∶N；N大于1。通过调节N值，该低噪声放大器的噪声抵消效果也随之产生变化。
其中，所述第二场效应晶体管MN2和所述第五场效应晶体管MP5的尺寸比例与所述第二场效应晶体管MN2和所述第五场效应晶体管MP5的放大比例成线性关系。同样的，所述第四场效应晶体管MN4和所述第六场效应晶体管MN6的尺寸比例与所述第四场效应晶体管MN4和所述第六场效应晶体管MN6的放大比例成线性关系。因此，我们可以通过调节所述第二场效应晶体管MN2和所述第五场效应晶体管MP5的尺寸比例对所述放大比例进行控制，以使得噪声抵消的效果最好。
进一步地，所述反馈电阻Rf包括可调电阻，该低噪声放大器的电压增益可以通过调节反馈电子Rf的阻值进行调整，反馈电阻Rf的阻值越大，电压增益越大。
特别地，本实施例中的电路结构避免使用了电感等电子元器件，极大地减少了电路芯片的面积，同时也降低了生产成本。
综上所述，本发明所提供的第一较佳实施例中的电路结构不仅具有高增益、高线性度、低功耗、低成本，还具有低噪声的优点。
请参照图3，其为本发明第一较佳实施例中低噪声放大器的另一种电路结构示意图。该电路结构，在图3所示的电路结构的基础上，将图2所示的低噪声放大器电路中的场效应晶体管全部置换为双极型晶体管。相对应的，场效应晶体管中的栅极、源极和漏极分别对应双极性晶体管中的基极、发射极和集电极。
此电路结构中的，第一反向放大电路中的第一初级放大单元110为第一双极型晶体管Q1，第一次级放大单元120为第二双极型晶体管Q2；第二反向放大电路第二次级放大单元130为第三双极型晶体管Q3，第二初级放大单元140为第四双极型晶体管Q4。
反馈电路中的第三次级放大单元150为第五双极型晶体管Q5，第四次级放大单元160为第六双极型晶体管Q6，第一电阻170为反馈电阻Rf。
稳压电路180包括电路包括稳压电阻Rb和稳压电容Cb。
进一步地，所述第一过滤单元190为第一隔直电容Cc1，第二过滤单元191为第二隔直电容Cc2。
优选地，在第一反向放大电路和第二反向放大电路中，第一双极型晶体管Q1的漏极第二双极型晶体管Q2的源极相连接，组成一个共源共栅放大器；第三双极型晶体管Q3的漏极第四双极型晶体管Q4的源极相连接，组成一个共源共栅放大器。
当所述输入信号Vin经过输入节点E后，会被分流，形成所述第一交流电压信号和第二电压信号。
所述第一双极型晶体管Q1用于接收第一交流电压信号并转换成第一电流信号并输出至所述第一节点A。所述部分第一电流信号流入所述第二双极型晶体管Q2进行放大后输出至所述输出节点F，另一部分的第一电流信号则流向第五双极型晶体管Q5。
所述第四双极型晶体管Q4用于接收第二交流电压信号，并转换成第二电流信号并输出至所述第二节点B，所述部分第二电流信号流入所述第三双极型晶体管Q3进行放大后输出至所述输出节点F；另一部分的第二电流信号则流向第六双极型晶体管Q6。
在前述的第一反向放大电路的说明中可知，另一部分的第一电流信号则流向第五双极型晶体管Q5，另一部分的第二电流信号则流向第六双极型晶体管Q6。
其中流经第六双极型晶体管Q6的输入信号Vin经过第六双极型晶体管Q6的放大后，流经所述反馈电阻Rf，最终在反馈节点D处产生电压反馈信号。
所述第四双极型晶体管Q4用于将所述电压反馈信号变换成与所述第二电流信号反相的第三电流信号。第三电流信号与第二电流信号因为相位相反，能够进行相互抵消，使总得噪声电流减少，可以达到降低电路中的噪声信号。
进一步地，所述第二双极型晶体管Q2和所述第五双极型晶体管Q5的放大比例为1∶N；所述第四双极型晶体管Q4和所述第六双极型晶体管Q6的放大比例为1∶N；N大于1。通过调节N值，该低噪声放大器的噪声抵消效果也随之产生变化。
其中，所述第二双极型晶体管Q2和所述第五双极型晶体管Q5的尺寸比例与所述第二双极型晶体管Q2和所述第五双极型晶体管Q5的放大比例成线性关系。同样的，所述第四双极型晶体管Q4和所述第六双极型晶体管Q6的尺寸比例与所述第四双极型晶体管Q4和所述第六双极型晶体管Q6的放大比例成线性关系。因此，我们可以通过调节所述第二双极型晶体管Q2和所述第五双极型晶体管Q5的尺寸比例对所述放大比例进行控制，以使得噪声抵消的效果最好。
请参照图4，其为本发明第二较佳实施例中无线信号接收装置的结构示意图，所述无线接收装置410包括低噪声放大器420，用于接收并处理无线信号，将输入信号Vin降噪处理和放大处理后产生输出信号Vout。所述低噪声放大器420为本发明中提供的低噪声放大器。
请参照图5，其为本发明第三较佳实施例中无线终端的结构示意图。本实施例提供了一种无线终端，所述无线终端510用于接收或者发送无线信号，所述无线终端510包括低噪声放大器520，所述低噪声放大器520为本发明中提供的低噪声放大器。所述终端可以是无线语音收发装置，如对讲机、手机、蓝牙耳机等具有无线信号收发功能的终端。
上述实施方式只是为了说明本技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低噪声放大器，包括输出节点，其特征在于，所述低噪声放大器还包括第一反向放大电路、第二反向放大电路、反馈电路以及稳压电路，
所述第一反向放大电路包括第一初级放大单元、第一次级放大单元、第一节点；所述第一初级放大单元和所述第一次级放大单元电性连接至所述第一节点，所述第一次级放大单元还电性连接至所述输出节点；所述第一初级放大单元用于接收第一交流电压信号并转换成第一电流信号并输出至所述第一节点，部分所述第一电流信号流入所述第一次级放大单元进行放大后输出至所述输出节点；
所述第二反向放大电路包括第二初级放大单元、第二次级放大单元和第二节点，所述第二初级放大单元和所述第二次级放大单元电性连接至所述第二节点，所述第二次级放大单元还电性连接至所述输出节点；所述第二初级放大单元用于接收第二交流电压信号，并转换成第二电流信号并输出至所述第二节点，所述部分第二电流信号流入所述第二次级放大单元进行放大后输出至所述输出节点；
所述反馈电路包括第三次级放大单元、第四次级放大单元、第三节点、第一电阻、反馈节点；所述第三次级放大单元电性连接至所述第一节点和所述第三节点，用于将另一部分所述第一电流信号进行放大并输出给所述第三节点；所述第四次级放大单元电性连接至所述第三节点和所述第二节点，用于将另一部分所述第二电流信号进行放大后输出给所述第三节点；
所述第一电阻电性连接于所述第三节点和所述反馈节点之间，用于在所述反馈节点产生电压反馈信号，所述反馈节点电性连接至所述第二初级放大单元，所述第二初级放大单元用于将所述电压反馈信号变换成与所述第二电流信号反相的第三电流信号；
所述稳压电路连接于所述第三节点和所述输出节点之间，用于保持第三节点和所述输出节点的电压恒定。
2.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第一、第二初级放大单元为共源场效应晶体管、所述第一、第二、第三、第四次级放大单元为共栅场效应晶体管，所述第一次级放大单元和所述第三次级放大单元的放大比例为1：N；所述第二次级放大单元和所述第四次级放大单元的放大比例为1：N；N大于1。
3.如权利要求2所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第一初级放大单元的漏极和所述第一次级放大单元的源极电性连接至所述第一节点，所述第一次级放大单元的漏极还电性连接至所述输出节点；所述第二初级放大单元的漏极和所述第二次级放大单元的源极电性连接至所述第二节点，所述第二次级放大单元的漏极还电性连接至所述输出节点；所述第三次级放大单元的源极电性连接至所述第一节点，所述第三次级放大单元的漏极电性连接至第三节点；所述第四次级放大单元的源极电性连接至所述第二节点，所述第四次级放大单元的漏极电性连接至第三节点。
4.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第一、第二初级放大单元为共发射极双极型晶体管、所述第一、第二、第三、第四次级放大单元为共集电极双极型集体管，所述第一次级放大单元和所述第三次级放大单元的放大比例为1：N；所述第二次级放大单元和所述第四次级放大单元的放大比例为1：N；N大于1。
5.如权利要求4所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第一初级放大单元的集电极和所述第一次级放大单元的发射极电性连接至所述第一节点，所述第一次级放大单元的集电极还电性连接至所述输出节点；所述第二初级放大单元的集电极和所述第二次级放大单元的发射极电性连接至所述第二节点，所述第二次级放大单元的集电极还电性连接至所述输出节点；所述第三次级放大单元的发射极电性连接至所述第一节点，所述第三次级放大单元的集电极电性连接至第三节点；所述第四次级放大单元的发射极电性连接至所述第二节点，所述第四次级放大单元的集电极电性连接至第三节点。
6.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述稳压电路包括稳压电阻和稳压电容，所述稳压电阻与所述稳压电容并联连接在所述第三节点与所述输出节点之间。
7.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，还包括输入节点、第一过滤单元、第二过滤单元，所述输入节点接于所述第一过滤单元和所述第二过滤单元，所述第一过滤单元和所述第二过滤单元分别连接至所述第一初级放大单元和所述第二初级放大单元，所述输入节点用于接收射频信号，所述第一过滤单元和所述第二过滤单元对所述射频信号进行隔直流处理后产生所述第一交流电压信号和所述交流电压信号。
8.如权利要求1所述的低噪声放大器,其特征在于，所述第一电阻为调节电阻。
9.一种无线接收装置，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项中所述的低噪声放大器。
10.一种无线终端，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项中所述的低噪声放大器。
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