CN107565912A - 一种具有干扰抑制的低噪声放大器电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有干扰抑制的低噪声放大器电路，包括低噪声放大器电路和具有干扰抑制的退化网络。低噪声放大器电路包含共源放大器。具有干扰抑制的退化网络由电感和电容组成，具有干扰抑制的退化网络的一端连接共源放大器的源级，另一端连接直流电压。具有干扰抑制的退化网络能够在特定频率产生谐振，称为“谐振频率”。谐振频率由具有干扰抑制的退化网络的电感和电容、共源放大器寄生参数共同决定。具有干扰抑制的退化网络能够在谐振频率处形成极大的阻抗，降低谐振频率处的低噪声放大器电路的增益，从而抑制谐振频率处的干扰信号。本发明能够有效抑制干扰信号，不会恶化低噪声放大器的噪声系数、增益、输入阻抗匹配，也不会增加直流功耗。

Description

一种具有干扰抑制的低噪声放大器电路

技术领域

本发明涉及一种具有干扰抑制的低噪声放大器电路，属于微电子与固体电子学的射频与模拟集成电路技术领域。

背景技术

近年来无线通信技术发展迅速，智能手机、平板电脑等便携式终端逐渐成为人们日常生活中不可或缺的工具，低功耗、高集成度的无线收发机设计变得非常重要。无线收发机中，接收机的设计往往非常关键。

接收射频小信号时，接收系统的工作频段以外(简称“带外”)干扰信号会改变射频接收系统电路的工作状态，对射频接收系统的增益、噪声、带宽、线性度等性能造成不良的影响，甚至导致接收系统无法正常工作。此外，由于射频接收系统电路本身存在非线性，位于工作频段以内(简称“带内”)的有用信号附近的干扰信号会产生再生频谱，这些再生频谱可能直接煙没临近频段内的有用信号，恶化射频接收系统的噪声和线性度等性能，降低接收机系统的灵敏度。在距离天线最近的低噪声放大器中抑制干扰信号，对减弱接收机后续各级模块电路因干扰信号产生的性能恶化，以及保证射频接收机正常工作和提升性能具有重要意义。

具有干扰抑制的低噪声放大器电路实现干扰抑制常用的方法是滤波方法或反馈抵消方法。滤波方法是在低噪声放大器电路的输入端或者输出端串联一个滤波器，滤除干扰信号。但是，输入端的滤波器在低噪声放大器的输入端引入了噪声源，将恶化低噪声放大器的噪声系数和输入阻抗匹配，输出端的滤波器将影响低噪声放大器的增益。反馈抵消方法是在利用反馈电路，将经低噪声放大器放大后的干扰信号反馈到低噪声放大器的输入端，抵消干扰信号。但是，反馈电路将恶化低噪声放大器的噪声系数、输入阻抗匹配和增益，同时有源反馈电路也将增加整体直流功耗。

文献“J.F.Chang and Y.S.Lin,"3.2-9.7GHz ultra-wideband low-noiseamplifier with excellent stop-band rejection,"in Electronics Letters,vol.48,no.1,pp.44-45,January 5 2012”采用了滤波方法实现具有干扰抑制的低噪声放大器电路，在低噪声放大器的输入端串联了一个无源滤波器，并且在输出端串联了一个有源带陷滤波器。虽然可以实现大于25dB的干扰信号抑制，但是其噪声系数较高，平均噪声系数大于6dB，并且增益较低，功率增益小于10dB。可见，该电路中，因为输入端和输出端增加了滤波器单元，引入的噪声极大地恶化了低噪声放大器的噪声性能，同时，增加的滤波器单元会带来额外的损耗，从而降低了低噪声放大器的增益。

文献“I.Kwon and D.Oh,"Blocker cancelling LNA with integrated bandpassfeedback stage,"in Electronics Letter,vol.48,no.14,pp.850-851,July 5 2012”采用了反馈抵消方法实现具有干扰抑制的低噪声放大器电路。其中反馈电路形成有源带通滤波器，滤除低噪声放大器输出的有用信号，使低噪声放大器输出的干扰信号通过，并反馈到低噪声放大器的输入端，抵消干扰信号。该电路可以实现37dB的干扰信号抑制，但是有源滤波器引入了额外的噪声，所以该电路同样具有较高的噪声系数，也增加了电路的功耗。

综合上述，传统的采用滤波方法或反馈抵消方法的具有干扰抑制的低噪声放大器电路中，增加的用于抑制干扰信号的电路单元，将恶化低噪声放大器噪声系数、增益、输入阻抗匹配等性能，并增加了直流功耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有干扰抑制的低噪声放大器电路，能够有效抑制干扰信号，不会恶化低噪声放大器的噪声系数、增益、输入阻抗匹配，也不会增加直流功耗。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种具有干扰抑制的低噪声放大器电路，包括低噪声放大器电路、具有干扰抑制的退化网络；所述低噪声放大器电路包括共源放大器，共源放大器的栅极连接低噪声放大器电路的输入端，共源放大器的漏极连接低噪声放大器电路的输出端、电源端；所述具有干扰抑制的退化网络由电感和电容组成，且具有干扰抑制的退化网络的一端连接共源放大器的源极，另一端连接直流电压端；具有干扰抑制的退化网络在特定频率下产生谐振，降低谐振频率处低噪声放大器电路的增益，从而抑制特定频率处的干扰信号，该特定频率即为干扰信号的频率。

作为本发明的一种优选方案，所述具有干扰抑制的退化网络包括第一至第二可调电容、第一至第三电感；第一电感的一端和第一可调电容的一端相接，第一电感的另一端接地，第一可调电容的另一端、第二电感的一端和第二可调电容的一端相接，且第二电感的一端和低噪声放大器电路相接，第二电感的另一端接地，第二可调电容的另一端和第三电感的一端相接，且第二可调电容的另一端和低噪声放大器电路相接，第三电感的另一端和直流电压端相接。

作为本发明的一种优选方案，所述具有干扰抑制的退化网络包括第三至第五可调电容、第四至第五电感；第三可调电容的一端、第四电感的一端均和第五可调电容的一端相接，且第五可调电容的一端和低噪声放大器电路相接，第三可调电容的另一端接地，第四电感的另一端接地，第五电感的一端、第四可调电容的一端均和第五可调电容的另一端相接，且第五可调电容的另一端和低噪声放大器电路相接，第五电感的另一端和直流电压端相接，第四可调电容的另一端接地。

作为本发明的一种优选方案，所述可调电容采用片上电容或者贴片电容，电感采用片上电感、键合线电感或者贴片电感。

作为本发明的一种优选方案，所述低噪声放大器电路包括第一共栅级晶体管、第三和第四共源级晶体管、第二和第五cascode晶体管、第一和第二偏置电阻、第六和第七电感、负载可变电容、负载中心抽头电感、第一和第二隔直电容；第一共栅级晶体管的源极连接第六电感的一端、第七电感的一端和第一隔直电容的一端，第一共栅级晶体管的栅极连接第二偏置电阻的一端和第二隔直电容的一端，第一共栅级晶体管的漏极连接第二cascode晶体管的源极；第二cascode晶体管的栅极连接电源端，第二cascode晶体管的漏极连接负载可变电容的一端、负载中心抽头电感的一端和正极输出端；第三和第四共源级晶体管的栅极均连接第一隔直电容的另一端，第三和第四共源级晶体管的漏极均连接第二隔直电容的另一端和第五cascode晶体管的源极；第五cascode晶体管的栅极连接电源端，第五cascode晶体管的漏极连接负载可变电容的另一端、负载中心抽头电感的另一端和负极输出端；第六电感的另一端连接输入端，第七电感的另一端接地，负载中心抽头电感的中心抽头端连接电源端；第一偏置电阻的一端连接第三共源级晶体管的栅极，另一端连接第一直流偏置电压；第二偏置电阻的一端连接第一共栅级晶体管的栅极，另一端连接第二直流偏置电压。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明一种具有干扰抑制的低噪声放大器电路，解决了现有技术用于抑制干扰信号的电路单元会恶化低噪声放大器的噪声系数、增益、输入阻抗匹配，增加直流功耗的问题，有效抑制干扰信号。

2、本发明一种具有干扰抑制的低噪声放大器电路，用于具有干扰抑制的接收机中，具有新颖性和通用性。

附图说明

图1是本发明一种具有干扰抑制的低噪声电路的结构框图。

图2是本发明一种具有干扰抑制的低噪声放大器电路的实施例一电路图。

图3是本发明一种具有干扰抑制的低噪声放大器电路的实施例二电路图。

图4是本发明一种具有干扰抑制的低噪声放大器的增益特性示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明为了改进传统的结构中，具有干扰抑制的电路恶化低噪声放大器的噪声系数、增益、输入阻抗匹配以及增加直流功耗的问题，利用具有干扰抑制的退化网络在干扰信号的频率点产生谐振，呈现较高阻抗；在有用信号频段，具有干扰抑制的退化网络不谐振，呈现较低阻抗；具有干扰抑制的退化网络接在共源放大器的源极，构成源极负反馈，使低噪声放大器的增益特性呈现带陷滤波器特性，在干扰信号频率形成陷波特性，在有用信号频率形成通带特性，从而在放大有用信号的同时，抑制干扰信号。

如图1所示，本发明一种具有干扰抑制的低噪声放大器电路，包括低噪声放大器电路和具有干扰抑制的退化网络。所述的低噪声放大器电路包含共源放大器。所述的具有干扰抑制的退化网络由电感和电容组成。具有干扰抑制的退化网络的一端连接低噪声放大器电路中的共源放大器的源级，另一端连接直流电压，从而等效为交流小信号到地。

具有干扰抑制的退化网络能够在特定频率产生谐振，该频率称为“谐振频率”，谐振频率的数值由具有干扰抑制的退化网络的电感和电容，以及共源放大器寄生参数共同决定。谐振频率等于干扰信号的频率。具有干扰抑制的退化网络在谐振频率处形成极大的阻抗，降低谐振频率处的低噪声放大器电路的增益，从而抑制谐振频率处的干扰信号。

具有干扰抑制的退化网络在其非谐振频率，非谐振频率包含有用信号频率，形成较小的阻抗，从而使有用信号频率处的增益较高，有用信号得到放大。本发明提出的一种具有干扰抑制的低噪声放大器电路，由于在有用信号频率，形成较小的阻抗，对低噪声放大器电路的影响很小，不会恶化低噪声放大器的噪声系数、增益、输入阻抗匹配，同时，具有干扰抑制的退化网络由电感电容构成，不增加直流功耗。

具有干扰抑制的退化网络中的电感的感值和电容的容值可调，从而其谐振频率可调，使得所述的具有干扰抑制的低噪声放大器电路可以抑制不同频率的干扰信号。

具有干扰抑制的退化网络中的电感可以采用片上电感、键合线电感或者贴片电感，具有干扰抑制的退化网络中的电容可以采用片上电容、或者贴片电容。

具有干扰抑制的低噪声放大器电路，一种具体的实施电路如图2所示，包括低噪声放大器电路和具有干扰抑制的退化网络。其中，低噪声放大器电路采用噪声抵消低噪声放大器结构，其包括共栅级晶体管M1、共源级晶体管M3和M4、cascode晶体管M2和M5、偏置电阻Rb1和Rb2、电感Lg和Ls、负载可变电容Cload、负载中心抽头电感Lload、隔直电容Cb1和Cb2；M3和M4为低噪声放大器电路中的共源放大器；M1的源级连接Lg的端口2、Ls的端口1和Cb1的端口1，M1的栅极连接Rb2的端口1和Cb2的端口1，M1的漏极连接M2的源级；M2的栅极连接电源VDD，M2的漏极连接Cload的端口1、Lload的端口1和正极输出端OUTP；M3和M4的栅极都连接Cb1的端口2，M3和M4的漏极都连接Cb2的端口2和M5的源级；M5的栅极连接电源VDD，M5的漏极连接Cload的端口2、Lload的端口2和负极输出端OUTN；Lg的端口1和输入端IN相接，Ls的端口2接地，Rb1的端口2连接直流偏置电压VBIAS1，Rb2的端口2连接直流偏置电压VBIAS2，Lload的中心抽头端口连接电源VDD。具有干扰抑制的退化网络包括可调电容C1和C2、电感L1～L3；L1的端口1和C1的端口1相接，L1的端口2接地，L2的端口1连接C1的端口2、C2的端口1和低噪声放大器电路中的M3的源级，L2的端口2接地，L3的端口1连接C2的端口2和低噪声放大器电路中的M4的源级，L3的端口2和电源VDD相接。

具有干扰抑制的低噪声放大器电路，另一种具体的实施电路如图3所示，包括低噪声放大器电路和具有干扰抑制的退化网络。其中，低噪声放大器电路采用噪声抵消低噪声放大器结构，其包括共栅级晶体管M1、共源级晶体管M3和M4、cascode晶体管M2和M5、偏置电阻Rb1和Rb2、电感Lg和Ls、负载可变电容Cload、负载中心抽头电感Lload、隔直电容Cb1和Cb2；M3和M4为低噪声放大器电路中的共源放大器；M1的源级连接Lg的端口2、Ls的端口1和Cb1的端口1，M1的栅极连接Rb2的端口1和Cb2的端口1，M1的漏极连接M2的源级；M2的栅极连接电源VDD，M2的漏极连接Cload的端口1、Lload的端口1和正极输出端OUTP；M3和M4的栅极都连接Cb1的端口2，M3和M4的漏极都连接Cb2的端口2和M5的源级；M5的栅极连接电源VDD，M5的漏极连接Cload的端口2、Lload的端口2和负极输出端OUTN；Lg的端口1和输入端IN相接，Ls的端口2接地，Rb1的端口2连接直流偏置电压VBIAS1，Rb2的端口2连接直流偏置电压VBIAS2，Lload的中心抽头端口连接电源VDD。具有干扰抑制的退化网络包括可调电容C3～C5、电感L4和L5；L4的端口1连接C3的端口1、C5的端口1和低噪声放大器电路中的M3的源级，L4的端口2接地，C3的端口2接地，L5的端口1连接C4的端口1、C5的端口2和低噪声放大器电路中的M4的源级，L5的端口2和电源VDD相接，C4的端口2接地。

如图4所示，是本发明一种具有干扰抑制的低噪声放大器的增益特性示意图。从图中可以看出，有用信号频率处的增益较高，有用信号得到放大，而干扰信号频率处的增益较低，干扰信号将被抑制。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有干扰抑制的低噪声放大器电路，其特征在于，包括低噪声放大器电路、具有干扰抑制的退化网络；所述低噪声放大器电路包括共源放大器，共源放大器的栅极连接低噪声放大器电路的输入端，共源放大器的漏极连接低噪声放大器电路的输出端、电源端；所述具有干扰抑制的退化网络由电感和电容组成，且具有干扰抑制的退化网络的一端连接共源放大器的源极，另一端连接直流电压端；具有干扰抑制的退化网络在特定频率下产生谐振，降低谐振频率处低噪声放大器电路的增益，从而抑制特定频率处的干扰信号，该特定频率即为干扰信号的频率。

2.根据权利要求1所述具有干扰抑制的低噪声放大器电路，其特征在于，所述具有干扰抑制的退化网络包括第一至第二可调电容、第一至第三电感；第一电感的一端和第一可调电容的一端相接，第一电感的另一端接地，第一可调电容的另一端、第二电感的一端和第二可调电容的一端相接，且第二电感的一端和低噪声放大器电路相接，第二电感的另一端接地，第二可调电容的另一端和第三电感的一端相接，且第二可调电容的另一端和低噪声放大器电路相接，第三电感的另一端和直流电压端相接。

3.根据权利要求1所述具有干扰抑制的低噪声放大器电路，其特征在于，所述具有干扰抑制的退化网络包括第三至第五可调电容、第四至第五电感；第三可调电容的一端、第四电感的一端均和第五可调电容的一端相接，且第五可调电容的一端和低噪声放大器电路相接，第三可调电容的另一端接地，第四电感的另一端接地，第五电感的一端、第四可调电容的一端均和第五可调电容的另一端相接，且第五可调电容的另一端和低噪声放大器电路相接，第五电感的另一端和直流电压端相接，第四可调电容的另一端接地。

4.根据权利要求2或3所述具有干扰抑制的低噪声放大器电路，其特征在于，所述可调电容采用片上电容或者贴片电容，电感采用片上电感、键合线电感或者贴片电感。

5.根据权利要求1所述具有干扰抑制的低噪声放大器电路，其特征在于，所述低噪声放大器电路包括第一共栅级晶体管、第三和第四共源级晶体管、第二和第五cascode晶体管、第一和第二偏置电阻、第六和第七电感、负载可变电容、负载中心抽头电感、第一和第二隔直电容；第一共栅级晶体管的源极连接第六电感的一端、第七电感的一端和第一隔直电容的一端，第一共栅级晶体管的栅极连接第二偏置电阻的一端和第二隔直电容的一端，第一共栅级晶体管的漏极连接第二cascode晶体管的源极；第二cascode晶体管的栅极连接电源端，第二cascode晶体管的漏极连接负载可变电容的一端、负载中心抽头电感的一端和正极输出端；第三和第四共源级晶体管的栅极均连接第一隔直电容的另一端，第三和第四共源级晶体管的漏极均连接第二隔直电容的另一端和第五cascode晶体管的源极；第五cascode晶体管的栅极连接电源端，第五cascode晶体管的漏极连接负载可变电容的另一端、负载中心抽头电感的另一端和负极输出端；第六电感的另一端连接输入端，第七电感的另一端接地，负载中心抽头电感的中心抽头端连接电源端；第一偏置电阻的一端连接第三共源级晶体管的栅极，另一端连接第一直流偏置电压；第二偏置电阻的一端连接第一共栅级晶体管的栅极，另一端连接第二直流偏置电压。