CN108336976A - 一种多频段低噪声放大器及放大方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种多频段低噪声放大器及放大方法，所述放大器包括：N个输入电路、开关电路、输出电路，其中，所述N个输入电路中的每一输入电路，用于对一个频段信号进行第一次放大，得到第一次放大信号，并将所述第一次放大信号传输到所述开关电路；所述开关电路，用于从所述N个输入电路选择一个频段信号对应的输入电路，将所述第一次放大信号输出到输出电路；所述输出电路包括放大电路和输出匹配电路，其中，所述放大电路，用于将所述第一次大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号；所述输出匹配电路，用于实现对应频带的输出阻抗匹配。

Description

一种多频段低噪声放大器及放大方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统技术的集成电路设计领域，尤其涉及一种多频段低噪声放大器及放大方法。

背景技术

随着社会经济的发展，市场上对于能够兼容不同协议标准的多频带接收终端的需求也越来越大。对于多频接收机，多频带低噪声放大器的设计至关重要。对于一般的射频低噪声放大器来说，根据不同的通信协议的频率、带宽等要求，会采用不同的电路结构，以得到最低的噪声以及最佳的性能。然而对于多频带低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)来说，需要兼顾不同频带的增益与噪声，并考虑功率以及芯片面积的制约。

现有技术中对于多频带LNA的实现，目前可以分为两种通路结构方案：

第一种是独立通路型结构：令不同频带的工作信号通过多个独立偏置的低噪声放大器进行放大，多个独立低噪声放大器直接并联，为了降低功耗，也会有采用多个开关与不同放大通路串联，控制不同通路的通断实现不同频段的切换；

第二种是共用通路型结构：令不同频率的信号共用同一条通路，通过在输入、输出端采用宽带匹配网络直接覆盖不同的工作频带；或者是在匹配网络中加入由电容L和电感C组成的谐振元件(LC谐振元件)、可调谐电容、微带线或者是变压器等实现不同工作频率下的分别匹配。

第一种独立通路型结构分别通过不同的LNA对各个频带进行低噪声放大器，需要利用到多个LNA，占用的面积大，每一个LNA都需要消耗偏置电流。如果加入开关切换工作的LNA，能够改善多个LNA同时工作带来的功耗问题，但开关通常加在各个放大器的输入匹配前，插损将直接影响到放大器的噪声系数，降低增益性能。

第二种共用通路型结构只需要采用单个LNA，减少了多路LNA带来的功耗。宽频匹配放大的方法覆盖所有需要的工作频段，但非工作频段的信号也会被同时放大，造成信号阻塞，对后级的线性度有更高的要求。多频匹配放大的方法在匹配网络中加入了可调谐或是谐振元件，只对需要的频段进行匹配和放大，但实际设计中需要对不同频段的性能进行折衷，很难同时兼顾到多个频段的增益、噪声和匹配性能。引入谐振网络容易令放大器在谐振频率点上出现增益尖峰，谐振点范围内增益曲线陡峭，难以在较宽频带上得到良好的增益平坦度。在输入匹配中引入场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor，MOS)开关，导通时的导通电阻会对电路的噪声性能带来较大恶化。

鉴于人们对多频宽带低噪声放大器的需求，如何在一个放大电路中实现对多频段宽带进行低噪放大同时兼顾放大电路面积小和良好噪声与匹配性能，将是一个有待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例为解决现有技术中存在的至少一个问题而提供一种多频段低噪声放大器及放大方法，实现了多频段信号低噪声放大的同时，对放大器的噪声性能、增益、系统功耗实现优化，并有效节省了放大器的面积，增大电路的利用率。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种多频段低噪声放大器，所述放大器包括：N个输入电路、开关电路、输出电路，其中：

所述N个输入电路中的每一输入电路，用于对一个频段信号进行第一次放大，得到第一次放大信号，并将所述第一次放大信号传输到所述开关电路；

所述开关电路，用于从所述N个输入电路选择一个频段信号对应的输入电路，将所述第一次放大信号输出到输出电路；

所述输出电路包括放大电路和输出匹配电路，其中，

所述放大电路，用于将所述第一次大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号；

所述输出匹配电路，用于实现对应频带的输出阻抗匹配。

第二方面，本发明实施例提供一种多频段低噪声的放大方法，所述方法包括：

放大器的开关电路从所述放大器的N个输入电路选择一个频段信号对应的所述放大器的输入电路；

所述输入电路对对应的频段信号进行第一次放大，得到一次放大信号；

所述开关电路将所述第一次放大信号输出到所述放大器的输出电路；

所述输出电路中的放大电路将所述第一次放大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号，并将所述第二次放大信号输出到对应的所述输出电路中的输出匹配电路；

所述输出匹配电路实现对应频带的输出阻抗匹配。

本发明实施例中，所述放大器包括：N个输入电路、开关电路、输出电路，首先，所述N个输入电路中的每一输入电路对一个频段信号进行第一次放大，得到第一次放大信号，并将所述第一次放大信号传输到所述开关电路；然后，所述开关电路从所述N个输入电路选择一个频段信号对应的输入电路，将所述第一次放大信号输出到输出电路；最后，所述输出电路中的所述放大电路将所述第一次大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号；所述输出电路中的所述输出匹配电路实现对应频带的输出阻抗匹配。如此，解决了现有技术中如何在一个放大电路中实现对多频段信号进行低噪放大同时兼顾放大电路面积小的技术问题，能够实现两个不同模式下、不同频段信号的放大，利用可重构手段，通过共用一个输出放大结构和可重构的输出匹配，有效节省了放大器的面积，增大电路的利用率。

附图说明

图1为本发明实施例多频段低噪声放大器的组成结构示意图一；

图2为本发明实施例多频段低噪声放大器的组成结构示意图二；

图3为本发明实施例多频段低噪声放大器的组成结构示意图三；

图4为本发明实施例多频段低噪声放大器的组成结构示意图四；

图5为本发明实施例多频段低噪声放大器的组成结构示意图五；

图6为本发明实施例多频段低噪声放大器的组成结构示意图六；

图7为多频带的直接并行技术实现原理图；

图8为多频带的开关切换技术实现原理图；

图9为多频带的宽带匹配放大技术实现原理图；

图10为多频带的多频匹配放大技术实现原理图；

图11为本发明实施例多频段低噪声放大器的组成结构示意图七；

图12为本发明实施例X/Ku波段放大器的电路拓扑图；

图13为本发明实施例多频段低噪声的放大方法的流程示意图一；

图14为本发明实施例多频段低噪声的放大方法的流程示意图二。

具体实施方式

实施例一

本发明实施例提供一种多频段低噪声放大器，图1为本发明实施例多频段低噪声放大器的组成结构示意图一，如图1所示，所述放大器100包括：N个输入电路101、开关电路102、输出电路103，其中：

所述N个输入电路101中的每一输入电路，用于对一个频段信号进行第一次放大，得到第一次放大信号，并将所述第一次放大信号传输到所述开关电路102，其中，N为大于等于2的整数。

这里，所述输入电路101为通过导线连接多个电子元件组成的导电回路，其中，一个输入电路对应一个频段信号，每一所述输入电路仅对对应的频段信号进行传输和放大；所述频段信号为频率在一定范围内的信号。

所述第一次放大信号为所述频段信号经对应的所述输入电路进行第一次放大后，获取的信号。

所述开关电路102，用于从所述N个频段信号通路中选择一个频段信号通路，经所述频段信号通路将所述第一次放大信号输出到输出电路103；

这里，所述开关电路102为通过导线连接的多个电子元件组成的导电回路，并具有对所述N个输入电路101的选择功能。

所述开关电路102可以形成N个频段信号通路，但在同一时刻仅能选择一个频段信号通路，使所述频段信号输出到所述输出电路103。

所述频段信号通路为通过所述开关电路102选择后，将所述输入电路101、所述开关电路102、所述输出电路103连接构成对所述频段信号进行传输和放大的导电回路。

所述输出为所述第一次放大信号经所述开关电路102连接的所述频段信号通路，传送到所述输出电路103中。

所述输出电路103，用于接收所述开关电路102传送的所述第一次放大信号。

所述开关电路102通过开关选择一个频段信号通路，使所述频段信号经所述开关电路102输送到输出电路103，除所述频段信号的其它信号接地；其中，所述开关电路102放置在所述输入电路101之后，减小了放大器中的插损对噪声系数的影响。

所述输出电路103包括放大电路104和输出匹配电路105，其中，所述放大电路104，用于将所述第一次大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号，并将所述第二次放大信号传输到所述输出匹配电路105中。

所述输出匹配电路105，用于实现对应频带的输出阻抗匹配，其中，所述输出匹配电路由开关管构成。

本发明实施例中，所述放大器包括：N个输入电路、开关电路、输出电路，首先，所述N个输入电路中的每一输入电路对一个频段信号进行第一次放大，得到第一次放大信号，并将所述第一次放大信号传输到所述开关电路；然后，所述开关电路从所述N个输入电路选择一个频段信号对应的输入电路，将所述第一次放大信号输出到输出电路；最后，所述输出电路中所述放大电路将所述第一次大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号，并将所述第二次放大信号传输到输出匹配电路。如此，解决了现有技术中如何在一个放大电路中实现对多频段信号进行低噪放大同时兼顾放大电路面积小技术问题，实现了多个频段信号能够在一个放大器中放大，通过共用一个输出放大结构和可重构的输出匹配，有效节省了放大器的面积，增大电路的利用率，同时，能够得到良好的噪声和匹配性能。

实施例二

本发明实施例提供一种多频段低噪声放大器，下面以两个频段为例进行说明，即N＝2，此时，该放大器包括两个输入电路。图2为本发明实施例多频段低噪声放大器的组成结构示意图二，如图2所示，所述放大器200包括：两个输入电路201和202、开关电路203、输出电路204，其中：

所述两个输入电路的201和202，用于将两个频段信号分别进行第一次放大，得到两个第一次放大信号，并将所述两个第一次放大信号传输到所述开关电路203；

所述开关电路203，用于从所述两个频段信号通路中选择一个频段信号通路，经所述频段信号通路将一个第一次放大信号输出到输出电路204；

这里，所述开关电路203可以形成两个频段信号通路，但在同一时刻仅能选择一个频段信号通路，使所述一个第一次放大信号输出到所述输出电路204。

所述频段信号通路为通过所述开关电路选择连接，使一个输入电路与开关电路连接，并仅将所述一个第一放大信号经所述开关电路输出到所述输出电路。

所述输出电路204，用于接收所述开关电路203传送的所述第一次放大信号。

所述开关电路通过开关选择一个频段信号通路，使所述一个第一次放大信号经所述开关电路输送到输出电路，另一个第一次放大信号接地；其中，所述开关电路放置在所述输入电路之后，减小了放大器中的插损对噪声系数的影响。

所述输出电路204包括放大电路205和输出匹配电路206，其中，所述放大电路205，用于将所述一个第一次大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号，并将所述第二次放大信号传输到所述输出匹配电路206。

所述输出匹配电路206，用于实现对应频带的输出阻抗匹配。

这里，所述输出匹配电路206由开关管构成，所述开关管根据控制电源产生的对应控制信号，对对应频带进行输出阻抗匹配。

本发明实施例中，所述放大器包括：两个输入电路、开关电路、输出电路，首先，所述两个输入电路分别对两个频段信号进行第一次放大，得到两个第一次放大信号，并将所述两个第一次放大信号传输到所述开关电路；然后，所述开关电路从所述两个输入电路选择一个第一次放大信号对应的输入电路，将所述一个第一次放大信号输出到输出电路；最后，所述输出电路中所述放大电路将所述一个第一次大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号，并将所述第二次放大信号传输到输出匹配电路。如此，实现了两个频段信号能在一个放大器中放大，通过共用一个输出放大结构和可重构的输出匹配，有效节省了放大器的面积，增大电路的利用率。

实施例三

本发明实施例提供一种多频段低噪声放大器，下面以三个频段为例进行说明，即N＝3，此时，该放大器包括三个输入电路。图3为本发明实施例多频段低噪声放大器的组成结构示意图三，如图3所示，所述方法器300包括：三个输入电路301至303、开关电路304、输出电路305，其中：

所述三个输入电路的301至303，用于三个频段信号分别进行第一次放大，得到三个第一次放大信号，并将所述三个第一次放大信号传输到所述开关电路；

所述开关电路304，用于从所述三个频段信号通路中选择一个频段信号通路，经所述频段信号通路将一个第一次放大信号输出到输出电路305；

这里，所述开关电路可以形成三个频段信号通路，但在同一时刻仅能选择一个频段信号通路，使所述一个第一次放大信号输出到所述输出电路。

所述频段信号通路为通过所述开关电路选择连接，使一个输入电路与开关电路连接，并仅将所述一个第一放大信号经所述开关电路输出到所述输出电路。

所述输出电路305，用于接收所述开关电路304传送的所述一个第一次放大信号。

所述开关电路304通过开关选择一个频段信号通路，使所述一个第一次放大信号经所述开关电路输送到输出电路305，其它两个第一次放大信号接地；其中，所述开关电路放置在所述输入电路之后，减小了放大器中的插损对噪声系数的影响。

所述输出电路305包括放大电路306和输出匹配电路307，其中，所述放大电路，用于将所述一个第一次大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号，并将所述第二次放大信号传输到所述输出匹配电路中。

所述输出匹配电路307，用于实现对应频带的输出阻抗匹配，其中，所述输出匹配电路由开关管构成。

本发明实施例中，所述放大器包括：三个输入电路、开关电路、输出电路，首先，所述三个输入电路分别对三个频段信号进行第一次放大，得到三个第一次放大信号，并将所述三个第一次放大信号传输到所述开关电路；然后，所述开关电路从所述两个输入电路选择一个第一次放大信号对应的输入电路，将所述一个第一次放大信号输出到输出电路；最后，所述输出电路中所述放大电路将所述一个第一次大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号，并将所述第二次放大信号传输到输出匹配电路。如此，实现了三个频段信号能在一个放大器中放大，通过共用一个输出放大结构和可重构的输出匹配，有效节省了放大器的面积，增大电路的利用率。

实施例四

本发明实施例提供一种多频段低噪声放大器，图4为本发明实施例多频段低噪声放大器的组成结构示意图四，如图4所示，所述放大器400包括：N个输入电路401、开关电路402、输出电路403，其中：

每一所述N个输入电路401包括输入匹配电路404、共源晶体管405和级间匹配电路406；

所述输入匹配电路404，用于对对应的频段信号进行输入电阻匹配和噪声匹配，再输出到对应的共源晶体管405；

所述输入匹配电路404为使负载阻抗和源阻抗共轭匹配从而获得最大的功率传输，并是馈线上功率损耗最小，在负载和源之间插入的一个电路。

这里，所述输入匹配电路404，可以实现输入阻抗的50欧姆和最佳噪声匹配。

所述共源晶体管405是一种固体半导体器件，具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。

所述共源晶体管405，用于将所述对应的频段信号进行第一次放大，得到第一次放大信号，并将所述第一次放大信号传输到所述开关电路402，其中，所述共源晶体管405为在所述输入电路401中采用共源的连接方式的晶体管，具有放大的功能。

所述级间匹配电路406，用于减少第一次放大信号在所述开关电路402与所述共源晶体管405之间，在频段内的阻抗失配。

这里，所述阻抗失配为在所述传输线的输入端(即，所述开关电路)或者在输出端(即，所述放大电路)，信号内阻与所接传输线的特性阻抗大小不相等或者相位不相同，或传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小不相等或者相位不相同的匹配状态。

所述开关电路402，用于从所述N个输入电路401中选择一个频段信号对应的输入电路，将所述第一次放大信号输出到输出电路403；其中，所述开关电路402可以与所述N个输入电路分别连接，分别形成N个不同频段信号通路；所述开关电路402进行选择后将连接的输入电路中的所述第一次放大信号进行传输。

所述输出电路403包括放大电路407、输出匹配电路408。

所述放大电路407，包括共源晶体管和共栅晶体管；其中，

所述共源晶体管，用于连接所述开关电路和所述共栅晶体管；

所述共栅晶体管，用于隔离所述输出电路对所述N个输入电路的影响，其中，所述共源晶体管与所述共栅晶体管构成共源共栅晶体管对所述第一次放大信号进行第二次放大。

所述共栅晶体管为在电路中采用共栅接法的晶体管；

所述共源共栅晶体管为所述共源接法的晶体管与所述共栅接法的晶体管连接，形成共源共栅连接方法，使得多个晶体管具有级联放大作用。

所述输出匹配电路408，用于将所述第二次放大信号进行输出匹配，并将所述匹配信号输出。

本发明实施例中，通过对所述输入匹配电路、所述级间匹配网络、所述开关电路、所述共源共栅晶体管和所述输出匹配电路的设计，使得所述频段信号先经所述输入匹配电路进行输入阻抗的匹配和噪声的匹配，在两次放大之后经所述输出匹配电路进行输出匹配获得高的增益。如此，实现了多频段信号的放大、简单的电路设计，节省了放大器的面积，增大电路的利用率，多个输入电路能针对不同频段的信号设计出最优的噪声匹配和输入阻抗的匹配，使得不同频段信号具有最佳噪声匹配和阻抗匹配，多次放大和输出匹配后的信号增益明显提高，这样，放大器在具有多频段低噪声放大功能的同时，对放大器的噪声性能、增益、系统功耗实现优化，同时，有效地解决了由于开关带来的放大器噪声性能恶化问题，实现了不同频段放大通路之间的高隔离度，有效降低有用信号的泄露以及非工作频段信号的干扰，并减少其他多频模块对有用信号的性能影响。

实施例五

本发明实施例提供一种多频段低噪声放大器，下面以两个频段为例进行说明，即N＝2，此时，该放大器包括两个输入电路，两个输入匹配电路。图5为本发明实施例多频段低噪声放大器的组成结构示意图五，如图5所示，所述放大器50包括：两个输入电路51和52、开关电路53、输出电路54，其中，

所述输入电路51包括输入匹配电路511、共源晶体管512和级间匹配电路513；

所述输入电路52包括输入匹配电路521、共源晶体管522和级间匹配电路523；

所述输入匹配电路511、521，用于对对应的频段信号进行输入电阻匹配和噪声匹配，再输出到对应的共源晶体管；

所述共源晶体管512和522，用于分别将所述对应的频段信号进行第一次放大，得到第一次放大信号，并将所述第一次放大信号分别传输到所述级间匹配电路513、523，其中，所述共源晶体管为在所述输入电路中采用共源的连接方式的晶体管，具有放大的功能。

所述级间匹配电路513和523，用于减少第一次放大信号在所述开关电路与所述共源晶体管之间，在频段内的阻抗失配，并分别将第一次放大信号传输到所述开关电路53。

所述开关电路53，用于从所述两个输入电路选择一个频段信号对应的输入电路，将所述第一次放大信号输出到输出电路；其中，所述开关电路可以与所述连个输入电路分别连接，分别形成两个不同频段信号通路。

所述输出电路54包括放大电路541、输出匹配电路542；

所述放大电路541，包括共源晶体管和共栅晶体管，其中，

所述共源晶体管，用于连接所述开关电路和所述共栅晶体管；

所述共栅晶体管，用于隔离所述输出电路对所述N个输入电路的影响，其中，所述共源晶体管与所述共栅晶体管构成共源共栅晶体管对所述第一次放大信号进行第二次放大。

所述输出匹配电路542，用于将所述第二次放大信号进行输出匹配，并将所述匹配信号输出。

本发明实施例中，实现了两个频段信号的放大、简单的电路设计，节省了放大器的面积，增大电路的利用率，两个输入电路能针对不同频段的宽带设计出最优的噪声匹配和输入阻抗的匹配，使得不同频段信号具有最佳噪声匹配和输入匹配，多次放大和输出匹配后的信号增益明显提高，这样，放大器在具有多频段低噪声放大功能的同时，对放大器的噪声性能、增益、系统功耗实现优化。

实施例六

本发明实施例提供一种多频段低噪声放大器，下面以三个频段为例进行说明，即N＝3，此时，该放大器包括三个输入电路，三个输入匹配电路。图6为本发明实施例多频段低噪声放大器的组成结构示意图六，如图6所示，所述放大器60包括：三个输入电路61至63、开关电路64和输出电路65，其中：

所述输入电路61包括输入匹配电路611、共源晶体管612和级间匹配电路613；

所述输入电路62包括输入匹配电路621、共源晶体管622和级间匹配电路623；

所述输入电路63包括输入匹配电路631、共源晶体管632和级间匹配电路633；

所述输入匹配电路611、621和631，用于对对应的频段信号进行输入电阻匹配和噪声匹配，再输出到对应的共源晶体管；

所述共源晶体管612、622和632，用于将所述对应的频段信号进行第一次放大，得到第一次放大信号，并将所述第一次放大信号传输到所述级间匹配电路，其中，所述共源晶体管为在所述输入电路中采用共源的连接方式的晶体管，具有放大的功能。

所述级间匹配电路613、623和633，用于减少第一次放大信号在所述开关电路与所述共源晶体管之间，在频段内的阻抗失配，并分别将所述第一次放大信号传输到开关电路。

所述开关电路64，用于从所述三个输入电路选择一个频段信号对应的输入电路，将所述第一次放大信号输出到输出电路；其中，所述开关电路可以与所述三个输入电路分别连接，分别形成三个不同频段信号通路。

所述输出电路65包括放大电路651、输出匹配电路652；

所述放大电路651，包括共源晶体管和共栅晶体管，其中：

所述共源晶体管，用于连接所述开关电路和所述共栅晶体管；

所述共栅晶体管，用于隔离所述输出电路对所述N个输入电路的影响，其中，所述共源晶体管与所述共栅晶体管构成共源共栅晶体管对所述第一次放大信号进行第二次放大。

所述输出匹配电路652，用于将所述第二次放大信号进行输出匹配，并将所述匹配信号输出。

本发明实施例中，实现了三个频段信号的放大、简单的电路设计，节省了放大器的面积，增大电路的利用率，多个输入电路能针对对不同频段的信号设计出最优的噪声匹配和输入阻抗的匹配，使得不同频段信号具有最佳噪声匹配和输入匹配，多次放大和输出匹配后的信号增益明显提高，这样，放大器在具有三个频段信号低噪声放大功能的同时，对放大器的噪声性能、增益、系统功耗实现优化。

实施例七

一般地，对于射频低噪声放大器来说，根据不同的通信协议的频率、带宽等要求，可以采用不同的电路结构，以得到最低的噪声以及最佳的性能。对于多频带LNA来说，需要兼顾不同频带的增益与噪声，并考虑功率以及芯片面积的制约。

多频带LNA的实现，目前可以分为两种方案，第一种方案是独立通路型结构，第二种方案是共用通路型结构。在第一种方案中，令不同频带的工作信号通过多个独立偏置的低噪声放大器进行放大；例如，在实现的过程中，可以多个独立低噪声放大器直接并联；或者，为了降低功耗，也会有采用多个开关与不同放大通路串联，从而控制不同通路的通断实现不同频段的切换。在第二种方案中，另一种是共用通路型结构，令不同频率的信号共用同一条通路；例如，在实现过程中，可以通过在输入、输出端采用宽带匹配网络直接覆盖不同的工作频带；或者，在多频匹配网络中加入LC谐振元件、可调谐电容、微带线、变压器等实现不同工作频率下的分别匹配。

在第一种方案中，多个独立低噪声放大器直接并联可以参见图7，图7中包括三个并联的放大器71、72、73，三个并联放大器分别接收不同频段信号，放大器71对应的工作频率是W1，放大器72对应的工作频率是W2，放大器73对应的工作频率是W3，三个放大器并联后，输出放大器增益随频率变化曲线74。

其中，多个开关与不同放大通路串联可以参见图8，图8中包括三个串联的放大器81、82、83，三个串联放大器分别由开关84、85、86控制并接收不同频段信号，放大器21对应的工作频率是W1，放大器82对应的工作频率是W2，放大器83对应的工作频率是W3，三个放大器串联后，输出放大器增益随频率变化曲线87。

在第二种方案中，采用宽带匹配网络直接覆盖不同的工作频带可以参见图9，图9中包括放大器91、输入端92和输出端93，所述输入端92和输出端93采用宽带匹配网络直接覆盖不同的工作频带，输入端92接收不同频段信号，放大器91将接收的不同频段信号进行放大后由输出端93输出，输出放大器增益随频率变化曲线94。

其中，在多频匹配网络中实现不同工作频率下的分别匹配可以参见图10，放大器101接收不同频段信号，在放大器101相关的多频匹配网络中加入LC谐振元件、可调谐电容、微带线、变压器等实现不同工作频率下的分别匹配，然后将放大信号进行输出，输出放大器增益随频率变化曲线12或输出放大器增益随频率变化曲线13。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面对本发明实施例提供的多频段的放大器及放大方法进行详细的说明。

本实施例中以N＝2为例进行说明，即该放大器包括两个输入电路，即X波段输入电路和Ku波段输入电路，本发明实施例提供一种多频段低噪声放大器，图11为本发明实施例多频段低噪声放大器的组成结构示意图七，如图11所示，所述放大器11包括：两个输入端111和112、两个输入匹配网络113和114、两个输入级115和116、单刀双掷开关117、输出级118、可重构的输出匹配网络119以及输出端110组成。

所述两个输入端111和112，分别接收来自天线或滤波器X和Ku波段的信号；

所述两个输入匹配网络113和114(即，输入匹配电路)，分别在X和Ku两个频段上实现输入阻抗(即，输入电阻)的50欧姆和最佳噪声匹配；

所述两个输入级115和116(即，共源晶体管所在的电路)，分别对X、Ku波段的信号进行初步放大，输入级和输入匹配网络主要以低噪声为设计目的；

所述单刀双掷开关117(即，开关电路)，放置于输入级与输出级之间，用来切换不同的信号通路。在X波段工作模式下，X波段输入级与输出级构成放大通路，X波段信号通过LNA实现低噪声放大并通过输出端输出到后级电路中，Ku波段信号被单刀双掷开关旁路到地，不对放大通路造成影响。同样，在Ku波段工作模式下，Ku波段输入级与输出级构成放大通路，Ku波段信号被放大输出，而X波段信号被旁路到地。

所述输出级118(即，输出电路中的放大电路)，在不同模式下分别对两个频段的信号再次放大，使信号获得足够的增益。

所述可重构的输出匹配网络119(即，输出电路中的输出匹配电路)在不同工作模式下，分别实现X/Ku波段输出端的50欧姆匹配，输出级和输出匹配主要以高增益为设计目的。

所述输出端110，将信号输出到后级电路。

本实施例中以N＝2为例进行说明，即该放大器包括两个输入电路，即X波段输入电路和Ku波段输入电路，图12为本发明实施例X/Ku波段的放大器的电路拓扑，如图12所示，X/Ku波段低噪声放大器电路图包括：X波段输入电路(N＝2时，两个输入电路之一)121、Ku波段输入电路122、单刀双掷开关电路123、输出级电路124、可重构的输出匹配电路125和电源Vdd1、Vdd2、Vg1、Vg2、Vg3、Vg4、Vctrl1、Vctrl2。

所述X波段的输入电路121包括输入端RFin_X、X波段的旁路电路1211、X波段的级间匹配1212、X波段的输入级1213、X波段的输入匹配电路1214；其中，X波段为8至12GHz；

所述输入端RFin_X，用于接收来自天线或滤波器X波段的信号；

所述X波段的旁路电路1211包括电容C7、C6、C5，电阻R11、R10；其中，所述电容C7、C8、C9，电阻R11、R10构成了所述X波段输入匹配与输入级电路的旁路电路，对来自电源Vdd1的高频、低频杂波实现有效滤除；

所述X波段的级间匹配电路1212包括电感L5和电容C3和电阻R3；其中，所述电感L5与所述电容C3一端接到晶体管M1的漏断，电感L5另一端与直流电源Vdd1相接，将射频信号和直流电流隔离，所述电阻R3为经晶体管M1初步放大后的信号提供偏置电阻，用于抵消直流偏置。

所述X波段的输入级1213包括晶体管M1；其中，所述共源晶体管M1作为X波段信共源放大器，对X波段的信号进行初步的放大；

所述X波段的输入匹配电路1214包括电感L1、L3、电容C1；其中，所述电感L1作为晶体管M1的源退化电感，为放大器的输入端RFin_X提供一个近似于50欧姆的实部阻抗，同时令最佳噪声系数点靠近最佳阻抗匹配点，并与电容C1、电感L3以及晶体管M1的栅源寄生电容等效为一个串联谐振网络，其谐振频率在8至12GHz以内，即令输入端的虚部阻抗接近于零，由此实现输入端RFin_X在X波段内的最佳噪声和阻抗匹配；

所述X波段的输入电路121还包括电容C11、大电阻R1；其中，所述电源Vg1为晶体管M1提供栅压，所述大电阻R1隔绝来自电源Vg1的噪声，所述电容C11作为旁路电容对电源Vg1的高频、低频杂波实现有效滤除。

所述Ku波段的输入电路122包括输入端RFin_Ku、Ku波段的旁路电路1221、Ku波段的级间匹配电路1222、Ku波段的输入级电路1223、Ku波段的输入匹配电路1224、，其中，Ku波段为12至18GHz；

所述输入端RFin_Ku，用于接收来自天线或滤波器Ku波段的信号；

所述Ku波段的旁路电路1221包括电容C10、C9、C8，电阻R13、R12；其中，所述电容C10、C9、C8，电阻R13、R12构成了所述Ku输入匹配与输入级的旁路网络，对来自电源Vdd1的高频、低频杂波实现有效滤除；

所述Ku波段的级间匹配电路1222包括电感L6和电容C4和电阻R4；其中，所述电感L6与所述电容C4一端接到晶体管M2的漏极，电感L6另一端与直流电源Vdd1相接，将射频信号和直流电流隔离，所述电阻R4为经晶体管M2初步放大后的信号提供偏置电阻，用于抵消直流偏置。

所述Ku波段的输入级电路1223包括晶体管M2；其中，所述共源晶体管M2作为Ku波段信共源放大器，对Ku频段的信号进行初步的放大；

所述Ku波段的输入匹配电路1224包括电感L2、L4、电容C2；其中，所述电感L2作为晶体管M2的源退化电感，为放大器的输入端RFin_Ku提供一个近似于50欧姆的实部阻抗，同时令最佳噪声系数点靠近最佳阻抗匹配点，并与电容C2、电感L4以及晶体管M2的栅源寄生电容等效为一个串联谐振网络，其谐振频率在12至18GHz以内，即令输入端的虚部阻抗接近于零，由此实现输入端RFin_Ku在Ku波段内的最佳噪声和阻抗匹配；

所述Ku波段的输入电路122还包括电容C12、大电阻R2；其中，所述电源Vg2为晶体管M2提供栅压，所述大电阻R2隔绝来自电源Vg2的噪声，所述电容C12作为旁路电容对电源Vg2的高频、低频杂波实现有效滤除。

所述单刀双掷开关电路123包括开关S1、S2、S3、S4，电阻R5、R6、R7、R8、R9；其中，开关管S1、S2、S3、S4共同组成一个双输入、单输出串-并结构的单刀双掷开关；开关的第一输入端连接X波段电容C3和电阻R3，第二输入段连接Ku波段电容C4和电阻R3，开关的第一输入端连接X波段晶体管M1的漏端，第二输入端连接Ku波段晶体管M2的漏端，输出端连接电容C13；开关管S1源端作为第一输入端，开关管S2源端作为第二输入端，它们的漏端相连作为开关的输出端；控制电源Vctrl1，Vctrl2通过串联电阻R7、R8分别连接S2、S1的栅端，用来控制两个开关管的通断状态；开关管S3、S4分别在开关的第一、第二输入端并联接地，S3的栅端通过电阻R5连接控制电源Vctrl2，S4的栅端通过电阻R6连接控制电源Vctrl1；开关管栅极的电阻R5、R6、R7和R8能够有效降低射频信号在开关管栅极的泄露，将射频部分和控制部分隔离；在单刀双掷开关的第一、第二输入端和输出端，偏置电阻R3，R4和R9分别并联到地；所述放大器工作在X波段模式下，开关管S1和S4导通，等效于一个小的电阻，开关管S2和S3关断，等效于一个小电容；此时，电容C4被开关管S4下拉到地，静态工作电流为零，系统仍功耗，同时，Ku波段信号也被开关管S4导通到地，并通过开关管S2进一步实现隔离，得到对Ku波段通路信号的高隔离度；放大的X波段信号通过开关管S1导通到电容C13耦合到M3的栅端，继而进行下一步的放大；所述放大器工作在Ku波段模式下，开关管S2和S3导通，开关管S1和S4关断；电容C3被开关管S3下拉到地，静态工作电流为零，X波段信号也被开关管S3导通到地，并通过开关管S1进一步实现隔离，得到对X波段通路信号的高隔离度；放大的Ku波段信号通过开关管S2导到电容C13耦合到M3的栅极，继而进行下一步的放大；

所述输出级电路124包括输出级电路的旁路电路1241、放大电路1242、电容C13、晶体管M3、M4、电容C14、大电阻R14、电容C15、电阻R15、电阻R17、R16、电容C21、C20、C19；其中，所述电容C13，用于将单刀双掷开关传送的信号耦合晶体管M3的栅极；所述M3晶体管的一端与电容C13连接，另一端与采用共栅接法晶体管M4连接构成共源共栅放大结构，对信号进一步放大；所述电源Vg3为晶体管M3提供栅压，所述大电阻R14隔绝来自电源Vg3的噪声，所述电容C14作为旁路电容对电源Vg3的高频、低频杂波实现有效滤除；所述电源Vg4为晶体管M4提供栅压，所述大电阻R15隔绝来自电源Vg4的噪声，所述电容C15作为旁路电容对电源Vg4的高频、低频杂波实现有效滤除；

所述输出级电路的旁路电路1241包括电容C20、C19、C21，电阻R17、R16；其中，所述电容C20、C19、C21，电阻R17、R16构成旁路网络，对来自电源Vdd1的高频、低频杂波实现有效滤除；

所述放大电路1242包括晶体管M3、M4；其中，晶体管M3采用共源接法漏极与采用共栅接法的晶体管M4连接，构成共源共栅级联方法结构，对初步放大的信号进行进一步放大。

所述可重构的输出匹配电路125包括X波段输入匹配电路、Ku波段输入匹配电路；其中，S5开关开启，所述X波段输入匹配电路包括电感L7、电容C16、C17，电阻R18、R21，开关管S5形成的电路等效成一个很小的电阻，电容C16和S5参与到输出匹配中，匹配的频率降低到8至12GHz，经过输出匹配网络后的信号通过输出端输出；S5关闭处于Ku波段模式，电容C16和开关S5不参与匹配，所述Ku波段输入匹配电路包括电感L7，C17，电阻R18、R21，等效于一个很小的电容，为信号提供高阻，电容C16和开关管不参与输出匹配，放大器在12至18GHz实现输出的50欧姆阻抗。

下面结合图12对所述放大器的具体工作过程进行详细描述：

所述直流电源Vdd1经过电容C7、C6、C5，电阻R11、R14以及电容C10、C9、C8，电阻R13、R12构成的旁路电路滤除杂波后，并用于给放大电路提供直流偏置；

所述直流电源Vdd2经电容C21、C210、C19，电阻R17、R16构成旁路电路滤除杂波后，并用于给放大电路提供直流偏置；

进一步地，电源Vg1、Vg2、Vg3、Vg4分别通过大电阻R1、R2、R14、R15为晶体管M1、M2、M3和M4提供栅极偏压，为晶体管设置了合适的静态偏置状态，使放大器正常工作；

进一步地，X波段信号通过射频输入端RFin_X输入到放大器中，经过电容C1，电感L1、L3和晶体管M1栅漏间寄生电容组成的输入匹配网络，在8至12GHz频带范围内实现最佳噪声和输入阻抗匹配，继而进入输入级中的放大电路；

进一步地，Ku波段信号通过射频输入端RFin_Ku输入到放大器中，经过电容C2，电感L2、L4和晶体管M2栅漏间寄生电容组成的输入匹配网络，在12至18GHz频带范围内实现最佳噪声和输入阻抗匹配，继而进入输入级中的放大电路；

进一步地，放大器的工作状态切换主要通过改变控制信号Vctr1，Vctr2实现；

当放大器工作在X波段模式下，控制信号Vctr1令开关管S2、S3处于关断状态，控制信号Vctr2令开关管S1、S4处于导通状态；此时，X波段信号采用共源接法经过晶体管M1，初步放大的信号从晶体管M1的漏端输出到电容C3，连接到单刀双掷开关的一个输入端；由于处于关断状态的开关管S3此时等效为一个容值很小的电容，而处于导通状态的开关管S1则等效为一个阻值很小的电阻，信号几乎无损耗地经过开关管S1到达晶体管M3的源极，并通过共栅放大从晶体管M3的漏极输出；与此同时，Ku波段信号采用共源接法经过晶体管M2，从晶体管M2的漏端输出到C4，连接到单刀双掷开关的另一个输入端；由于处于关断状态的开关管S2此时等效为一个容值很小的电容，而处于导通状态的开关管S4则等效为一个阻值很小的电阻，信号几乎全部被开关管S4导通到地，不再经过后级的放大和输出结构；

当放大器工作在Ku波段模式下，控制信号Vctr1令开关管S1、S4处于导通状态，控制信号Vctr2令开关管S2、S3处于关断状态；此时，由于处于关断状态的开关管S4此时等效为一个容值很小的电容，而处于导通状态的开关管S2则等效为一个阻值很小的电阻，Ku波段信号几乎无损耗地经过开关管S2到达电容C13；与此同时，由于处于关断状态的开关管S1此时等效为一个容值很小的电容，而处于导通状态的开关管S3则等效为一个阻值很小的电阻，X波段信号几乎全部被开关管S3导通到地，不再经过后级的放大和输出结构；

由此，经过所述单刀双掷开关对工作模式进行切换后，实现对应波段信号进行初步放大；

进一步地，初步放大信号从C13耦合到晶体管M3的栅极，经过晶体管M3到达晶体管M4的漏极，对初步放大信号进行级联放大得到进一步放大信号；

进一步地，进一步放大信从采用共栅接法晶体管M4到达对应波段信号的输出匹配电路，；在晶体管M4源端与地之间串联的电感L6为第二级放大电路引入负反馈，有用信号的增益受到该反馈网络的调节；经过放大后的有用信号从晶体管M4的漏端输出到，经电感L7、电容C16、C17，电阻R18、R21，开关管S5构成的输出匹配电路，大部分信号功率经放大器的输出端传送到负载。

本发明实施例中，利用多输入端分别在X和Ku波段得到最佳噪声和输入阻抗匹配效果，并将匹配后连接的多个共源晶体管分别连接在单刀多掷开关的多个输入端，利用这种结构实现不同频率的工作模式切换，有效优化噪声性能。另外，利用开关设计，可以根据不同波段选择对应的输入匹配电路，实现了放大器增益提高和输出匹配电路的可选择性，优化了放大电路的性能。

实施例八

基于前述实施例提供的放大器，本发明实施例再提供一种多频段低噪声的放大方法，图13为本发明实施例多频段低噪声的放大方法的流程示意图一，如图13所示，所述方法包括以下步骤：

步骤S131：放大器的开关电路从所述放大器的N个输入电路选择一个频段信号对应的所述放大器的输入电路；

步骤S132：所述输入电路对对应的频段信号进行第一次放大，得到一次放大信号，并将所述第一次放大信号输出到开关电路；

步骤S133：所述开关电路将所述第一次放大信号输出到所述放大器的输出电路；

步骤S134：所述输出电路中的放大电路将所述第一次放大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号，并将所述第二次放大信号输出到所述输出电路的输出匹配电路中。

本发明实施例中，通过所述开关电路从N个输入电路选择一个频段信号对应的输入电路，使得仅有一个输入电路与所述开关电路连接形成所述频段信号的通路；所述第一次放大信号经所述开关电路进入所述放大电路进行第二次放大，并选择对应的输出匹配电路，其中，所述开关电路设置在第一次放大电路之后，避免了插损对放大器的噪声系数影响。如此，实现在一个放大电路中对多频段信号进行低噪放大，放大方法比较简单，通过共用一个输出放大结构和可重构的输出匹配，有效节省了放大器的面积，增大电路的利用率，提高了增益性能。

实施例九

基于前述实施例提供的放大器，本发明实施例再提供一种多频段低噪声的放大方法，图14为本发明实施例多频段低噪声的放大方法的流程示意图二，如图14所示，所述方法包括以下步骤：

步骤S141：放大器的开关电路从所述放大器的N个输入电路选择一个频段信号对应的所述放大器的输入电路；

这里，所述步骤S141在所述频段信号进入所述输入电路之前，先将所述开关电路与选择的所述输入电路形成所述频段信号通路。

所述开关电路的选择形式不受限制，可以是电压控制选择，也可以是用户控制选择，也可以是根据需求自动控制选择。

步骤S142：所述输入匹配电路对所述对应的频段信号进行输入电阻匹配和噪声匹配，再输出到对应的共源晶体管；

这里，所述输入匹配电路为所述输入电路中的部分电路；

步骤S143：所述共源晶体管连接对应的所述输入匹配电路，将所述对应的频段信号进行第一次放大，得到第一次放大信号传输到级间匹配电路；

步骤S144：所述级间匹配电路减小在所述开关电路与所述共源晶体管之间在频段内的阻抗失配，并将所述第一次放大信号传输到所述开关电路。

步骤S145：所述开关电路将所述第一次放大信号输出到放大电路；

步骤S146：所述放大电路将所述第一次放大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号，输出到输出匹配电路；

步骤S147：所述输出匹配电路将所述第二次放大信号进行输出匹配，并输出。

本发明实施例中，利用所述开关电路选择出所述输入电路，通过所述开关电路与所述输出电路连接形成放大电路，并利用所述匹配开关电路选择出所述输出匹配电路，其中，所述输入电路包括所述输入匹配电路，所述输出电路包括所述输出匹配，使得所述频段信号先经所述输入匹配电路进行输入阻抗的匹配和噪声的匹配，在两次放大之后经所述输出匹配电路进行输出匹配获得高的增益。如此，实现了多频段信号的放大、简单的电路设计，节省了放大器的面积，增大电路的利用率，多个输入电路能针对不同频段的宽带设计出最优的噪声匹配和输入阻抗的匹配，使得不同频段信号具有最佳噪声匹配和输入匹配，多次放大和输出匹配后的信号增益明显提高，这样，放大器在具有多频段低噪声放大功能的同时，对放大器的噪声性能、增益、系统功耗实现优化。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本发明的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多频段低噪声放大器，其特征在于，所述放大器包括：N个输入电路、开关电路、输出电路，其中：

所述N个输入电路中的每一输入电路，用于对一个频段信号进行第一次放大，得到第一次放大信号，并将所述第一次放大信号传输到所述开关电路；

所述开关电路，用于从所述N个输入电路选择一个频段信号对应的输入电路，将所述第一次放大信号输出到输出电路；

所述输出电路包括放大电路和输出匹配电路，其中，

所述放大电路，用于将所述第一次大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号；

所述输出匹配电路，用于实现对应频带的输出阻抗匹配。

2.根据权利要求1所述放大器，其特征在于，所述每一输入电路还包括输入匹配电路和共源晶体管，其中：

所述输入匹配电路，用于对对应的频段信号进行输入电阻匹配和噪声匹配，再输出到对应的共源晶体管；

所述共源晶体管，用于将所述对应的频段信号进行第一次放大，得到第一次放大信号，并将所述第一次放大信号传输到所述开关电路。

3.根据权利要求1所述放大器，其特征在于，所述输出匹配电路由开关管构成。

4.根据权利要求1所述放大器，其特征在于，所述输入电路还包括级间匹配电路，其中：

所述级间匹配电路，用于减少第一次放大信号在所述开关电路与所述共源晶体管之间，在频段内的阻抗失配，并将所述第一次放大信号传输到开关电路。

5.根据权利要求1所述放大器，其特征在于，所述放大电路包括共源晶体管和共栅晶体管，其中：

所述共源晶体管，用于连接所述开关电路和所述共栅晶体管；

所述共栅晶体管，用于隔离所述输出电路对所述N个输入电路的影响，其中，所述共源晶体管与所述共栅晶体管构成共源共栅晶体管对所述第一次放大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号。

6.一种多频段低噪声的放大方法，其特征在于，所述方法包括：

放大器的开关电路从所述放大器的N个输入电路选择一个频段信号对应的所述放大器的输入电路；

所述输入电路对对应的频段信号进行第一次放大，得到一次放大信号，并将所述第一次放大信号输出到开关电路；

所述开关电路将所述第一次放大信号输出到所述放大器的输出电路；

所述输出电路中的放大电路将所述第一次放大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号，并将所述第二次放大信号输出到对应的所述输出电路中的输出匹配电路；

所述输出匹配电路实现对应频带的输出阻抗匹配。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述输入电路对对应的频段信号进行第一次放大，得到一次放大信号，并将所述第一次放大信号输出到开关电路，包括：

所述输入电路的输入匹配电路对所述对应的频段信号进行输入电阻匹配和噪声匹配，再输出到对应的共源晶体管；

所述共源晶体管将所述对应的频段信号进行第一次放大，得到第一次放大信号，并将第一次放大信号输出到开关电路。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述输出匹配电路由开关管构成。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述共源晶体管将所述对应的频段信号进行第一次放大，得到第一次放大信号，并将第一次放大信号输出到开关电路之前，所述还包括：

所述级间匹配电路减小在所述开关电路与所述共源晶体管之间在频段内的阻抗失配，并将所述第一次放大信号传输到所述开关开关电路。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述放大电路包括共源晶体管与共栅晶体管构成的共源共栅晶体管，所述共源共栅晶体管对所述第一次放大信号进行第二次放大，得到第二次放大信号。