CN108736835B - 一种多频带低功耗低噪声放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多频带低功耗低噪声放大器，覆盖频率范围为1.7GHz～2.5GHz。其主体结构为可重构的调谐式窄带结构，主要包括：输入阻抗匹配调节网络、源极电感退化的共源共栅放大器、可调LC谐振负载。基本原理为通过改变负载谐振电容来调整射频前端的中心频率，以便覆盖整个工作频段，合理选择调节步长避免Q值大幅度下降。同时通过开关切换来实现输入阻抗的最优匹配。本发明采用单端输入单端输出的结构，同样的电压下要比差分结构的功耗低一半。同时由于不同频带下有着不同的匹配参数，因而在整个频率范围内噪声系数都很低。本发明能覆盖1.7GHz～2.5GHz内的任意频带，具有功耗低，噪声小，结构简单，成本低的优势。

Description

一种多频带低功耗低噪声放大器
技术领域
本发明属于射频集成电路技术领域，尤其涉及一种多频带低功耗低噪声放大器技术，。
背景技术
随着无线通信标准和通信频带的快速发展，消费电子等通讯制造商致力于在单个手持设备上集成更多的模块以实现更多的功能。这也使得单个无线射频收发机兼容尽可能多的通信标准和通信频带的需求大大增加，因而兼容多频段和多标准的射频接收机成为了国内外学术界和工业界的研究热点。但是因为不同通信模式的载频、带宽和动态范围等性能指标差别迥异，射频前端的重构性始终是多模多频接收机设计中存在的一个瓶颈。多模多标准接收机射频前端要对不同通信标准的射频信号进行放大、下变频、滤波等处理，但是在不同时间内接收到不同频率的信号，其信号强度各不相同，如果射频前端中低噪声放大器的增益等性能具有一定的可重构性，这将对于降低多模多频接收机的功耗、提高可接收信号的动态范围有很大帮助。
多频带低噪声放大器主要有两种实现方式：多个窄带低噪声放大器并联和宽带结构。前者可实现较好的噪声系数和增益，但是芯片面积和功耗较大。后者可实现多标准多频带的覆盖，但是对带外干扰的抑制地不好，会影响整个接收机的灵敏度。
综上所述，针对CMOS多频带低噪声放大器的设计，如何实现增益、功耗、面积、输入阻抗匹配、线性度及稳定性等性能的优化提高，具有非常重要的意义。
发明内容
技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种不额外增加芯片面积，覆盖1.7GHz～2.5GHz的多频带低功耗低噪声放大器。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种多频带低功耗低噪声放大器，包含输入阻抗匹配调节网络、源极电感退化的共源共栅放大器、可调LC谐振负载；
作为本发明多频带低功耗低噪声放大器的进一步优选方案，所述输入阻抗匹配调节网络包括第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、反相器(NV)、第三电阻(R3)、第六NMOS管(NM6)和第一NMOS管(NM1)；其中，控制信号CTRL通过反相器(NV)，经第三电阻(R3)来控制第六NMOS管(NM6)的导通或关断，从而控制第二电容(C2)的接入与否，改变第一NMOS管(NM1)栅极和源极之间并联的电容值来实现不同频带的输入阻抗匹配。
作为本发明多频带低功耗低噪声放大器的进一步优选方案，所述源极电感退化的共源共栅放大器包括第一NMOS管(NM1)、第二NMOS管(NM2)、第一电感(L1)和第二电感(L2)，其中，输入信号VRFIN通过第一电感(L1)从第一NMOS管(NM1)的栅极输入，第一NMOS管(NM1)的源极经过第二电感(L2)接地，第一NMOS管(NM1)的漏极接第二NMOS管(NM2)的源极，第二NMOS管(NM2)的漏极接可调LC谐振负载。
作为本发明多频带低功耗低噪声放大器的进一步优选方案，所述的可调LC谐振负载包括负载电感(LL)、固定负载电阻(CC)和电容调节阵列，其中，电容调节阵列由第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)和第三NMOS管(NM3)、第四NMOS管(NM4)、第五NMOS管(NM5)组成，电容调节阵列一端接第二NMOS管(NM2)的漏极，另一端接地。
有益效果：本发明提供的是一种多频带低功耗低噪声放大器，相比现有技术，具有以下效果：在低功耗条件下(1mW)实现了1.7GHz～2.5GHz内任一频带覆盖，电路结构简单，占用芯片面积小，由于可调谐窄带结构的抗带外干扰能力强，通过开关来控制输入阻抗的最优匹配，因此噪声系数小。
附图说明
图1为本发明的多频带低功耗低噪声放大器的电路图；
图2为本发明工作时不同频带的增益曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种多频带低功耗低噪声放大器，如图1所示，覆盖频率范围为1.7GHz～2.5GHz。其主体结构为可重构的调谐式窄带结构，主要包括：输入阻抗匹配调节网络、源极电感退化的共源共栅放大器、LC谐振负载。基本原理为通过改变负载谐振电容来调整射频前端的中心频率，以便覆盖整个工作频段，合理选择调节步长避免Q值大幅度下降。同时通过开关切换来实现输入阻抗的最优匹配。本发明采用单端输入单端输出的结构，同样的电压下要比差分结构的功耗低一半。同时由于不同频带下有着不同的匹配参数，因而在整个频率范围内噪声系数都很低。
所述输入阻抗匹配调节网络包括第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、反相器(NV)、第三电阻(R3)、第六NMOS管(NM6)和第一NMOS管(NM1)。其中控制信号CTRL通过反相器(NV)，经第三电阻(R3)来控制第六NMOS管(NM6)的导通或关断，从而控制第二电容(C2)的接入与否，最终改变第一NMOS管(NM1)栅极和源极之间并联的电容值来实现不同频带的输入阻抗匹配。
所述的源极电感退化的共源共栅放大器包括第一NMOS管(NM1)、第二NMOS管(NM2)、第一电感(L1)和第二电感(L2)。其中输入信号VRFIN通过第一电感(L1)从第一NMOS管(NM1)的栅极输入，第一NMOS管(NM1)的源极经过第二电感(L2)接地，第一NMOS管(NM1)的漏极接第二NMOS管(NM2)的源极，第二NMOS管(NM2)的漏极接可调LC谐振负载。第二电感(L2)的存在是为了实现输入阻抗的匹配和较低的噪声系数。第二NMOS管(NM2)的作用是在提供足够大增益的同时，可以抑制了第一NMOS管(NM1)栅漏极间寄生电容Cgd的密勒效应，不仅提高了稳定性，还增强了噪声性能。同时第一NMOS管(NM1)和第二NMOS管(NM2)复用一路电流，降低了功耗。
所述可调LC谐振负载包括负载电感(LL)、固定负载电阻(CC)和电容调节阵列。其中电容调节阵列由第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)和第三NMOS管(NM3)、第四NMOS管(NM4)、第五NMOS管(NM5)组成。电容调节阵列一端接第二NMOS管(NM2)的漏极，另一端接地。本发明采用的LC谐振负载几乎不消耗电压裕度，以便电路在1V低电源电压下工作，同时由于处在窄带模式，有着很强的带外抑制能力，能够减弱带外干扰信号的影响。
如图2所示，为本实例的多频带低功耗低噪声放大器的仿真结果图。图中可以看出，在负载电容阵列的开关导通或关断时，可以调节电路的工作频带，由图2可以看出，本实例的多频带低功耗低噪声放大器覆盖整个1.7GHz～2.5GHz频带，且电压增益均大于20dB,整个频带内增益波动不大。
由上述可知，本发明的创新之处主要体现在提出可重构的调谐式窄带结构，有着很强的带外抑制能力，能够减弱带外干扰信号的影响，通过改变负载谐振电容来调整射频前端的中心频率，以便覆盖整个工作频段。同时通过开关切换来实现输入阻抗的最优匹配，来降低噪声，并采用低电压工作条件和电流复用技术和单端结构来降低功耗。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种多频带低功耗低噪声放大器，覆盖频率范围为1.7GHz～2.5GHz，是一种单端输入单端输出的可重构的调谐式窄带结构， 其特征在于：由输入阻抗匹配调节网络、源极电感退化的共源共栅放大器、可调LC谐振负载三部分组成；
所述的输入阻抗匹配调节网络包括第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、反相器(NV)、第三电阻(R3)、第六NMOS管(NM6)和第一NMOS管(NM1)；其中控制信号CTRL通过反相器(NV)，经第三电阻(R3)来控制第六NMOS管(NM6)的导通或关断，从而控制第二电容(C2)的接入与否，最终改变第一NMOS管(NM1)栅极和源极之间并联的电容值来实现不同频带的输入阻抗匹配。
2.根据权利要求1所述的多频带低功耗低噪声放大器，其特征在于，所述的源极电感退化的共源共栅放大器包括第一NMOS管(NM1)、第二NMOS管(NM2)、第一电感(L1)和第二电感(L2)， 其中输入信号VRFIN通过第一电感(L1)从第一NMOS管(NM1)的栅极输入，第一NMOS管(NM1)的源极经过第二电感(L2)接地，第一NMOS管(NM1)的漏极接第二NMOS管(NM2)的源极，第二NMOS管(NM2)的漏极接可调LC谐振负载。
3.根据权利要求1所述的多频带低功耗低噪声放大器，其特征在于，所述的可调LC谐振负载包括负载电感(LL)、固定负载电阻(CC)和电容调节阵列， 其中电容调节阵列由第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)和第三NMOS管(NM3)、第四NMOS管(NM4)、第五NMOS管(NM5)组成， 电容调节阵列一端接第二NMOS管(NM2)的漏极，另一端接地。
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