CN110719074B - 一种可调谐的宽带低噪声放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及射频技术领域，公开了一种可调谐的宽带低噪声放大器。包括匹配网络、开关电容输出选频网络和放大电路，信号输入端连接匹配网络进行噪声匹配；放大电路为共源共栅极结构：第一晶体管的栅极连接匹配网络，第二晶体管的栅极连接第三电容后接地，第一晶体管的源极连接第三电感后接地，第二晶体管的漏极分别连接第五电感和第四电容后接地，第二晶体管的漏极还分别连接了开关电容输出选频网络和第四电感，第四电感连接信号输出端。上述结构能调节开关电容输出选频网络，实现工作频率的转换，从而提高低噪声放大器在各个频段上的性能，改善增益和噪声指标，提高接收机灵敏度。上述结构的输入网络具有宽带特性，输出网络具有窄带和可调谐特性。

Description

一种可调谐的宽带低噪声放大器
技术领域
本发明涉及射频技术领域，特别涉及一种可调谐的宽带低噪声放大器。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，国际上制定了一系列无线通信协议。为了满足各种应有需求，多频多模移动终端成为无线通信发展的新方向。另一方面，便携式设备的快速普及，对设备的小型化、低功耗有更严格的要求，无线通信射频模块的小型化、低功耗更加迫切。低噪声放大器作为无线通信的重要器件，需处理天线接收的信号和减弱通信模块的噪声。因此低噪声放大器对于整个无线通信系统的意义非常重要。
在多频射频前段低噪声放大器的设计是最大的挑战之一。低噪声放大器在所有的频段都应该提供较低的噪声，在每个模式下都因有足够的带宽，多频带的频率覆盖范围广，增益高。
针对多频段系统提出了多种解决办法，如结合窄带低噪声放大器和波段之间的切换，导致模具的面积更大，功耗更高，成本更高；单片宽带低噪声放大器也较为常用，它能够覆盖所有工作频段，但单片宽带低噪声放大器通常是以牺牲噪声和增益换取带宽，通过前端的滤波器进行选频，而接收机的接受灵敏度下限受到噪声的影响，这将会恶化接收机的灵敏度。而且由于接收机的非线性，宽带模式更容易受到带外信号的干扰。
因此，需要提供一种低噪声放大器解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种可调谐的宽带低噪声放大器。
本发明采用的技术方案如下：一种可调谐的宽带低噪声放大器，包括匹配网络、开关电容输出选频网络和共源共栅极放大电路，所述共源共栅极放大电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三电容、第三电感、第四电感、第五电感、第四电容，信号输入端连接匹配网络的一端进行噪声匹配，所述匹配网络的另一端连接所述第一晶体管的栅极，所述第二晶体管的栅极连接第三电容后接地，所述第一晶体管的源极连接第三电感后接地，所述第二晶体管的漏极分别连接第五电感和第四电容后接地，所述第二晶体管的漏极还分别连接了开关电容输出选频网络和第四电感，所述第四电感连接信号输出端。
进一步的，所述第一晶体管和第二晶体管均采用双极型晶体管。
进一步的，所述匹配网络包括并联的第一电感和第一电容，以及串联的第二电感和第二电容，所述第一电感和第一电容的一端连接信号输入端，第一电感和第一电容的另一端接地，所述第一电感和第一电容的一端连接串联的第二电感和第二电容，所述第二电容的两端分别连接第一晶体管的栅极和漏极。
进一步的，所述开关电容输出选频网络包括N个电容组组成，所述N为大于1的自然数，通过控制信号Vb0到VbN-1控制，每个电容器组被分配成非零的偶数个单元电容器元件，用于对称电容器分配。
进一步的，所述N取4。
进一步的，所述电容器组被分配成4个单元电容器元件
进一步的，所述每个单元电容器元件包括电容，电阻，晶体管，反相器，所述电容一端接共源共栅极放大电路，另一端接晶体管漏极；所述晶体管栅极接控制信号的控制引脚Vb,所述晶体管栅极接反相器的一端；所述反相器另一端接电阻的一端；所述电阻的另一端接晶体管漏极。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：
本发明提出一种可调谐的宽带低噪声放大器，开关电容输出选频网络由于放大电路的共源共栅结构的高隔离性，在不影响输入噪声匹配的情况下，通过数控输出开关电容网络实现可调频率选择功能；通过调节开关电容输出选频网络，实现工作频率的转换，从而提高低噪声放大器在各个频段上的性能，改善增益和噪声指标，提高接收机灵敏度。
本发明提出的双电感电容谐振回路的宽带噪声匹配网络应用在低噪声放大器方案，有效地提高了带宽，达到噪声匹配后，降低了低噪声放大器的噪声系数，提高了功率。
本发明提出的可调谐的宽带低噪声放大器中，输入网络具有宽带特性，输出网络具有窄带和可调谐特性，实现了可调宽带为80％。
本发明提出的的宽带噪声匹配网络使得输入信号电流几乎恒定，开关电容输出选频网络实现了增益平坦度。
本发明的宽带噪声放大器体积较小，有利于小型化设计，且节约成本。
附图说明
图1是本发明的可调谐宽带低噪声放大器电路图。
图2是本发明的可调谐宽带低噪声放大器电路结构原理框图。
图3是本发明的可调谐宽带低噪声放大器的匹配网络结构示意图。
图4是本发明的可调谐宽带低噪声放大器的开关电容输出选频网络的每个单元电容器元件的电路图。
图5是本发明的可调谐宽带低噪声放大器的开关电容输出选频网络电路图。
具体实施方式
为了能够更清楚的阐明本发明的目的、技术方案及其有点，下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图2，可调谐的宽带低噪声放大器由宽带噪声匹配网络、开关电容输出选频网络和共源共栅极放大电路结构组成；放大电路为cascode(共源共栅极)结构，其中采用共源极晶体管，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，第一晶体管Q1漏极和第二晶体管Q2源极连接，采用源极电感负反馈优化整体电路性能，其中第三电感L3为源极负反馈电感，连接第一晶体管Q1的源极，可以提高电路的稳定性，提供输入电阻的实部。第三电容C3连接第二晶体管Q2的栅极，提供交流地，同时避免电源端产生寄生参数对整体电路的破坏。第四电容C4、第四电感L4、第五电感L5参与输出匹配网络，均连接第二晶体管Q2漏极。
如图3，宽带噪声匹配网络选用双电感电容谐振回路，宽带噪声匹配网络由并联LC谐振网络(第一电感L1、第一电容C1)、串联LC谐振网络(第二电感L2、第二电容C2)和晶体管输入等效电阻组成。并联LC谐振网络、串联LC谐振网络在相同频率
Figure BDA0002210788570000031
谐振。如图当共源极晶体管的输入阻抗Zv和最佳噪声阻抗Zo以及双电感电容谐振回路阻抗Zs共轭时，同时实现噪声和功率匹配。
如图4，每个单元电容器元件包括电容C5，电阻R1，晶体管Q3，反相器，所述电容C5一端接共源共栅极放大电路，另一端接晶体管Q3漏极；所述晶体管Q3栅极接控制信号的控制引脚Vb,所述晶体管Q3栅极接反相器的一端；所述反相器另一端接电阻R1的一端；所述电阻R1的另一端接晶体管Q3漏极。整个单元电容器等效为变容二极管，利用PN结电容(势垒电容)与其反向偏置电压Vr的依赖关系及原理制成的二极管。通过反相器施加反向电压使其静电容量发生变化，反向偏压越高，结电容则越少，反向偏压与结电容之间的关系是非线性的，从而实现调节电容值，实现自动频率控制。
如图5，开关电容输出选频网络包括4个电容组组成，通过控制信号Vb0到Vb3控制。每个电容器组被分配成四个单元电容器元件，每个单元电容器元件结构相同，用于对称电容器分配。
如图1可调谐的宽带低噪声放大器电路图，信号从信号输入端进入，经过宽带噪声匹配网络，完成噪声匹配；信号进入cascode放大电路，实现信号放大，采用了源极负反馈电路提高电路的稳定性。经输出功率匹配，实现信号增益最优；输出匹配网络包括开关电容输出选频网络，通过Vb0到Vb3控制4个电容组，实现选频。最终由信号输出端输出。输入网络具有宽带特性，输出网络具有窄带和可调谐特性。最终实现可调谐的宽带低噪声放大器。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种可调谐的宽带低噪声放大器，其特征在于，包括匹配网络、开关电容输出选频网络和共源共栅极放大电路，所述共源共栅极放大电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三电容、第三电感、第四电感、第五电感、第四电容，信号输入端连接匹配网络的一端进行噪声匹配，所述匹配网络的另一端连接所述第一晶体管的栅极，所述第二晶体管的栅极连接第三电容后接地，所述第一晶体管的源极连接第三电感后接地，所述第二晶体管的漏极分别连接第五电感和第四电容后接地，所述第二晶体管的漏极还分别连接了开关电容输出选频网络和第四电感，所述第四电感连接信号输出端；
所述开关电容输出选频网络包括N个电容组组成，所述N为大于1的自然数，通过控制信号Vb0到VbN-1控制，每个电容器组被分配成非零的偶数个单元电容器元件，用于对称电容器分配；
所述每个单元电容器元件包括电容，电阻，晶体管，反相器，所述电容一端接共源共栅极放大电路，另一端接晶体管漏极；所述晶体管栅极接控制信号的控制引脚Vb,所述晶体管栅极接反相器的一端；所述反相器另一端接电阻的一端；所述电阻的另一端接晶体管漏极。
2.如权利要求1所述的可调谐的宽带低噪声放大器，其特征在于，所述第一晶体管和第二晶体管均采用双极型晶体管。
3.如权利要求1所述的可调谐的宽带低噪声放大器，其特征在于，所述匹配网络包括并联的第一电感和第一电容，以及串联的第二电感和第二电容，所述第一电感和第一电容的一端连接信号输入端，第一电感和第一电容的另一端接地，所述第一电感和第一电容的一端连接串联的第二电感和第二电容，所述第二电容的两端分别连接第一晶体管的栅极和漏极。
4.如权利要求1所述的可调谐的宽带低噪声放大器，其特征在于，所述N取4。
5.如权利要求4所述的可调谐的宽带低噪声放大器，其特征在于，所述电容器组被分配成4个单元电容器元件。
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