CN110729973A - 一种hemt低噪声放大器旁路结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种HEMT低噪声放大器旁路结构，射频输入端通过所述隔直电容连接至所述第一晶体管的漏极，第一晶体管的源极连接至所述第二晶体管的漏极，第二晶体管的源极通过所述隔直电容C2连接至射频输出端；第一晶体管的栅极、第二晶体管的栅极均通过栅电阻连接偏置电压；所述反相器的输入端连接偏置电压，反相器的输出端通过栅电阻RG连接所述第三晶体管的栅极，第三晶体管的源极通过所述隔直电容C3连接至地，第三晶体管的漏极连接所述隔直电容C4的一端，隔直电容的另一端通过所述电阻连接至地；本发明可以实现高隔离高线性的旁路电路，完成射频信号放大和射频信号旁路双功能。

Description

一种HEMT低噪声放大器旁路结构
技术领域
本发明涉及无线通信的射频低噪声放大器电路，具体涉及一种HEMT低噪声放大器旁路结构。
背景技术
当今，无线通信技术正在不断发展和扩大，作用和需求也越来越大。低噪声放大器(Low noise amplifier,LNA)是无线射频接收机前端的关键部件，在蜂窝移动通信应用中，需要满足低噪声、高线性度、合适的增益和无条件稳定性等关键要求。而Wi-Fi技术作为蜂窝移动通信的补充，可以进行多接入和切入的功能，非常适合应用于室内无线局域网的场合。
面向Wi-Fi应用的低噪声放大器，天线接收的信号强度变化范围非常大。当输入信号过大时容易导致低噪声放大器产生增益压缩和严重的谐波失真，恶化接收灵敏度，严重的话甚至损坏接收机后续的组件。对信号质量的特殊要求对该类低噪声放大器提出了新的要求，在信号强度较大时允许将放大器关断，使得信号从其他通道旁路，以保证射频接收机的正常工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种HEMT低噪声放大器旁路结构，用于实现高隔离高线性的旁路电路，完成射频信号放大和射频信号旁路双功能。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种HEMT低噪声放大器旁路结构，包括隔直电容C1、隔直电容C2、隔直电容C3、隔直电容C4、电阻R1、第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和反相器，其中：
射频输入端RFin通过所述隔直电容C1连接至所述第一晶体管M1的漏极，第一晶体管M1的源极连接至所述第二晶体管M2的漏极，第二晶体管M2的源极通过所述隔直电容C2连接至射频输出端RFout；第一晶体管M1的栅极、第二晶体管M2的栅极均通过栅电阻RG连接偏置电压VBP；
所述反相器的输入端连接偏置电压VBP，反相器的输出端通过栅电阻RG连接所述第三晶体管M3的栅极，第三晶体管M3的源极通过所述隔直电容C3连接至地，第三晶体管M3的漏极连接所述隔直电容C4的一端以及第一晶体管M1的源极、第二晶体管M2的漏极，隔直电容C4的另一端通过所述电阻R1连接至地；
所述的第一晶体管M1的漏极和源极之间、第二晶体管M2的漏极和源极之间、第三晶体管M3的漏极和源极之间均设置有漏源电阻RDS。
典型地，R1的值小于10欧姆。
进一步地，所述的HEMT低噪声放大器旁路结构并联于低噪声放大器两端。
进一步地，所述的偏置电压VBP为高电位时，低噪声放大器处于旁路模式，旁路电路中的第一晶体管M1和第二晶体管M2处于接通状态，分别等效成导通电阻Ron1和Ron2，第三晶体管M3处于关断状态，等效成关断电容Coff3；此时低噪声放大器被旁路，射频信号从输入端RFin经Ron1和Ron2至输出端RFout。
进一步地，所述的偏置电压VBP为低电位时，低噪声放大器处于放大模式，旁路电路中的第一晶体管M1和第二晶体管M2处于关断状态，分别等效成关断电容Coff1和Coff2，第三晶体管M3处于接通状态，等效成导通电阻Ron3；射频信号进入放大器的输入端，流经旁路电路的泄漏信号会经旁路电路的并联支路流到地。
本发明与现有技术相比具有以下技术特点：
1.本发明提供的HEMT低噪声放大器旁路电路结构，可以提高接收机的灵敏度和可靠性。当低噪声放大器的输入为强信号功率(WLAN应用典型时为0至10dBm之间)时，用于旁路信号以节省耗电并防止损坏接收机后续组件；当输入信号较小时，用于隔离信号以完成放大功能。
2.本发明提供的HEMT低噪声放大器旁路电路结构，在放大器处于放大模式时能够提供高隔离度和高线性度，在旁路模式下能够提供合理的损耗，进而提高了低噪声放大器的线性度。
附图说明
图1是带旁路电路的低噪声放大器示意图；
图2是本发明的HEMT低噪声放大器旁路结构的示意图；
图3是本发明的HEMT低噪声放大器旁路结构处于旁路模式时的等效电路；
图4是本发明的HEMT低噪声放大器旁路结构处于放大模式时的等效电路；
图5是采用了本发明旁路结构的一个5.15-5.85GHz低噪声放大器在放大及旁路模式下的噪声系数仿真曲线；
图6是采用了本发明旁路结构的一个5.15-5.85GHz低噪声放大器在放大及旁路模式下的增益仿真曲线；
图7是采用了本发明旁路结构的一个5.15-5.85GHz低噪声放大器在放大及旁路模式下的IIP3仿真曲线；
具体实施方式
本发明的实施例公开了一种HEMT低噪声放大器旁路结构，包括隔直电容C1、隔直电容C2、隔直电容C3、隔直电容C4、电阻R1、第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和反相器，其中：
射频输入端RFin通过所述隔直电容C1连接至所述第一晶体管M1的漏极，第一晶体管M1的源极连接至所述第二晶体管M2的漏极，第二晶体管M2的源极通过所述隔直电容C2连接至射频输出端RFout；第一晶体管M1的栅极、第二晶体管M2的栅极均通过栅电阻RG连接偏置电压VBP；
所述反相器的输入端连接偏置电压VBP，反相器的输出端通过栅电阻RG连接所述第三晶体管M3的栅极，第三晶体管M3的源极通过所述隔直电容C3连接至地，第三晶体管M3的漏极连接所述隔直电容C4的一端以及第一晶体管M1的源极、第二晶体管M2的漏极，隔直电容C4的另一端通过所述电阻R1连接至地；
所述的第一晶体管M1的漏极和源极之间、第二晶体管M2的漏极和源极之间、第三晶体管M3的漏极和源极之间均设置有漏源电阻RDS。
可选地，R1的值小于10欧姆。
如图3所示，当偏置电压VBP为高电位(逻辑的“1”)时(例如为+3.3V)，低噪声放大器处于旁路模式，旁路电路中的第一晶体管M1和第二晶体管M2处于接通状态，分别等效成导通电阻Ron1和Ron2；第三晶体管M3处于关断状态，等效成关断电容Coff3。此时低噪声放大器将被旁路，射频信号主要从输入端RFin经Ron1和Ron2至输出端RFout。
如图4所示，当偏置电压VBP为低电位(逻辑的“0”)时(例如为0V)，低噪声放大器处于放大模式，旁路电路中的第一晶体管M1和第二晶体管M2处于关断状态，分别等效成关断电容Coff1和Coff2；第三晶体管M3处于接通状态，等效成导通电阻Ron3。射频信号主要进入放大器的输入端，流经旁路电路的泄漏信号会经旁路电路的并联支路流到地。
图5、图6和图7分别给出了采用本发明旁路结构的一个5.15-5.85GHz低噪声放大器在放大及旁路模式下的噪声系数、增益和IIP3的仿真曲线。结果显示，在放大模式下，电路可以提供1.3dB以下的噪声系数、13dB以上的增益及7dBm以上的IIP3；旁路模式下，通道内噪声系数介于6.5到7dB之间、损耗介于8到9dB之间，IIP3大于23dBm，可以满足5G WLAN移动通信应用需求。
需要说明的是，一般情况下晶体管的源极和漏极是可以互换的，因此在本发明的描述中，所有晶体管的源极和漏极也是可以互换的，这对于本领域技术人员来讲是易于理解的。
本发明提出的技术方案，不局限于特定的HEMT工艺技术，也可以扩展到pHEMT等改进的工艺技术上，这对于本领域技术人员来讲是易于理解的。

Claims (5)

1.一种HEMT低噪声放大器旁路结构，包括隔直电容C1、隔直电容C2、隔直电容C3、隔直电容C4、电阻R1、第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和反相器，其中：
射频输入端RFin通过所述隔直电容C1连接至所述第一晶体管M1的漏极，第一晶体管M1的源极连接至所述第二晶体管M2的漏极，第二晶体管M2的源极通过所述隔直电容C2连接至射频输出端RFout；第一晶体管M1的栅极、第二晶体管M2的栅极均通过栅电阻RG连接偏置电压VBP；
所述反相器的输入端连接偏置电压VBP，反相器的输出端通过栅电阻RG连接所述第三晶体管M3的栅极，第三晶体管M3的源极通过所述隔直电容C3连接至地，第三晶体管M3的漏极连接所述隔直电容C4的一端以及第一晶体管M1的源极、第二晶体管M2的漏极，隔直电容C4的另一端通过所述电阻R1连接至地；
所述的第一晶体管M1的漏极和源极之间、第二晶体管M2的漏极和源极之间、第三晶体管M3的漏极和源极之间均设置有漏源电阻RDS。
2.如权利要求1所述的HEMT低噪声放大器旁路结构，其特征在于，所述的HEMT低噪声放大器旁路结构并联于低噪声放大器两端。
3.如权利要求1所述的HEMT低噪声放大器旁路结构，其特征在于，R1的值小于10欧姆。
4.如权利要求1所述的HEMT低噪声放大器旁路结构，其特征在于，所述的偏置电压VBP为高电位时，低噪声放大器处于旁路模式，旁路电路中的第一晶体管M1和第二晶体管M2处于接通状态，分别等效成导通电阻Ron1和Ron2，第三晶体管M3处于关断状态，等效成关断电容Coff3；此时低噪声放大器被旁路，射频信号从输入端RFin经Ron1和Ron2至输出端RFout。
5.如权利要求1所述的HEMT低噪声放大器旁路结构，其特征在于，所述的偏置电压VBP为低电位时，低噪声放大器处于放大模式，旁路电路中的第一晶体管M1和第二晶体管M2处于关断状态，分别等效成关断电容Coff1和Coff2，第三晶体管M3处于接通状态，等效成导通电阻Ron3；射频信号进入放大器的输入端，流经旁路电路的泄漏信号会经旁路电路的并联支路流到地。
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