CN110731048A - 有源限制系统 - Google Patents

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Abstract

在本发明中，提供了一种有源限制系统，适用于保护低噪声放大器(LNA)免受从信号输入端(Ri)接收到的高功率信号的影响。所述有源限制系统包括至少一个第一开关(T1)，其源极(s)连接到栅极电压(Vg)；至少一个第一电阻(R1)，连接在第一开关(T1)的栅极(g)和源极(s)之间；至少一个第二电阻(R2)，连接在漏极电压(Vd)和第一开关(T1)的漏极(d)之间；至少一个第二开关(T2)，其源极(s)连接到所述漏极电压(Vd)，其漏极(d)连接到所述信号输入端(Ri)；至少一个第三电阻(R3)，连接在第一开关(T1)的漏极(d)和第二开关(T2)的栅极(g)之间；至少一个第一过滤元件(b1)，其阻挡DC电流/电压，并连接在第二开关(T2)的源极(s)与地之间。

Description

有源限制系统
技术领域
本发明涉及一种有源限制系统，该有源限制系统能够保护放大器(特别是低噪声放大器)免受高输入功率电平的影响。
背景技术
低噪声放大器(LNA)是一种电子放大器，可放大低功率信号的功率电平。当低噪声放大器放大信号的功率电平时，它们使输出信号的噪声电平尽可能低。为了执行这种放大，低噪声放大器通常包括至少一个晶体管(例如HEMT)。
低噪声放大器通常用于无线电通信系统中。由于无线电通信通常处理低功率信号(特别是在接收端)，所以低噪声放大器用于放大所述低功率信号的功率电平。在低噪声放大器中，为了降低噪声，会使用到敏感组件。尽管所述敏感组件对于降低噪声电平是有效的，但是它们通常容易受到高功率输入的影响。尽管在理想情况下，没有高功率信号发送到低噪声放大器，但低噪声放大器可能会暴露于高功率信号。例如，在雷达应用中，发射的功率可能会从天线反射，低噪声放大器可通过环行器暴露在反射的高功率下。在另一个示例中，电磁弹可能会产生高功率信号，以破坏低噪声放大器。
由于低噪声放大器容易受到高功率信号的影响，因此在已知技术中，使用不同的保护系统来保护低噪声放大器免受高功率信号的影响。已知技术中使用的保护系统之一是无源限制电路。所述无源限制电路的示例性实施例在JimLooney等人的论文“AnExamination of Recovery Time of an IntegratedLimiter/LNA”中公开了。所述无源限制电路包括保护元件，其限制了低噪声放大器输入的电压电平。尽管所述无源限制系统限制了输入功率，但是它们会引起高噪声电平。因此，当需要低噪声时，所述无源限制系统不是优选的。
发明内容
在本发明中，提供了一种有源限制系统，适用于保护低噪声放大器免受从信号输入端接收到的高功率信号的影响。所述有源限制系统包括至少一个第一开关，其源极连接到栅极电压；至少一个第一电阻，连接在第一开关的栅极和源极之间；至少一个第二电阻，连接在漏极电压和第一开关的漏极之间；至少一个第二开关，其源极连接到所述漏极电压，其漏极连接到信号输入端；至少一个第三电阻，连接在第一开关的漏极和第二开关的栅极之间；至少一个第一过滤元件，其阻挡DC电流/电压，并连接在第二开关的源极与地之间。
在本申请中，通过使用第一开关和第二开关，当从信号输入端接收到低功率电压信号时，所述信号被直接发送至低噪声放大器。另一方面，当从信号输入端接收到高功率电压信号时，所述高功率被反射回去。因此，保护了低噪声放大器免受高功率信号的影响。
发明目的
本发明的目的是提供一种有源限制系统，其适合于保护放大器免受高输入功率电平的影响。
本发明的另一个目的是提供一种有源限制系统，该系统能够在单基板上结合低噪声放大器生产出来。
附图说明
图1是本申请的有源限制系统的示例性电路图。
图2是本申请的有源限制系统的另一示例性电路图。
图3是本申请的有源限制系统的另一示例性电路图。
图中所示的所有零件均单独分配了附图标号，这些标号的相应术语如下：
低噪声放大器(LNA)
第一开关(T1)
第二开关(T2)
放大器晶体管(Ta)
信号输入端(Ri)
信号输出端(Ro)
第一电阻(R1)
第二电阻(R2)
第三电阻(R3)
漏极电压(Vd)
栅极电压(Vg)
偏置电压(Vb)
第一匹配网络(M1)
第二匹配网络(M2)
第一过滤元件(b1)
第二过滤元件(b2)
第三过滤元件(b3)
电压阻尼器(a)
栅极(g)
源极(s)
漏极(d)
具体实施方式
低噪声放大器以低噪声电平放大低功率信号的功率电平。为了使噪声电平尽可能低，在低噪声放大器中使用敏感组件。由于所述敏感组件，低噪声放大器容易受到高功率输入的影响。因此，在本申请中，开发了一种有源限制系统，其保护低噪声放大器免受高功率输入的影响。
在图1-2中示出了本发明的有源限制系统的示例性视图，该有源限制系统包括至少一个第一开关(T1)，优选为HEMT的形式，具有至少一个源极(s)、至少一个栅极(g)和至少一个漏极(d)，其源极(s)连接到栅极电压(Vg)，其中，第一开关(T1)源极(s)和漏极(d)之间的电连接由第一开关(T1)的栅极(g)至源极(s)电压控制；至少一个第一电阻(R1)，连接在第一开关(T1)的栅极(g)和源极(s)之间；至少一个第二电阻(R2)，连接在漏极电压(Vd)和第一开关(T1)的漏极(d)之间；至少一个第二开关(T2)，优选为HEMT的形式，具有至少一个源极(s)、至少一个栅极(g)和至少一个漏极(d)，其源极(s)连接到所述漏极电压(Vd)，其漏极(d)连接到信号输入端(Ri)，其中第二开关(T2)的源极(s)和漏极(d)之间的电连接由第二开关(T2)的栅极(g)至源极(s)电压控制；至少一个第三电阻(R3)，连接在第一开关(T1)的漏极(d)和第二开关(T2)的栅极(g)之间；至少一个第一过滤元件(b1)(例如电容器)，其阻挡DC电流/电压并且连接在第二开关(T2)的源极(s)与地之间。
在本申请的示例性实施例中，低噪声放大器(LNA)由从信号输入端(Ri)接收的信号馈送。在该实施例中，第一开关(T1)的栅极(g)通过第一匹配网络(M1)连接至低噪声放大器(LNA)的放大器晶体管(Ta)。所述低噪声放大器(LNA)还可包括漏极电压(Vd)和栅极电压(Vg)、第二匹配网络(M2)、阻挡DC电流/电压的第二过滤元件(b2)(例如电容器)，以及信号输出(Ro)，其中从信号输入端(Ri)接收的信号被放大器晶体管(Ta)放大，并从信号输出端(Ro)输出。在该实施例中，当从信号输入端(Ri)接收的信号的功率电平低时，没有电流流过第一电阻(R1)。因此，第一开关(T1)的栅极(g)电压和源极(s)电压变得彼此相等(即栅极电压(Vg))，第一开关(T1)变为接通状态。在该状态下，第二开关(T2)变为断开状态，并且从信号输入端(Ri)接收的信号不受第二开关(T2)的影响。另一方面，当从信号输入端(Ri)接收的信号的功率电平高时，电流流过第一电阻(R1)。因此，第一开关(T1)的栅极(g)电压变得小于第一开关(T1)的源极(s)电压。这导致第一开关(T1)变为断开状态。在此状态下，第二开关(T2)变为接通状态，低噪声放大器(LNA)的入口阻抗受到干扰。因此，高功率被反射，低噪声放大器(LNA)被保护免受所述高功率的影响。
如图2所示，在本申请的优选实施例中，有源限制系统包括至少两个第二开关(T2)和至少两个第三电阻(R3)。在该实施例中，通过使用多个第二开关(T2)，降低了第二开关(T2)的寄生效应。
在本申请的另一优选实施例中，有源限制系统包括位于第二电阻(R2)和第一开关(T1)的漏极(d)之间的至少一个电压阻尼器(a)。所述电压阻尼器(a)优选包括至少一个(优选两个)二极管，以便在第二电阻(R2)和第一开关(T1)的漏极(d)之间产生电压差。由于上述电压差，当漏极电压(Vd)变为0V时，几乎任何输入信号都会立即反射回来。因此，改善了系统的高功率保护。
在本申请的另一优选实施例中，有源限制系统包括至少一个第三过滤元件(b3)(例如电容器)，其阻止DC电流/电压，其连接在信号输入端(Ri)和第二开关(T2)的漏极(d)之间。
在上述实施例中，第一开关(T1)、第二开关(T2)和第二电阻(R2)连接到低噪声放大器(LNA)的漏极电压(Vd)和/或栅极电压(Vg)。因此，有源限制系统的操作不需要其他输入。而且，所述有源限制系统和低噪声放大器(LNA)能够被放置在同一芯片上。在替代实施例中，所述有源限制系统和低噪声放大器(LNA)可以是不同的组件(例如，以不同芯片的形式)。
图3示出了本申请的替代实施例。在该实施例中，有源限制系统包括至少一个第一开关(T1)，优选为HEMT的形式，具有至少一个源极(s)、至少一个栅极(g)和至少一个漏极(d)，其源极(s)连接到偏置电压(Vb)，其中第一开关(T1)的源极(s)和漏极(d)之间的电连接由第一开关(T1)的栅极(g)到源极(s)的电压控制；至少一个第一电阻(R1)连接在第一开关(T1)的栅极(g)和栅极电压(Vg)之间；至少一个第二电阻(R2)，连接地和第一开关(T1)的漏极(d)之间；至少一个第二开关(T2)，优选为HEMT的形式，具有至少一个源极(s)、至少一个栅极(g)和至少一个漏极(d)，其源极(s)连接到地，其漏极(d)连接到信号输入端(Ri)，其中第二开关(T2)的源极(s)和漏极(d)之间的电连接由第二开关(T2)的栅极(g)至源极(s)电压控制；至少一个第三电阻(R3)，连接在第一开关(T1)的漏极(d)和第二开关(T2)的栅极(g)之间。在该实施例中，第一开关(T1)的栅极(g)适于通过第一匹配网络(M1)连接至低噪声放大器(LNA)的放大器晶体管(Ta)。优选地，如图3所示，有源限制系统包括至少两个第二开关(T2)和至少两个第三电阻(R3)。在该实施例中，通过使用多个第二开关(T2)，降低了第二开关(T2)的寄生效应。
在本申请中，通过使用第一开关(T1)和第二开关(T2)，当从信号输入端(Ri)接收到低功率电压信号时，所述信号被直接发送到低噪声放大器(LNA)。另一方面，当从信号输入端(Ri)接收到高功率电压信号时，所述高功率被反射回去。因此，可以保护低噪声放大器(LNA)免受高功率信号的影响。

Claims (8)

1.一种有源限制系统，适用于保护低噪声放大器(LNA)免受从信号输入端(Ri)接收到的高功率信号的影响，其特征在于，包括：
-至少一个第一开关(T1)，其具有至少一个源极(s)、至少一个栅极(g)和至少一个漏极(d)，其源极(s)连接到栅极电压(Vg)，其中，所述第一开关(T1)的所述源极(s)和漏极(d)之间的电连接由所述第一开关(T1)的所述栅极(g)至所述源极(s)的电压控制；
-至少一个第一电阻(R1)，连接在所述第一开关(T1)的所述栅极(g)和源极(s)之间；
-至少一个第二电阻(R2)，连接在漏极电压(Vd)和所述第一开关(T1)的漏极(d)之间；
-至少一个第二开关(T2)，具有至少一个源极(s)、至少一个栅极(g)和至少一个漏极(d)，其源极(s)连接到所述漏极电压(Vd)，其漏极(d)连接到所述信号输入端(Ri)，其中，所述第二开关(T2)的所述源极(s)和漏极(d)之间的电连接由所述第二开关(T2)的所述栅极(g)至源极(s)的电压控制；
-至少一个第三电阻(R3)，连接在所述第一开关(T1)的所述漏极(d)和所述第二开关(T2)的栅极(g)之间；
-至少一个第一过滤元件(b1)，其阻挡DC电流/电压，并连接在所述第二开关(T2)的所述源极(s)与地之间。
2.根据权利要求1所述的有源限制系统，其特征在于：所述第一开关(T1)为HEMT的形式。
3.根据权利要求1所述的有源限制系统，其特征在于：所述第二开关(T2)为HEMT的形式。
4.根据权利要求1所述的有源限制系统，其特征在于，包括至少两个第二开关(T2)和至少两个第三电阻(R3)。
5.根据权利要求1所述的有源限制系统，其特征在于，包括至少一个电压阻尼器(a)，位于所述第二电阻(R2)和所述第一开关(T1)的漏极(d)之间。
6.根据权利要求5所述的有源限制系统，其特征在于，所述电压阻尼器(a)包括至少一个二极管。
7.一种有源限制系统，适用于保护低噪声放大器(LNA)免受从信号输入端(Ri)接收到的高功率信号的影响，其特征在于，包括
-至少一个第一开关(T1)，其具有至少一个源极(s)、至少一个栅极(g)和至少一个漏极(d)，其源极(s)连接到偏置电压(Vb)，其中，所述第一开关(T1)的所述源极(s)和漏极(d)之间的电连接由所述第一开关(T1)的所述栅极(g)到源极的电压控制；
-至少一个第一电阻(R1)，连接在所述第一开关(T1)的所述栅极(g)和栅极电压(Vg)之间；
-至少一个第二电阻(R2)，连接在地和所述第一开关(T1)的漏极(d)之间；
-至少一个第二开关(T2)，其具有至少一个源极(s)、至少一个栅极(g)和至少一个漏极(d)，其源极(s)连接到地，其漏极(d)连接到信号输入端(Ri)，其中，所述第二开关(T2)的所述源极(s)和漏极(d)之间的电连接由所述第二开关(T2)的所述栅极(g)至源极(s)的电压控制；
-至少一个第三电阻(R3)，连接在所述第一开关(T1)的所述漏极(d)和所述第二开关(T2)的栅极(g)之间。
8.根据权利要求7所述的有源限制系统，其特征在于，包括至少两个第二开关(T2)和至少两个第三电阻(R3)。
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