CN111682854A - 一种放大器电路结构和电路控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种放大器电路结构和电路控制方法，该放大器电路结构中，放大器位于主通路，第一开关位于旁路；第二开关的一端为放大器电路结构的信号输出端，另一端用于选择性地连接旁路的信号输出端或主通路的信号输出端；第一开关和第二开关，用于在接收到第一指令时，各自控制工作状态，使主通路连接放大器电路结构的信号输入端和放大器电路结构的信号输出端；在接收到第二指令时，各自控制工作状态，使旁路连接放大器电路结构的信号输入端和放大器电路结构的信号输出端；如此，有利于降低主通路的放大器的输入端的插入损坏，有利于降低包括放大器电路结构的级联链路的噪声系数。

Description

一种放大器电路结构和电路控制方法
技术领域
本发明涉及电路结构设计技术，尤其涉及一种放大器电路结构和电路控制方法。
背景技术
在无线通信设备中，接收机需要满足一定的动态范围，当接收机接收的信号中存在较大的干扰信号时，可能导致模-数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)产生溢出现象，有用信号不能准确解调，这样需要将整个接收链路的增益降下来，使得大信号进入ADC时达不到溢出门限，进而使有用信号能正常解调。为了使无线通信设备的接收机达到更大的动态范围，通常可以在信号接收电路的主通路的基础上使用旁路放大器的方法，使得信号接收电路的增益下降；使用旁路放大器的方法需要增加单刀双掷(Single PoleDouble Throw SPDT)开关，以实现主通路和旁路的切换；然而，增加单刀双掷开关会引入插入损耗，增大信号接收电路的噪声系数。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种放大器电路结构和电路控制方法。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种放大器电路结构，包括：放大器、第一开关和第二开关；其中，所述放大器位于主通路，所述放大器的输入端为所述放大器电路结构的信号输入端，所述第一开关位于旁路；所述第二开关的一端为所述放大器电路结构的信号输出端，另一端用于选择性地连接所述旁路的信号输出端或所述主通路的信号输出端；
所述第一开关和所述第二开关，用于在接收到第一指令时，各自控制工作状态，使所述主通路连接所述放大器电路结构的信号输入端和所述放大器电路结构的信号输出端；在接收到第二指令时，各自控制工作状态，使所述旁路连接所述放大器电路结构的信号输入端和所述放大器电路结构的信号输出端。
可选地，所述放大器电路结构还包括至少一个相位补偿电路，所述至少一个相位补偿电路用于对所述主通路和旁路接收输入信号时带来的相位差进行相位补偿。
可选地，所述至少一个相位补偿电路位于所述放大器的输出端与所述主通路的信号输出端之间。
可选地，所述至少一个相位补偿电路位于所述第一开关与所述旁路的信号输出端之间。
可选地，所述至少一个相位补偿电路包括第一相位补偿电路和第二相位补偿电路；其中，
所述第一相位补偿电路位于所述放大器的输出端与所述主通路的信号输出端之间，所述第二相位补偿电路位于所述第一开关与所述旁路的信号输出端之间。
可选地，所述第一相位补偿电路和所述第二相位补偿电路中的一个相位补偿电路用于进行相位超前补偿，所述第一相位补偿电路和所述第二相位补偿电路中的另一个相位补偿电路用于进行相位滞后补偿。
可选地，所述至少一个相位补偿电路的相移量根据所述输入信号的中心频点进行确定。
可选地，所述至少一个相位补偿电路中相位补偿电路的个数大于1时，所述至少一个相位补偿电路包括两个相移量变化参数不同的相位补偿电路，相移量变化参数表示相移量与频率的对应关系。
可选地，所述第一开关为单刀单掷开关。
本发明实施例还提出了一种电路控制方法，应用于放大器电路结构，所述放大器电路结构包括：放大器、第一开关和第二开关；其中，所述放大器位于主通路，所述放大器的输入端为所述放大器电路结构的信号输入端，所述第一开关位于旁路；所述第二开关的一端为所述放大器电路结构的信号输出端，另一端用于选择性地连接所述旁路的信号输出端或所述主通路的信号输出端；
所述方法包括：
所述第一开关和所述第二开关，用于在接收到第一指令时，各自控制工作状态，使所述主通路连接所述放大器电路结构的信号输入端和所述放大器电路结构的信号输出端；在接收到第二指令时，各自控制工作状态，使所述旁路连接所述放大器电路结构的信号输入端和所述放大器电路结构的信号输出端。
本发明实施例提供的一种放大器电路结构和电路控制方法中，放大器电路结构包括：放大器、第一开关和第二开关；其中，所述放大器位于主通路，所述放大器的输入端为所述放大器电路结构的信号输入端，所述第一开关位于旁路；所述第二开关的一端为所述放大器电路结构的信号输出端，另一端用于选择性地连接所述旁路的信号输出端或所述主通路的信号输出端；所述第一开关和所述第二开关，用于在接收到第一指令时，各自控制工作状态，使所述主通路连接所述放大器电路结构的信号输入端和所述放大器电路结构的信号输出端；在接收到第二指令时，各自控制工作状态，使所述旁路连接所述放大器电路结构的信号输入端和所述放大器电路结构的信号输出端。如此，本发明实施例通过在旁路增加第一开关，可以提供主通路与旁路之间的信号高隔离；当输入信号经过主通路进行信号放大时，输入信号不经过旁路的第一开关，减小了第一开关断开时的开启电阻(Ron)，使得放大器电路结构的插入损坏比较低；当输入信号经过旁路输出是，第一开关接通，旁路处于直通状态，而主通路上的放大器停止工作，这样可以提供与主通路之间的高隔离，总体来说，有利于降低主通路的放大器的输入端的插入损坏，有利于降低包括放大器电路结构的级联链路的噪声系数。
附图说明
图1为相关技术中一种信号接收电路的结构示意图；
图2为本发明实施例的一个放大器电路结构的示意图；
图3为本发明实施例的另一个放大器电路结构的示意图；
图4为本发明的一个具体实施例中相位补偿的示意图；
图5为本发明的另一个具体实施例中相位补偿的示意图；
图6为本发明实施例的电路控制方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为相关技术中一种信号接收电路的结构示意图，如图1所示，可以使用旁路放大器的方法降低信号接收电路的增益，具体地，第一单刀双掷开关SW1_SPDT的一端接入输入信号，另一端选择性地连接信号放大装置A的输入端或旁路的输入端，放大器所在的支路为主通路，旁路为一条电路直连线；第二单刀双掷开关SW2_SPDT的一端选择性地连接信号放大装置A的输出端或所述旁路的输出端，另一端为信号接收电路的输出端；这里，信号放大装置可以是低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)或其它类型的放大器。
可以看出，通过控制第一单刀双掷开关SW1_SPDT和第二单刀双掷开关SW2_SPDT，可以实现对主通路或旁路的选择，具体地，在输入信号的幅度较小的情况下，通过控制第一单刀双掷开关SW1_SPDT和第二单刀双掷开关SW2_SPDT，接通主通路，输入信号可以经信号放大装置A处理后输出；当输入信号较大时，通过控制第一单刀双掷开关SW1_SPDT和第二单刀双掷开关SW2_SPDT，接通旁路，输入信号经过旁路输出，这样在输入信号中存在幅度较大的干扰信号时，通过旁路输出信号，降低输入信号的增益，使得后续ADC处理信号时不会产生溢出现象，从而使得信号能够正常解调。
参照图1，上述使用旁路放大器的方法需要增加单刀双掷开关，以实现主通路和旁路的切换；然而，增加单刀双掷开关会引入插入损耗，并且，将信号接收电路作为级联电路的一部分的情况下，从级联电路的噪声系数的角度来考虑，在信号放大装置的输入端增加的插入损耗，会使级联电路的噪声系数较为明显地增大。
另外，在主通路和旁路之间切换时，由于信号放大装置不工作，输入信号只经过两个开关便会输出，这样会引入非常大的相位差，这不能满足时延要求较高(时延较低)的通信系统。
针对上述技术问题，本发明实施例提出了一种放大器电路结构。
图2为本发明实施例的一个放大器电路结构的示意图，如图2所示，该放大器电路结构可以包括：放大器21、第一开关S1和第二开关S2；其中，放大器21位于主通路，放大器21的输入端为放大器电路结构的信号输入端，第一开关S1位于旁路；第二开关S2的一端为放大器电路结构的信号输出端，另一端用于选择性地连接旁路的信号输出端或主通路的信号输出端。
本发明实施例中，放大器21用于进行信号放大，放大器21可以是低噪声放大器或其它类型的放大器；这里，并不对放大器的增益等参数进行限定。
示例性地，第一开关S1的两端均处于旁路上，第一开关S1可以是单刀单掷开关，第二开关S2可以是单刀双掷开关。
本发明实施例中，第一开关S1和第二开关S2，用于在接收到第一指令时，各自控制工作状态，使主通路连接放大器电路结构的信号输入端和放大器电路结构的信号输出端；在接收到第二指令时，各自控制工作状态，使旁路连接放大器电路结构的信号输入端和放大器电路结构的信号输出端。
这里，第一指令表示选择主通路的指令，第二指令表示选择旁路的指令。在实际应用中，第一开关S1和第二开关S2均可以根据接收到的外部指令，控制自身的工作状态，在实际应用中，可以由处理器等器件向第一开关S1和/或第二开关S2发送指令。
具体地说，第一开关S1，用于在接收到第一指令时，断开第一连接；在接收到第二指令时，接通第一连接；第一连接表示放大器21的输入端与旁路的信号输入端的连接。
第二开关S2，用于在接收到第一指令时，接通第二连接；在接收到第二指令时，接通第三连接；第二连接表示主通路的信号输出端与放大器电路结构的信号输出端的连接，第三连接表示旁路的信号输出端与放大器电路结构的信号输出端的连接。
可以看出，本发明实施例通过在旁路增加第一开关，可以提供主通路与旁路之间的信号高隔离；当输入信号经过主通路进行信号放大时，输入信号不经过旁路的第一开关，减小了第一开关断开时的开启电阻(Ron)，使得放大器电路结构的插入损坏比较低；当输入信号经过旁路输出是，第一开关接通，旁路处于直通状态，而主通路上的放大器停止工作，这样可以提供与主通路之间的高隔离，总体来说，有利于降低主通路的放大器的输入端的插入损坏，有利于降低包括放大器电路结构的级联链路的噪声系数。
另外，本发明实施例的放大器电路结构，只需要在旁路上设置一个开关，具有电路结构简单和利于集成的特点，并不增加额外的功耗。
在一实施方式中，上述放大器电路结构还包括至少一个相位补偿电路，所述至少一个相位补偿电路用于对所述主通路和旁路接收输入信号时带来的相位差进行相位补偿。
本发明实施例中，相位补偿电路可以是移相器、无源相移网络或其它类型的相位补偿电路；相位补偿电路可以进行相位超前补偿或相位滞后补偿，具体可以根据实际应用需求确定；在实际应用中，可以预先测量主通路和旁路接收输入信号时带来的相位差，然后该相位差，确定相位补偿电路需要进行相位超前补偿还是进行相位滞后补偿，并且，可以根据该相位差，确定相位补偿电路的相移量，相移量表示相位补偿的幅度。
示例性地，相位补偿电路的相移量可以是与信号的频率相关的参数，即，相位补偿电路的相移量是具有频率响应的参数，不同信号频率对应的相移量是不同的，例如，信号的频率在4GHz至5GHz内变化时，相位补偿电路的相移量可以在45°至50°之间变化。
可选地，至少一个相位补偿电路的工作参数根据所述输入信号的中心频点进行确定。可选地，上述工作参数包括相移量。
可以看出，通过设置相位补偿电路，有利于对主通路和旁路切换时带来的相位差进行相位补偿，可以满足时延要求较高的通信系统。
在第一个示例中，至少一个相位补偿电路位于所述放大器的输出端与所述主通路的信号输出端之间。在第二个示例中，至少一个相位补偿电路位于所述第一开关与所述旁路的信号输出端之间。
在第三个示例中，参照图3，至少一个相位补偿电路包括第一相位补偿电路22和第二相位补偿电路23；其中，第一相位补偿电路22位于放大器21的输出端与所述主通路的信号输出端之间，第二相位补偿电路23位于第一开关S1与旁路的信号输出端之间；第二开关S2用于选择性地连接第一相位补偿电路22或希尔相位补偿电路23。
示例性地，第一相位补偿电路22和第二相位补偿电路23中的一个相位补偿电路用于进行相位超前补偿，第一相位补偿电路22和第二相位补偿电路23中的另一个相位补偿电路用于进行相位滞后补偿。
在相位补偿电路的相移量是有频率响应的参数时，不同信号的频率对应的相移量是不同的，单独使用一个相位补偿电路难以准确地实现相位补偿，但是，无论用于相位超前补偿的相位补偿电路，还是用于相位滞后补偿的相位补偿电路，相移量均是随着频率单调变化的，利用该特点，本发明实施例可以同时在主通路和旁路增加相位补偿电路。
在一个示例中，可以在主通路增加用于相位超前补偿的相位补偿电路的同时，在旁路增加用于进行相位滞后补偿的相位补偿电路；在具体的示例中，当主通路接通时，利用主通路增加的相位补偿电路超前补偿了大小为P1的相位角，在旁路接通时，利用旁路增加的相位补偿电路滞后补偿了大小为P2的相位角，且P1和P2均随着信号的频率单调变化，这样，可以对于宽频带内实现主通路和旁路切换时引起的相位差进行补偿，补偿的相位角为P1+P2。
在另一个示例中，可以在主通路增加用于相位滞后补偿的相位补偿电路的同时，在旁路增加用于进行相位超期补偿的相位补偿电路；在具体的示例中，当主通路接通时，利用主通路增加的相位补偿电路滞后补偿了大小为P3的相位角，在旁路接通时，利用旁路增加的相位补偿电路超前补偿了大小为P4的相位角，且P1和P2均随着信号的频率单调变化，这样，可以对于宽频带内实现主通路和旁路切换时引起的相位差进行补偿，补偿的相位角为P3+P4。
图4为本发明的一个具体实施例中相位补偿的示意图，如图4所示，横轴表示频率，单位为GHz，纵轴表示相位，单位为度。线1表示主通路的相位补偿电路的补偿的相位随信号频率的变化曲线，线2表示旁路的相位补偿电路的补偿的相位随信号频率的变化曲线，线3表示主通路和旁路切换时，放大器电路结构补偿的相位随信号频率的变化曲线；当放大器电路结构工作的频段为4GHz至5GHz时，在主通路和旁路切换时，带内引入的相位差为140°，利用本发明实施例的放大器电路结构，可以先在主通路输出端引入中心频点为4.5GHz，相移量为超前70°的无源相移网络(对应图4中的线1)，而在旁路引入中心频点为4.5GHz，相移量为滞后70°的无源相移网络(对应图4中的线2)，这样整体放大器电路结构在宽带内4GHz～5GHz引入的相位差为140°，即，在主通路和旁路切换时，放大器电路结构可以对宽带内4GHz至5GHz引入的相位差为140°进行补偿。
可选地，上述至少一个相位补偿电路中相位补偿电路的个数大于1时，所述至少一个相位补偿电路包括两个相移量变化参数不同的相位补偿电路，相移量变化参数表示相移量与频率的对应关系。
在实际的电路结构中，放大器工作在宽频带时，在宽频带内引入的相位差可能是不固定的，本发明实施例还可以处理宽频带内有相位差异的问题，当主通路接通时，可以先利用主通路的相位补偿电路在工作频段内的中心频点处超前或者滞后大小为Φ+/-ΔΦ的相位角，而在旁路接通时，利用旁路的相位补偿电路在工作频段内的中心频点处滞后或者超前大小为Φ-/+ΔΦ的相位角，由于两者随频率单调变化，且主通路和旁路的相位补偿电路的相移量变化参数不同，例如，对于主通路和旁路的相位补偿电路，相移量随频率变化的斜率不同，这样可以在宽频带内对主通路和旁路切换时引起的相位差进行补偿，同时补偿宽带内相位的差异。
在一个具体的示例中，参照图5，为本发明的另一个具体实施例中相位补偿的示意图，如图5所示，横轴表示频率，单位为GHz，纵轴表示相位，单位为度。线4表示主通路的相位补偿电路的补偿的相位随信号频率的变化曲线，线5表示旁路的相位补偿电路的补偿的相位随信号频率的变化曲线，线6表示主通路和旁路切换时，放大器电路结构补偿的相位随信号频率的变化曲线；当放大器电路结构工作的频段为4GHz至5GHz时，在主通路和旁路切换时，带内引入的相位差为135°至150°，利用本发明实施例的放大器电路结构，可以先在主通路输出端引入中心频点为4.5GHz，相移量为超前50°的无源相移网络(对应图5中的线4)，而在旁路引入中心频点为4.5GHz，相移量为滞后90°的无源相移网络(对应图5中的线5)，由于两个无源相移网络的相移量不相等，这样整体放大器电路结构在宽带内4GHz～5GHz引入的相位差为135°至150°，即，在主通路和旁路切换时，放大器电路结构可以对宽带内4GHz至5GHz引入的相位差为135°至150°进行补偿。
本发明实施例还提出了一种电路控制方法，该电路控制方法应用于放大器电路结构，所述放大器电路结构包括：放大器、第一开关和第二开关；其中，所述放大器位于主通路，所述放大器的输入端为所述放大器电路结构的信号输入端，所述第一开关位于旁路；所述第二开关的一端为所述放大器电路结构的信号输出端，另一端用于选择性地连接所述旁路的信号输出端或所述主通路的信号输出端。
图6为本发明实施例的电路控制方法的流程图，如图6所示，该流程可以包括：
步骤601：所述第一开关和所述第二开关，在接收到第一指令时，各自控制工作状态，使所述主通路连接所述放大器电路结构的信号输入端和所述放大器电路结构的信号输出端；在接收到第二指令时，各自控制工作状态，使所述旁路连接所述放大器电路结构的信号输入端和所述放大器电路结构的信号输出端。
可选地，所述放大器电路结构还包括至少一个相位补偿电路，所述至少一个相位补偿电路用于对所述主通路和旁路接收输入信号时带来的相位差进行相位补偿。
可选地，所述至少一个相位补偿电路位于所述放大器的输出端与所述主通路的信号输出端之间。
可选地，所述至少一个相位补偿电路位于所述第一开关与所述旁路的信号输出端之间。
可选地，所述至少一个相位补偿电路包括第一相位补偿电路和第二相位补偿电路；其中，
所述第一相位补偿电路位于所述放大器的输出端与所述主通路的信号输出端之间，所述第二相位补偿电路位于所述第一开关与所述旁路的信号输出端之间。
可选地，所述第一相位补偿电路和所述第二相位补偿电路中的一个相位补偿电路用于进行相位超前补偿，所述第一相位补偿电路和所述第二相位补偿电路中的另一个相位补偿电路用于进行相位滞后补偿。
可选地，所述至少一个相位补偿电路的相移量根据所述输入信号的中心频点进行确定。
可选地，所述至少一个相位补偿电路中相位补偿电路的个数大于1时，所述至少一个相位补偿电路包括两个相移量变化参数不同的相位补偿电路，相移量变化参数表示相移量与频率的对应关系。
可选地，所述第一开关为单刀单掷开关。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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)

1.一种放大器电路结构，其特征在于，包括：放大器、第一开关和第二开关；其中，所述放大器位于主通路，所述放大器的输入端为所述放大器电路结构的信号输入端，所述第一开关位于旁路；所述第二开关的一端为所述放大器电路结构的信号输出端，另一端用于选择性地连接所述旁路的信号输出端或所述主通路的信号输出端；
所述第一开关和所述第二开关，用于在接收到第一指令时，各自控制工作状态，使所述主通路连接所述放大器电路结构的信号输入端和所述放大器电路结构的信号输出端；在接收到第二指令时，各自控制工作状态，使所述旁路连接所述放大器电路结构的信号输入端和所述放大器电路结构的信号输出端。
2.根据权利要求1所述的放大器电路结构，其特征在于，还包括至少一个相位补偿电路，所述至少一个相位补偿电路用于对所述主通路和旁路接收输入信号时带来的相位差进行相位补偿。
3.根据权利要求2所述的放大器电路结构，其特征在于，所述至少一个相位补偿电路位于所述放大器的输出端与所述主通路的信号输出端之间。
4.根据权利要求2所述的放大器电路结构，其特征在于，所述至少一个相位补偿电路位于所述第一开关与所述旁路的信号输出端之间。
5.根据权利要求2所述的放大器电路结构，其特征在于，所述至少一个相位补偿电路包括第一相位补偿电路和第二相位补偿电路；其中，
所述第一相位补偿电路位于所述放大器的输出端与所述主通路的信号输出端之间，所述第二相位补偿电路位于所述第一开关与所述旁路的信号输出端之间。
6.根据权利要求5所述的放大器电路结构，其特征在于，所述第一相位补偿电路和所述第二相位补偿电路中的一个相位补偿电路用于进行相位超前补偿，所述第一相位补偿电路和所述第二相位补偿电路中的另一个相位补偿电路用于进行相位滞后补偿。
7.根据权利要求2至6任一项所述的放大器电路结构，其特征在于，所述至少一个相位补偿电路的相移量根据所述输入信号的中心频点进行确定。
8.根据权利要求7所述的放大器电路结构，其特征在于，所述至少一个相位补偿电路中相位补偿电路的个数大于1时，所述至少一个相位补偿电路包括两个相移量变化参数不同的相位补偿电路，相移量变化参数表示相移量与频率的对应关系。
9.根据权利要求1所述的放大器电路结构，其特征在于，所述第一开关为单刀单掷开关。
10.一种电路控制方法，其特征在于，应用于放大器电路结构，所述放大器电路结构包括：放大器、第一开关和第二开关；其中，所述放大器位于主通路，所述放大器的输入端为所述放大器电路结构的信号输入端，所述第一开关位于旁路；所述第二开关的一端为所述放大器电路结构的信号输出端，另一端用于选择性地连接所述旁路的信号输出端或所述主通路的信号输出端；
所述方法包括：
所述第一开关和所述第二开关，在接收到第一指令时，各自控制工作状态，使所述主通路连接所述放大器电路结构的信号输入端和所述放大器电路结构的信号输出端；在接收到第二指令时，各自控制工作状态，使所述旁路连接所述放大器电路结构的信号输入端和所述放大器电路结构的信号输出端。
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