CN112290892A

CN112290892A - 一种双模低噪声跨导放大器电路、用于放大射频信号的方法及ble接收器

Info

Publication number: CN112290892A
Application number: CN202011176179.8A
Authority: CN
Inventors: 苏杰; 徐祎喆; 朱勇
Original assignee: Chongqing Bairui Internet Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Chongqing Bairui Internet Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2021-01-29

Abstract

本申请公开了一种双模低噪声跨导放大器电路、用于放大射频信号的方法及BLE接收器，属于射频集成电路技术领域。该双模低噪声跨导放大器电路主要包括：电压放大模块，其用于将双模低噪声跨导放大器电路在采集模式或跟踪模式下接收的射频电压信号进行放大后输出；电压转换模块，其用于将经放大的射频电压信号转换为电流信号；电感模块，其一端分别与电压放大模块和电压转换模块连接，电感模块的另一端接地，其中当双模低噪声跨导放大器电路在采集模式下，关闭电感模块，当双模低噪声跨导放大器电路在跟踪模式下，开启电感模块。本申请能够使双模LNTA电路在采集模式和跟踪模式时处于两种状态进行工作，降低双模LNTA电路功耗和面积。

Description

一种双模低噪声跨导放大器电路、用于放大射频信号的方法及BLE接收器

技术领域

本申请涉及射频集成电路技术领域，特别是一种双模低噪声跨导放大器电路、用于放大射频信号的方法及BLE接收器。

背景技术

随着社会与技术的进步，越来越多的无线应用得到开发，各类新的无线标准不断推出。射频接收器是近年来学术界和工业界的研究热点，通过单一的接收链路可实现多种通信协议的兼容，并且可以降低整个射频接收器的功耗和芯片面积。

在射频接收器系统中，低噪声跨导放大器(LNTA)作为链路的第一级，承担了重要的作用，其主要功能是提供足够的增益来克服后续(如混频器)的噪声。传统的LNTA在高增益阶段和低增益阶段全程处于相同的工作状态，LNTA长时间工作在同一状态，所以在全程工作中，LNTA的功耗会较高或者使用两个并行放大器，并在每种模式之间进行交换。这种最简单的并行放大器解决方案将负载信号路径加倍，并降低了噪声性能，但是增加了芯片面积。并且在片内LNTA会使用电感做源级负反馈进行匹配或者用电感作为负载，但是这样会造成芯片的面积成本增加。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请主要提供了一种双模低噪声跨导放大器电路、用于放大射频信号的方法及BLE接收器。

本申请采用的一个技术方案是：提供一种双模低噪声跨导放大器电路，其包括：电压放大模块，其用于将双模低噪声跨导放大器电路在采集模式或跟踪模式下接收的射频电压信号进行放大后输出；电压转换模块，其用于将经放大的射频电压信号转换为电流信号；电感模块，其一端分别与电压放大模块和电压转换模块连接，电感模块的另一端接地，其中当双模低噪声跨导放大器电路在采集模式下，关闭电感模块，当双模低噪声跨导放大器电路在跟踪模式下，开启电感模块。

本申请采用的另一个技术方案是：提供一种用于放大射频信号的方法，其包括：由电压放大模块将双模低噪声跨导放大器电路在采集模式或跟踪模式下接收的射频电压信号进行放大后输出；由电压转换模块将经放大的射频电压信号转换为电流信号；当双模低噪声跨导放大器电路在采集模式下，关闭电感模块，当双模低噪声跨导放大器电路在跟踪模式下，开启电感模块，其中电感模块一端分别与电压放大模块和电压转换模块连接，电感模块的另一端接地。

本申请采用的另一个技术方案是：提供一种BLE接收器，其包括上一技术方案所提供的双模低噪声跨导放大器电路。

本申请的技术方案可以达到的有益效果是：本申请通过双模LNTA电路处于采集模式或跟踪模式，关闭或者开启电感模块，使得在双模LNTA电路在采集模式和跟踪模式时处于两种状态进行工作，当处于跟踪模式时提高增益，以更高的功耗提供高性能；当处于采集模式时降低增益，降低功耗，同时能够降低双模LNTA电路的面积。

附图说明

图1是本申请一种双模低噪声跨导放大器电路的具体实施方式的示意图；

图2是本申请一种双模低噪声跨导放大器电路的具体实施例的示意图；

图3是本申请一种用于放大射频信号的方法的具体实施方式的示意图；

图4是本申请一种BLE接收器的具体实施例的示意图；

附图中的各部件标记如下：1-第一电阻、2-第二电阻、3-第一电容、4-第二电容、5-第一晶体管、6-第二晶体管、7-第三电阻、8-有源电感、9-第三晶体管、10-第四电阻、11-第四晶体管。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的较佳实施例进行详细阐述，以使本申请的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本申请的保护范围做出更为清楚明确的界定。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

低噪声跨导放大器为噪声系数很低的放大器，一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。

图1示出了本申请一种双模低噪声跨导放大器电路的具体实施方式。在该具体实施方式中，本申请双模低噪声跨导放大器电路主要包括：电压放大模块。该模块主要用于将双模低噪声跨导放大器电路在采集模式或跟踪模式下接收的射频电压信号进行放大后输出。

图2示出了本申请一种双模低噪声跨导放大器电路的具体实施例的示意图。在该具体实施例中，本申请双模低噪声跨导放大器电路还包括偏置电压模块，其中偏置电压模块与电压放大模块连接，为电压放大模块的提供偏置电压。

在该具体实施例中，电压放大模块的偏置电压采用偏置电压模块设置，通过直接调节偏置电压模块控制电压放大模块的栅压，对双模LNTA电路的跨导进行调节，从而大幅降低了双模LNTA电路的整体功耗。

在图2所示的具体实施例中，偏置电压模块包括第一电阻1、第二电阻2和第一电容3，其中第一电阻1的一端连接第一偏置电压VB1，第一电阻1的另一端作为偏置电压模块的第一输出端，第二电阻2的一端连接第二偏置电压VB2，第二电阻2的另一端连接第一电容3的一端后作为偏置电压模块的第二输出端，第一电容3的另一端接地。

在图2所示的具体实施例中，电压放大模块包括第二电容4、第一晶体管5、第二晶体管6和第三电阻7，其中第二电容4的一端连接射频电压信号的输入端，第一晶体管5的栅极分别连接第二电容4的另一端和偏置电压模块的第一输出端，第一晶体管5的源极接地，第一晶体管5的漏极连接第二晶体管6的源极，第二晶体管6的漏极分别连接第三电阻7的一端和电感模块8的一端，第二晶体管6的栅极连接偏置电压模块的第二输出端，第三电阻7的另一端连接外部电源并作为电压放大模块的输出端。

在该具体实施例中，RFin为输入的电压信号，通过第一晶体管5和第二晶体管6组成的cascode(共射共基)的结构进行放大，第三电阻7为负载，最后输出一个电压信号。其中第一偏置电压VB1和第二偏置电压VB2为cascode结构的偏置信号，可以通过第一偏置电压VB1和第二偏置电压VB2控制调节第一晶体管5和第二晶体管6的栅极的偏置电压大小。其中第一晶体管5和第二晶体管6为NMOS管。

在图1所示的具体实施方式中，本申请双模低噪声跨导放大器电路还包括：电压转换模块。该模块主要用于将经放大的射频电压信号转换为电流信号。

在图2所示的具体实施例中，电压转换模块包括第三晶体管9、第四晶体管11和第四电阻10，其中第三晶体管9的栅极、第四晶体管11的栅极和第四电阻10的一端连接，并连接电感模块8的一端，第四晶体管11的漏极连接外部电源；第四晶体管11的源极分别连接第四电阻10的另一端和第三晶体管9的漏极，并作为电压转换模块的输出端。

在该具体实施例中，第三晶体管9、第四晶体管11和第四电阻10形成一个自偏置的LNTA，实现电压信号到电流信号的转变。其中第三晶体管9和第四晶体管11为NMOS管。

在图1所示的具体实施方式中，本申请双模低噪声跨导放大器电路还包括：电感模块。该模块主要一端分别与电压放大模块和电压转换模块连接，电感模块的另一端接地，其中当双模低噪声跨导放大器电路在采集模式下，关闭电感模块，当双模低噪声跨导放大器电路在跟踪模式下，开启电感模块。

传统的LNTA通常会在负载或者源级下使用电感，但是电感的成本较高并且面积较大。因此在图2所示的具体实施例中，电感模块包括有源电感。在该具体实施例中利用有源电感能够降低双模LNTA电路的成本和面积。

在图2所示的具体实施例中，在双模LNTA电路中利用电压放大模块和电压转换模块，并且利用MOS管的固有增益公式A_vi＝g_m/g_d＝g_m/λI_D，其中λ为沟道长度调制系数。当电流I_D减小时，g_m也同时减小，所以能够保持双模LNTA电路的增益不变。

在现有技术中，传统的LNTA处于采集模式和跟踪模式下为同一状态。但是在图2所示的具体实施例中，双模LNTA电路中可以在采集模式和跟踪模式下为不同的状态。当搜索信号时，双模LNTA电路处于采集模式，然后采集到信号后会进入跟踪模式，对比采集模式的时间，跟踪模式实际处于更长的时间段，但是采集模式对于LNTA的噪声性能以及增益的要求更加高同时会产生较大的功耗，所以通过电感模块的关闭和开启让双模LNTA电路处于两种不同工作模式进行工作，从而实现降低功耗的目的。

具体地，当双模LNTA电路处于跟踪模式时，会形成较差的噪声，这种情况是可以接受的。当双模LNTA电路处于采集模式时，关闭有源电感8，在电压放大模块中会产生较大的偏置电压，因此双模LNTA电路会处在一个大功耗的情况下工作。当双模LNTA电路处于跟踪模式时，双模LNTA电路会处于低功耗模式，但是为了保持在跟踪模式或采集模式下跨导相对的恒定，因此采用MOS管的固有增益，从而保持双模LNTA电路的增益恒定。但是由于电压放大模块的带宽随着电流的减小而减小，所以开启有源电感8，避免电压放大模块的带宽减小，增加双模LNTA电路的增益，使得双模LNTA电路可以在跟踪模式下正常工作。

同时，传统的双模LNTA方案是使用两个并行电路进行设计，可以通过增加功耗来降低噪声，但是这种情况下芯片的面积较大，因此利用本申请的双模LNTA电路能够减小芯片的面积，同时实现良好的散热功能。

在图1所示的具体实施方式中，通过双模LNTA电路处于采集模式或跟踪模式，关闭或者开启电感模块，使得在双模LNTA电路在采集模式和跟踪模式时处于两种状态进行工作，当处于跟踪模式时提高增益，以更高的功耗提供高性能；当处于采集模式时降低增益，降低功耗，同时能够降低双模LNTA电路的面积。

图3示出了本申请一种用于放大射频信号的方法的具体实施方式。在该具体实施方式中，本申请一种用于放大射频信号的方法包括步骤S301。该步骤主要包括由电压放大模块将双模低噪声跨导放大器电路在采集模式或跟踪模式下接收的射频电压信号进行放大后输出。

在图3所示的具体实施方式中，本申请一种用于放大射频信号的方法还包括步骤S302。该步骤主要包括由电压转换模块将经放大的射频电压信号转换为电流信号。

在图3所示的具体实施方式中，本申请一种用于放大射频信号的方法还包括步骤S303。该步骤主要包括当双模低噪声跨导放大器电路在采集模式下，关闭电感模块，当双模低噪声跨导放大器电路在跟踪模式下，开启电感模块，其中电感模块一端分别与电压放大模块和电压转换模块连接，电感模块的另一端接地。

在本申请的一个具体实施例中，由偏置电压模块为电压放大模块的提供偏置电压。

在本申请的一个具体实施例中，电感模块包括有源电感。

本申请提供的用于放大射频信号的方法，与上述任一实施例描述的双模低噪声跨导放大器电路的实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

在本申请的另一个具体实施方式中，本申请提供了一种BLE接收器。该BLE接收器包括图1所示的双模LNTA电路。

在BLE接收器中，低噪声跨导放大器必须向下一级电路(混频器)输出适当的信号。信号过小，混频器无法检测；信号过大又会对混频器造成过载，使线性度恶化。而低噪声放大器从天线接收到的信号是一个动态范围很大的信号，LNTA增益调节可控变得十分必要，因此本申请的BLE接收器包括双模LNTA电路，使BLE接收器在高增益阶段和低增益阶段以两种不同的状态分别工作，对于电路系统进行更好的功率优化。

传统的LNTA的匹配网络是通过电阻或电感来实现的。在本申请的一个具体实施例中，该BLE接收器还包括匹配网络模块，其中匹配网络模块实现双模低噪声跨导放大器电路在采集模式与跟踪模式下的匹配。该匹配网络模块包括一电容和一电感，其中匹配网络模块的输入端分别连接电容的一端和电感的一端，电容的另一端接地，电感的另一端作为匹配网络模块的输出端。

阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。在该具体实施例中，双模LNTA电路处于采集模式或跟踪模式下，都具有相似的输入阻抗，因此利用匹配网络模块实现采集模式和跟踪模式下的输入阻抗匹配，同时可以进一步的降低BLE接收器的成本。

图4示出了本申请一种BLE接收器的具体实施例。在该具体实施例中，该BLE接收器包括天线、滤波器、匹配网络模块、双模LNTA电路和I/Q两路无源混频器。当该BLE接收器接收到射频电压信号时，由滤波器将信号中的有用成分选出，衰减和滤除无用的干扰信号。再由匹配网络模块实现输入阻抗匹配。由双模LNTA电路将射频电压信号进行放大并转换成电流信号，然后在I/Q两路无源混频器中与本振信号混频，经下变频后转换为中频信号进行后续处理。其中由于采用I/Q两路无源混频器，不需要使用外部电源，因此通过I/Q两路无源混频器的直流电流可以为0，从而减小该BLE接收器的闪烁噪声。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims

1.一种双模低噪声跨导放大器电路，其特征在于，包括：

电压放大模块，其用于将所述双模低噪声跨导放大器电路在采集模式或跟踪模式下接收的射频电压信号放大后输出；

电压转换模块，其用于将经放大的射频电压信号转换为电流信号；

电感模块，其一端分别与所述电压放大模块和所述电压转换模块连接，所述电感模块的另一端接地，其中当所述双模低噪声跨导放大器电路在所述采集模式下，关闭所述电感模块，当所述双模低噪声跨导放大器电路在所述跟踪模式下，开启所述电感模块。

2.根据权利要求1所述的双模低噪声跨导放大器电路，其特征在于，所述电感模块包括有源电感。

3.根据权利要求1所述的双模低噪声跨导放大器电路，其特征在于，还包括偏置电压模块，其中所述偏置电压模块与所述电压放大模块连接，为所述电压放大模块的提供偏置电压。

4.根据权利要求3所述的双模低噪声跨导放大器电路，其特征在于，所述偏置电压模块包括第一电阻、第二电阻和第一电容，其中所述第一电阻的一端连接第一偏置电压，所述第一电阻的另一端作为所述偏置电压模块的第一输出端，所述第二电阻的一端连接第二偏置电压，所述第二电阻的另一端连接所述第一电容的一端后作为所述偏置电压模块的第二输出端，所述第一电容的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的双模低噪声跨导放大器电路，其特征在于，所述电压放大模块包括第二电容、第一晶体管、第二晶体管和第三电阻，其中所述第二电容的一端连接所述射频电压信号的输入端，所述第一晶体管的栅极分别连接所述第二电容的另一端和所述偏置电压模块的第一输出端，所述第一晶体管的源极接地，所述第一晶体管的漏极连接所述第二晶体管的源极，所述第二晶体管的漏极分别连接所述第三电阻的一端和所述电感模块的一端，所述第二晶体管的栅极连接所述偏置电压模块的第二输出端，所述第三电阻的另一端连接外部电源并作为所述电压放大模块的输出端。

6.根据权利要求1所述的双模低噪声跨导放大器电路，其特征在于，所述电压转换模块包括第三晶体管、第四晶体管和第四电阻，其中所述第三晶体管的栅极、所述第四晶体管的栅极和所述第四电阻的一端连接，并与所述电感模块的一端连接，所述第四晶体管的漏极连接外部电源，所述第四晶体管的源极分别连接所述第四电阻的另一端和所述第三晶体管的漏极，并作为所述电压转换模块的输出端。

7.一种用于放大射频信号的方法，其特征在于，包括：

由电压放大模块将所述双模低噪声跨导放大器电路在采集模式或跟踪模式下接收的射频电压信号进行放大后输出；

由电压转换模块将经放大的射频电压信号转换为电流信号；

当所述双模低噪声跨导放大器电路在所述采集模式下，关闭所述电感模块，当所述双模低噪声跨导放大器电路在所述跟踪模式下，开启所述电感模块，其中电感模块一端分别与所述电压放大模块和所述电压转换模块连接，所述电感模块的另一端接地。

8.根据权利要求7所述的用于放大射频信号的方法，其特征在于，还包括：由偏置电压模块为所述电压放大模块的提供偏置电压。

9.一种BLE接收器，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的双模低噪声跨导放大器电路。

10.根据权利要求9所述的BLE接收器，其特征在于，还包括匹配网络模块，其中所述匹配网络模块实现所述双模低噪声跨导放大器电路在所述采集模式与所述跟踪模式下的匹配。