CN114039616A - 无源噪声消除电路 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及半导体射频前端集成电路，具体涉及一种无源噪声消除电路。无源噪声消除电路包括：输入级同相放大器，输入级同相放大器包括输入端、输出端、偏置端和匹配端；输入级同相放大器的偏置端用于连接偏置电路，输入级同相放大器的匹配端用于连接匹配电路；匹配电路包括由输入反馈匹配电感和输出匹配及负载电感形成的耦合变压器；输入反馈匹配电感为耦合变压器的低压侧，输出匹配及负载电感Lout为耦合变压器的高压侧；输入反馈匹配电感的第一端连接输入级同相放大器的匹配端，输入反馈匹配电感的第二端接地；输出匹配及负载电感的第一端与输入级同相放大器的输出端相连，使得输出匹配及负载电感第一端输出的信号，与输入级同相放大器的输出端输出的信号进行求和运算。

Description

无源噪声消除电路
技术领域
本申请涉及半导体射频前端集成电路，具体涉及一种无源噪声消除电路。
背景技术
图1示出了相关技术中的有源噪声消除射频信号放大电路，从图1中可以看出，相关技术中提供的射频信号放大电路包括并联的主放大电路和辅放大电路，该主放大电路的输入端和辅放大电路的输入端相连作为射频信号输入端RFin。通常，为了使得射频信号在传输时具有更好的功率传输性能，相关技术中的噪声消除电路，其主放大电路的阻抗匹配端连接输入反馈匹配电感L。输入反馈匹配电感相关有源噪声消除技术为了消除该射频信号主放大电路产生的噪声信号，通常会增加辅助放大器噪声路径对主放大电路产生的噪声控制放大输出，并在辅放大电路输出端和主放大电路输出端设置输出合成放大电路，该输出合成放大电路使得从辅放大电路输出端输出的噪声信号和从主放大电路输出端输出的噪声信号进行同向求差运算实现噪声消除，得到射频输出信号RFout。
但是，上述有源噪声消除方案对经主放大电路及辅助放大电路输出的噪声幅度和噪声相位的控制对匹配要求较高，一旦匹配不好导致噪声幅度或噪声相位不一致，同向求差运算难以使得噪声完全抵消，同时辅助放大器的自身产生的噪声难以完全消除，因而现有有源噪声消除以实现极低噪声系数。而且有源噪声消除增加的辅助放大器及输出信号进行求差运算所需要的差分放大器均需要消耗的额外功耗与面积，影响系统功耗能效及成本。
发明内容
本申请提供了一种无源噪声消除电路，可以解决相关技术中的同向求差运算的方案难以使得噪声完全抵消的问题。
为了解决背景技术中所述的技术问题，本申请提供一种无源噪声消除电路，其特征在于，所述无源噪声消除电路包括：
输入级同相放大器，所述输入级同相放大器包括输入端P1、输出端P2、偏置端P3和匹配端P4；所述输入级同相放大器的偏置端用于连接偏置电路，所述输入级同相放大器的匹配端用于连接匹配电路；
所述匹配电路包括由输入反馈匹配电感Lin和输出匹配及负载电感Lout形成的耦合变压器；所述输入反馈匹配电感Lin为所述耦合变压器的低压侧，所述输出匹配及负载电感Lout为所述耦合变压器的高压侧；
所述输入反馈匹配电感Lin的第一端连接所述输入级同相放大器的匹配端，所述输入反馈匹配电感Lin的第二端接地；
所述输出匹配及负载电感Lout的第一端与所述输入级同相放大器的输出端相连，使得所述输出匹配及负载电感Lout第一端输出的信号，与所述输入级同相放大器的输出端输出的信号进行求和运算。
可选地，所述偏置电路包括工作电源，所述工作电源用于给所述输入级同相放大器的偏置端P3提供偏置电流；
所述输出匹配及负载电感Lout的第二端连接所述工作电源。
可选地，还包括输出级放大电路和级间阻抗匹配电容；
所述输出匹配及负载电感的第一端与所述输入级同相放大器的输出端相连并连接所述级间阻抗匹配电容的一端，所述级间阻抗匹配电容的另一端连接所述输出级放大电路的输入端，所述输出级放大电路用于对所述合成放大信号进行同相放大。
可选地，所述输出级放大电路包括输出级同相放大器，所述输出级同相放大器的输入端为所述输出级放大电路的输入端；
所述输出级同相放大器的偏置电流输入端连接工作电源，所述输出级同相放大器的偏置电流输出端，与所述输入级同相放大器的偏置端P3，以及所述输出匹配及负载电感Lout的第二端相连后通过接地电容接地。
可选地，所述输出级放大电路还包括第一电感；
所述输出级同相放大器的偏置电流输入端连接所述第一电感的一端，所述输出级同相放大器的输出端连接所述第一电感的另一端。
可选地，所述输入级同相放大器的噪声流出匹配端，在所述输入反馈匹配电感的第一端产生噪声信号；
所述噪声信号在所述输入级同相放大器的输出端P2形成第一噪声信号；
所述噪声信号经过所述耦合变压器的电压信号变换作用，被耦合变换形成第二噪声信号；
所述第一噪声信号与所述第二噪声信号的相位相反，幅度相同；
在进行所述求和运算过程中，所述第一噪声信号与所述第二噪声信号反相抵消。
可选地，所述输入反馈匹配电感Lin的第一端，与所述输入反馈匹配电感Lin的第二端之间并联补偿电容；
所述补偿电容用于补偿噪声消除相位
本申请技术方案，至少包括如下优点：
本实施例通过利用输入级同相放大器的噪声在其输出端形成的第一噪声信号，通过由匹配电路包括由输入反馈匹配电感Lin和输出匹配及负载电感Lout形成的耦合变压器，对输入级同相放大器的噪声在输入反馈匹配电感Lin第一端形成的噪声信号进行同相耦合形成第二噪声信号，且第一噪声信号与第二噪声信号之间相位完全相反，不存在相位延迟问题，且仅需调节耦合变压器系数，使得第一噪声信号与第二噪声信号的幅度一致即可直接求和实现噪声的完全消除。利用输入反馈匹配电感Lin及输出匹配负载电感Lout构成变压器无需额外增加电感，求和合成噪声消除可直接相接，无需额外的差分输出合成放大电路，节省功耗的同时能够节省面积。利用变压器电磁耦合控制输出噪声无源噪声消除的技术，无需传统有源噪声消除技术的辅助放大器控制输出噪声，解决了辅助放大器的自身的噪声难以完全消除及有源噪声消除所需的噪声幅度及相位匹配要求高影响噪声消除效果难以实现极低噪声系数问题，而且能够节省辅助放大器所需要的额外功耗与面积。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了相关技术中的射频信号放大电路；
图2示出了本申请一实施例提供的无源噪声消除电路结构框图；
图3示出了图2所示无源噪声消除电路一实施例电路结构示意图；
图4示出了本申请另一实施例所示无源噪声消除电路结构示意图；
图5示出了本申请其他实施例提供的无源噪声消除电路结构示意图；
图6示出了相关技术的射频信号放大电路输出信号的噪声曲线，和本申请实施例输出的合成放大信号中的噪声曲线对比图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图2示出了本申请一实施例提供的无源噪声消除电路结构框图，从图2中可以看出，该无源噪声消除电路200包括输入级同相放大器210，该输入级同相放大器210包括输入端P1、输出端P2、偏置端P3和匹配端P4。
其中，该输入级同相放大器210的输入端P1用于接收射频输入信号s+，该输入级同相放大器210的偏置端P3用于连接偏置电路220，该输入级同相放大器210的匹配端P4用于连接匹配电路230。
该匹配电路230包括由输入反馈匹配电感Lin和输出匹配及负载电感Lout形成的耦合变压器。该输入反馈匹配电感Lin为该耦合变压器的低压侧，所述输出匹配及负载电感Lout为所述耦合变压器的高压侧。
该输入反馈匹配电感Lin的第一端连接输入级同相放大器210的匹配端P4，输入反馈匹配电感Lin的第二端接地。
输出匹配及负载电感Lout的第一端与所述输入级同相放大器210的输出端P2相连，进行求和运算。
该输入反馈匹配电感Lin的第一端与输出匹配及负载电感Lout的第一端为同名端。
射频输入信号s+从输入端P1进入输入级同相放大器210，被该输入级同相放大器210进行同相放大在输出端P2形成第一射频放大信号S1+。
噪声电流在输出端P2流入输入级同相放大器210，在匹配端P4流出输入级同相放大器210，流出的噪声电流在输入反馈匹配电感Lin的第一端产生噪声信号n+,该噪声信号n+在输入级同相放大器210的输出端P2形成第一噪声信号N1-，该第一噪声信号N1-在输出端P2叠加第一射频放大信号S1+形成第一叠加信号S1+N1-。
由于耦合变压器的电压信号变换作用，噪声信号n+和射频输入信号s+分别被耦合变换形成第二噪声信号N2+和第二射频耦合信号S2+，第二噪声信号N2+和第二射频放大信号S2+叠加在该输出匹配及负载电感Lout的第一端形成第二叠加信号S2+N2+。
该第一叠加信号S1+N1-中的第一噪声信号N1-，和第二叠加信号S2+N2+中的第二噪声信号N2-的相位相反，且可以调节该耦合变压器系数，使得第一噪声信号N1-与第二噪声信号N2-的幅度相同。
可选地，输出匹配及负载电感Lout的第一端与输入级同相放大器210的输出端P2相连，将第一叠加信号S1+N1-与第二叠加信号S2+N2+进行求和运算过程，能够使得第一叠加信号S1+N1-中的第一噪声信号N1-，和第二叠加信号S2+N2+中的第二噪声信号N2-相互抵消，同时使得第一叠加信号S1+N1-中的第一射频放大信号S1+和第二叠加信号S2+N2+中的第二射频耦合信号S2+同相叠加合成，以增强输入级同相放大器210输出端P2的射频放大信号，实现增益增强。
本实施例通过利用输入级同相放大器的噪声在其输出端形成的第一噪声信号，通过由匹配电路包括由输入反馈匹配电感Lin和输出匹配及负载电感Lout形成的耦合变压器，对输入级同相放大器的噪声在输入反馈匹配电感Lin第一端形成的噪声信号进行同相耦合形成第二噪声信号，且第一噪声信号与第二噪声信号之间相位完全相反，不存在相位延迟问题，且仅需调节耦合变压器系数，使得第一噪声信号与第二噪声信号的幅度一致即可直接求和实现噪声的完全消除。利用输入反馈匹配电感Lin及输出匹配负载电感Lout构成变压器无需额外增加电感，求和合成噪声消除可直接相接，无需额外的差分输出合成放大电路，节省功耗的同时能够节省面积。利用变压器电磁耦合控制输出噪声无源噪声消除的技术，无需传统有源噪声消除技术的辅助放大器控制输出噪声，解决了辅助放大器的自身的噪声难以完全消除及有源噪声消除所需的噪声幅度及相位匹配要求高影响噪声消除效果难以实现极低噪声系数问题，而且能够节省辅助放大器所需要的额外功耗与面积。
参照图3，其示出了图2所示无源噪声消除电路一实施例电路结构示意图，从图3中可以看出，该无源噪声消除电路200的偏置电路220包括工作电源Vdd，该工作电源Vdd用于给输入级同相放大器210的偏置端P3提供偏置电流。该输出匹配及负载电感Lout的第二端也连接该工作电源Vdd。
参照图4，其示出了本申请另一实施例所示无源噪声消除电路结构示意图，从图4中可以看出，该无源噪声消除电路在图2和图3所示实施例的基础上，还包括输出级放大电路400和级间阻抗匹配电容C1，输出匹配及负载电感Lout的第一端与所述输入级同相放大器210的输出端P2相连并连接级间阻抗匹配电容C1的一端，级间阻抗匹配电容C1的另一端连接输出级放大电路400的输入端，该输出级放大电路400用于对所述合成放大信号进行放大。
继续参照图4，该输出级放大电路400包括输出级同相放大器410，该输出级同相放大器410的输入端T1为该输出级放大电路400的输入端。
输出级同相放大器410的偏置电流输入端T3连接工作电源Vdd。
输出级放大电路400还包括第一电感Lauxo，输出级同相放大器410的偏置电流输入端T3连接该第一电感Lauxo的一端，输出级同相放大器410的输出端T2连接该第一电感Lauxo的另一端。
参照图5，其示出了本申请其他实施例提供的无源噪声消除电路结构示意图，从图5中可以看出，本实施例是在图2所示实施例的基础上，无源噪声消除电路还包括输出级放大电路400和级间阻抗匹配电容C1，输出匹配及负载电感Lout的第一端与所述输入级同相放大器210的输出端P2相连并连接级间阻抗匹配电容C1的一端，级间阻抗匹配电容C1的另一端连接输出级放大电路400的输入端，该输出级放大电路400用于对所述合成放大信号进行放大。
该输出级放大电路400包括输出级同相放大器410，该输出级同相放大器410的输入端T1为该输出级放大电路400的输入端。
输出级同相放大器410的偏置电流输入端T3连接工作电源Vdd。输出级同相放大器410的偏置电流输出端T4，与输入级同相放大器210的偏置端P3，以及所述输出匹配及负载电感Lout的第二端在相交节点X处相交，接地电容C2的一端连接该相交节点X，另一端接地。
本实施例能够使得工作电源Vdd产生的直流，从输出级同相放大器410的偏置电流输入端T3流入输出级同相放大器410，从偏置电流输出端T4流出输出级同相放大器410，然后在相交节点X处分流，分别流向输入级同相放大器210的偏置端P3和输出匹配及负载电感Lout的第二端，从而使得同相放大器210与输出级同相放大器410能够共享偏置电流，进一步降低功耗。
在图2至图5中任一幅图所示结构基础上，输入反馈匹配电感Lin的第一端，与所述输入反馈匹配电感Lin的第二端之间并联补偿电容，该补偿电容用于补偿噪声消除相位，更好的实现所需消除的噪声完全反相以便可以直接求和合成消除。
可继续参照图5，图5中的输入反馈匹配电感Lin的第一端和第二端之间并联补偿电容CT。
图6示出了相关技术的射频信号放大电路输出信号的噪声曲线，和本申请实施例输出的合成放大信号中的噪声曲线对比图。图6中的虚线曲线表示相关技术的射频信号放大电路输出信号的噪声曲线，图6中的实现曲线表示本申请实施例输出的合成放大信号中的噪声曲线，从图6中可以看出，本申请实施例提供的无源噪声消除电路能够较好地实现噪声消除，其输出的合成放大信号中极低噪声系数由相关技术中的0.8dB的基础上能够改善0.2dB。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种无源噪声消除电路，其特征在于，所述无源噪声消除电路包括：
输入级同相放大器，所述输入级同相放大器包括输入端、输出端、偏置端和匹配端；所述输入级同相放大器的偏置端用于连接偏置电路，所述输入级同相放大器的匹配端用于连接匹配电路；
所述匹配电路包括由输入反馈匹配电感和输出匹配及负载电感形成的耦合变压器；所述输入反馈匹配电感为所述耦合变压器的低压侧，所述输出匹配及负载电感Lout为所述耦合变压器的高压侧；
所述输入反馈匹配电感的第一端连接所述输入级同相放大器的匹配端，所述输入反馈匹配电感的第二端接地；
所述输出匹配及负载电感的第一端与所述输入级同相放大器的输出端相连，使得所述输出匹配及负载电感第一端输出的信号，与所述输入级同相放大器输出端输出的信号进行求和运算。
2.如权利要求1所述的无源噪声消除电路，其特征在于，所述偏置电路包括工作电源，所述工作电源用于给所述输入级同相放大器的偏置端提供偏置电流；
所述输出匹配及负载电感的第二端连接所述工作电源。
3.如权利要求1所述的无源噪声消除电路，其特征在于，还包括输出级放大电路和级间阻抗匹配电容；
所述输出匹配及负载电感的第一端与所述输入级同相放大器的输出端相连并连接所述级间阻抗匹配电容的一端，所述级间阻抗匹配电容的另一端连接所述输出级放大电路的输入端，所述输出级放大电路用于对所述合成放大信号进行放大。
4.如权利要求3所述的无源噪声消除电路，其特征在于，所述输出级放大电路包括输出级同相放大器，所述输出级同相放大器的输入端为所述输出级放大电路的输入端；
所述输出级同相放大器的偏置电流输入端连接工作电源，所述输出级同相放大器的偏置电流输出端，与所述输入级同相放大器的偏置端，以及所述输出匹配及负载电感的第二端相连后通过接地电容接地。
5.如权利要求3所述的无源噪声消除电路，其特征在于，所述输出级放大电路还包括第一电感；
所述输出级同相放大器的偏置电流输入端连接所述第一电感的一端，所述输出级同相放大器的输出端连接所述第一电感的另一端。
6.如权利要求1所述的无源噪声消除电路，其特征在于，所述输入级同相放大器的噪声流出匹配端，在所述输入反馈匹配电感的第一端产生噪声信号；
所述噪声信号在所述输入级同相放大器的输出端P2形成第一噪声信号；
所述噪声信号经过所述耦合变压器的电压信号变换作用，被耦合变换形成第二噪声信号；
所述第一噪声信号与所述第二噪声信号的相位相反，幅度相同；
在进行所述求和运算过程中，所述第一噪声信号与所述第二噪声信号反相抵消。
7.如权利要求1至6中任一项所述的无源噪声消除电路，其特征在于，所述输入反馈匹配电感的第一端，与所述输入反馈匹配电感的第二端之间并联补偿电容；
所述补偿电容用于补偿噪声消除相位。
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