CN115622519A - 基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器及其带外输入1dB压缩点的提升方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器及其带外输入1dB压缩点的提升方法，所述带陷低噪声放大器包括依次串联设置的输入匹配单元、放大单元及输出匹配单元，放大单元包括N+1个放大模块及N个匹配模块，N+1个放大模块与N个匹配模块依次交替串联设置，放大模块包括串联设置的放大器及谐振器，通过谐振器来调节带陷低噪声放大器工作频段外的谐振频率，使带陷低噪声放大器的谐振频率处于工作频段外需要的位置，这有效抑制了带外增益，提高了带外输入1dB压缩点；在每个谐振器的输出端与下一级放大器的输入端之间串设匹配模块，通过该匹配模块能有效提升低噪声放大器的增益平坦度，并提升了带陷低噪声放大器的整体性能。

Description

基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器及其带外输入1dB压缩 点的提升方法

技术领域

本发明涉及低噪声放大技术领域，特别是涉及一种基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器及其带外输入1dB压缩点的提升方法。

背景技术

低噪声放大器是一种噪声系数很低的放大器，广泛应用于无线通信对接收信号灵敏度较高的领域，主要作用是放大所接收的微弱信号，使系统能够解调出所需的信息。在放大微弱信号的应用中，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，而噪声系数作为其一项重要的技术指标直接反映整个系统的灵敏度，所以低噪声放大器(LNA，Low NoiseAmplifier)设计对整个系统的性能至关重要。

但是，在大多数低噪声放大器的设计中，更多的只关注带内输入1dB压缩点，而对于带外输入1dB压缩点少有关注。对于收发不同频的无线通信，由于收发不在同一个频率范围，当信道处于发射状态时，如果接收通道在发射频率处输入的带外1dB压缩点太小，则接收通道就容易被发射通道泄露的信号阻塞。因此，提高低噪声放大器带外输入1dB压缩点对于某些应用的无线通信非常重要。而传统的方式是直接在低噪声放大器的后面加入一个低通或者带通滤波器，但该方式电路复杂且占用面积较大，还会对低噪声放大器的噪声系数带来影响。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器的技术方案，用于解决上述技术问题。

一方面，本发明提供一种基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器，包括依次串联设置的输入匹配单元、放大单元及输出匹配单元，所述放大单元包括N+1个放大模块及N个匹配模块，N+1个所述放大模块与N个所述匹配模块依次交替串联设置，所述放大模块包括串联设置的放大器及谐振器，所述放大器的输入端作为所述放大模块的输入端，所述放大器的输出端接所述谐振器的一端，所述谐振器的另一端作为所述放大模块的输出端，其中，N为正整数。

可选地，所述放大器包括NMOS管、第一电感、第二电感及电阻，所述NMOS管的源极经串接的所述第一电感后接地，所述NMOS管的漏极经串接的所述第二电感后接工作电压，所述NMOS管的栅极经串接的所述电阻后接偏置电压，且所述NMOS管的栅极作为所述放大器的输入端，所述NMOS管的漏极作为所述放大器的输出端。

可选地，所述谐振器包括第一电容及第三电感，所述第一电容与所述第三电感并联设置，且所述第一电容的一端接所述NMOS管的漏极，所述第一电容的另一端作为所述放大模块的输出端。

可选地，所述第一电容包括可调电容器，所述第三电感包括可调电感器。

可选地，所述匹配模块包括第二电容及第四电感，所述第二电容与所述第四电感串联设置，所述第二电容的一端接前一个所述放大模块的输出端，所述第二电容的另一端接所述第四电感的一端，所述第四电感的另一端接后一个所述放大模块的输入端。

可选地，N的取值为2，所述放大单元包括3个所述放大模块及2个所述匹配模块，3个所述放大模块与2个所述匹配模块依次交替串联设置。

另一方面，本发明还提供一种基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器带外输入1dB压缩点的提升方法，所述基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器包括多级级联设置的放大器，且在每级所述放大器的输出端串设有谐振器，通过所述谐振器来调节所述带陷低噪声放大器工作频段外的谐振频率，使所述带陷低噪声放大器的谐振频率处于工作频段外需要的位置，以抑制带外增益，提高带外输入1dB压缩点。

可选地，在每个所述谐振器的输出端与下一级所述放大器的输入端之间串设有级间匹配模块，通过所述级间匹配模块提升所述带陷低噪声放大器的增益平坦度。

可选地，所述谐振器包括LC并联电路，所述级间匹配模块包括LC串联电路。

如上所述，本发明的一种基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器，至少具有以下有益效果：

在每级放大器的输出端串设谐振器，通过谐振器来调节带陷低噪声放大器工作频段外的谐振频率，使带陷低噪声放大器的谐振频率处于工作频段外需要的位置，这有效抑制了带外增益，提高了带外输入1dB压缩点；在每个谐振器的输出端与下一级放大器的输入端之间串设级间匹配模块，即在相邻放大级之间串设级间匹配模块，通过该级间匹配模块能有效提升带陷低噪声放大器的增益平坦度。

附图说明

图1显示为本发明中带陷低噪声放大器的结构框图。

图2显示为本发明一实施例中放大器的电路图。

图3显示为本发明一实施例中谐振器的电路图。

图4显示为本发明一实施例中匹配模块的电路图。

图5显示为本发明一实施例中带陷低噪声放大器的电路图。

图6显示为图5中带陷低噪声放大器的增益仿真曲线图。

图7显示为图5中带陷低噪声放大器的带外输入1dB压缩点仿真曲线图。

附图标记说明

IN—低噪声放大器的射频信号输入端，OUT—低噪声放大器的射频信号输出端，M1、M2、M3—NMOS管，L1、L5、L9—第一电感，L2、L6、L10—第二电感，L3、L7、L11—第三电感，L4、L8—第四电感，R1、R2、R3—电阻，C1、C3、C5—第一电容，C2、C4—第二电容，VDD—工作电压，VB1、VB2、VB3—偏置电压，GND—地，Vin1—放大器的输入端，Vout1—放大器的输出端，Vin2—谐振器的输入端，Vout2—谐振器的输出端。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

如图1所示，本发明提供一种基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器，其包括依次串联设置的输入匹配单元、放大单元及输出匹配单元，放大单元包括N+1个放大模块及N个匹配模块，N+1个放大模块与N个匹配模块依次交替串联设置，放大模块包括串联设置的放大器及谐振器，放大器的输入端作为放大模块的输入端，放大器的输出端接谐振器的一端，谐振器的另一端作为放大模块的输出端，其中，N为正整数。

详细地，如图1所示，输入匹配单元的一端作为带陷低噪声放大器的射频信号输入端IN，输入匹配单元的另一端接放大单元的输入端，放大单元的输出端接输出匹配单元的一端，输出匹配单元的另一端作为带陷低噪声放大器的射频信号输出端OUT。其中，在设计带陷低噪声放大器时，输入匹配单元与输出匹配单元应同时满足匹配、谐波衰减、带宽、小驻波、线性及实际尺寸等多项要求，可采用基于电阻、电容和电感的阻抗匹配电路结构，具体结构可参见现有技术，在此不再赘述。

详细地，如图1所示，在放大单元中，放大模块1、放大模块2、…及放大模块N+1为相同的结构，每个放大模块包括串联设置的放大器及谐振器，放大模块1包括串联设置的放大器1及谐振器1，放大模块2包括串联设置的放大器2及谐振器2，…，放大模块N+1包括串联设置的放大器N+1及谐振器N+1。

如图2所示，在本发明的一可选实施例中，放大器1、放大器2、…及放大器N+1为相同的放大器结构，采用基于NMOS管的共源极放大结构，其包括NMOS管M1、第一电感L1、第二电感L2及电阻R1，NMOS管M1的源极经串接的第一电感L1后接地GND，NMOS管M1的漏极经串接的第二电感L2后接工作电压VDD，NMOS管M1的栅极经串接的电阻R1后接偏置电压VB1，且NMOS管M1的栅极作为放大器的输入端Vin1，NMOS管M1的漏极作为放大器的输出端Vout1。

详细地，如图2所示，在工作电压VDD与偏置电压VB1接通之后，NMOS管M1构成了共源极放大器，其对栅极输入的信号进行放大而后在漏极进行输出。

如图3所示，在本发明的一可选实施例中，谐振器1、谐振器2、…及谐振器N+1为相同的谐振器结构，采用LC并联谐振结构，其包括第一电容C1及第三电感L3，第一电容C1与第三电感L3并联设置，且第一电容C1的一端接NMOS管M1的漏极，即谐振器的输入端Vin2接放大器的输出端Vout1，第一电容C1的另一端作为放大模块的输出端，即谐振器的输出端Vout2作为放大模块的输出端。

其中，第一电容C1包括可调电容器，第三电感L3包括可调电感器，且LC并联谐振电路的谐振频率f满足以下公式：

因此，通过调整第一电容C1的电容值和第三电感L3的电感值，即可得到不同的谐振频率，通过谐振器能调节带陷低噪声放大器工作频段外的谐振频率，使带陷低噪声放大器的谐振频率处于工作频段外需要的位置，以抑制带外增益，提高带外输入1dB压缩点。

如图1与图4所示，在本发明的一可选实施例中，放大单元中的匹配模块1、匹配模块2、…及匹配模块N为相同的匹配结构，采用LC串联结构，其包括第二电容C2及第四电感L4，第二电容C2与第四电感L4串联设置，第二电容C2的一端接前一个放大模块的输出端(也即前一个谐振器的输出端)，第二电容C2的另一端接第四电感L4的一端，第四电感L4的另一端接后一个放大模块的输入端(也即后一个放大器的输入端)。

详细地，谐振器1、谐振器2、…及谐振器N+1采用LC并联谐振结构不可避免地对带陷低噪声放大器的增益平坦度带来影响，会使得放大器的增益波动较大、增益平坦度变差；因此，在相邻两个放大模块之间增设一个匹配模块，通过该匹配模块的设计和元器件参数的合理选择能有效提升带陷低噪声放大器的增益平坦度。

在本发明的一可选实施例中，N的取值为2，带陷低噪声放大器中的放大单元包括3个放大模块及2个匹配模块，3个放大模块与2个模块依次交替串联设置，如图5所示，放大模块1包括放大器1及谐振器1，放大模块2包括放大器2及谐振器2，放大模块3包括放大器3及谐振器3，放大器1、谐振器1、匹配模块1、放大器2、谐振器2、匹配模块2、放大器3及谐振器3依次串联构成放大单元，且放大器1的输入端接输入匹配单元的输出端，谐振器3的输出端接输出匹配单元的输入端。

详细地，如图5所示，本发明一可选实施例中带陷低噪声放大器的结构如下：

输入匹配单元的输入端作为带陷低噪声放大器的射频信号输入端IN，放大器1包括NMOS管M1、第一电感L1、第二电感L2及电阻R1，NMOS管M1的源极经串接的第一电感L1后接地GND，NMOS管M1的漏极经串接的第二电感L2后接工作电压VDD，NMOS管M1的栅极经串接的电阻R1后接偏置电压VB1，NMOS管M1的栅极接输入匹配单元的输出端；谐振器1包括第一电容C1及第三电感L3，第一电容C1与第三电感L3并联设置，且第一电容C1的一端接NMOS管M1的漏极；匹配模块1包括第二电容C2及第四电感L4，第二电容C2的一端接第一电容C1的另一端，第二电容C2的另一端接第四电感L4的一端；

放大器2包括NMOS管M2、第一电感L5、第二电感L6及电阻R2，NMOS管M2的源极经串接的第一电感L5后接地GND，NMOS管M2的漏极经串接的第二电感L6后接工作电压VDD，NMOS管M2的栅极经串接的电阻R2后接偏置电压VB2，NMOS管M2的栅极接第四电感L4的另一端；谐振器2包括第一电容C3及第三电感L7，第一电容C3与第三电感L7并联设置，且第一电容C3的一端接NMOS管M2的漏极；匹配模块2包括第二电容C4及第四电感L8，第二电容C4的一端接第一电容C3的另一端，第二电容C4的另一端接第四电感L8的一端；

放大器3包括NMOS管M3、第一电感L9、第二电感L10及电阻R3，NMOS管M3的源极经串接的第一电感L9后接地GND，NMOS管M3的漏极经串接的第二电感L10后接工作电压VDD，NMOS管M3的栅极经串接的电阻R3后接偏置电压VB3，NMOS管M3的栅极接第四电感L8的另一端；谐振器3包括第一电容C5及第三电感L11，第一电容C5与第三电感L11并联设置，且第一电容C5的一端接NMOS管M3的漏极；第一电容C5的另一端连接输出匹配单元的输入端，输出匹配单元的输出端作为带陷低噪声放大器的射频信号输出端OUT。

针对如图5所示的带陷低噪声放大器进行仿真实验，得出其增益仿真曲线如图6所示：由图6可知，三级放大器级联可提供的工作频段内增益(即带内增益)大于26.5dB，而带外增益在-1dB到-15dB之间，这有效抑制了带陷低噪声放大器的带外增益；同时，从仿真结果可知带陷低噪声放大器的带内增益平坦度小于1.5dB。因此，采用如图5所示的带陷低噪声放大器结构之后，有效地抑制了带陷低噪声放大器的带外增益，且对带内增益平坦度的影响较小。

进一步地，如图5所示的带陷低噪声放大器进行仿真实验，得出其带外输入1dB压缩点仿真曲线如图7所示：由图7可知，其带外输入1dB压缩点达到了+1.5dBm，相较于一般为-20到-30dBm的带外输入1dB压缩点来说，其带外输入1dB压缩点的提高非常明显。

上述仿真实验结果表明：本发明提供的带陷低噪声放大器具有优异的带外输入1dB压缩点性能，能够应用到对带外输入1dB有需求的接收电路系统中。

此外，基于上述带陷低噪声放大器的设计思路，本发明还提供一种基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器带外输入1dB压缩点的提升方法，原有的低噪声放大器中放大单元仅仅包括多级级联设置的放大器，本发明的基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器在此基础上略作改动，在每级放大器的输出端串设有谐振器，通过谐振器来调节带陷低噪声放大器的谐振频率，使带陷低噪声放大器的谐振频率处于工作频段外需要的位置，以抑制带外增益，提高带外输入1dB压缩点；同时，在每个谐振器的输出端与下一级放大器的输入端之间串设有级间匹配模块，通过级间匹配模块来提升带陷低噪声放大器的增益平坦度。

其中，谐振器可以包括LC并联电路，级间匹配模块可以包括LC串联电路，在此不作限定。

综上所述，在本发明所提供的一种基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器及其带外输入1dB压缩点的提升方法中，在每级放大器的输出端串设谐振器，通过谐振器来调节带陷低噪声放大器工作频段外的谐振频率，使低噪声放大器的谐振频率处于工作频段外需要的位置，这有效抑制了带外增益，提高了带外输入1dB压缩点；在每个谐振器的输出端与下一级放大器的输入端之间串设级间匹配模块，即在相邻放大级之间串设级间匹配模块，通过该级间匹配模块能有效提升带陷低噪声放大器的增益平坦度；且带陷低噪声放大器的电路结构简单，在现有低噪声放大器的结构上略加少数元器件即可实现，组成的元器件少，效果明显，有效降低了电路设计的复杂性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器，其特征在于，包括依次串联设置的输入匹配单元、放大单元及输出匹配单元，所述放大单元包括N+1个放大模块及N个匹配模块，N+1个所述放大模块与N个所述匹配模块依次交替串联设置，所述放大模块包括串联设置的放大器及谐振器，所述放大器的输入端作为所述放大模块的输入端，所述放大器的输出端接所述谐振器的一端，所述谐振器的另一端作为所述放大模块的输出端，其中，N为正整数。

2.根据权利要求1所述的基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器，其特征在于，所述放大器包括NMOS管、第一电感、第二电感及电阻，所述NMOS管的源极经串接的所述第一电感后接地，所述NMOS管的漏极经串接的所述第二电感后接工作电压，所述NMOS管的栅极经串接的所述电阻后接偏置电压，且所述NMOS管的栅极作为所述放大器的输入端，所述NMOS管的漏极作为所述放大器的输出端。

3.根据权利要求2所述的基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器，其特征在于，所述谐振器包括第一电容及第三电感，所述第一电容与所述第三电感并联设置，且所述第一电容的一端接所述NMOS管的漏极，所述第一电容的另一端作为所述放大模块的输出端。

4.根据权利要求3所述的基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器，其特征在于，所述第一电容包括可调电容器，所述第三电感包括可调电感器。

5.根据权利要求4所述的基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器，其特征在于，所述匹配模块包括第二电容及第四电感，所述第二电容与所述第四电感串联设置，所述第二电容的一端接前一个所述放大模块的输出端，所述第二电容的另一端接所述第四电感的一端，所述第四电感的另一端接后一个所述放大模块的输入端。

6.根据权利要求5所述的基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器，其特征在于，N的取值为2，所述放大单元包括3个所述放大模块及2个所述匹配模块，3个所述放大模块与2个所述匹配模块依次交替串联设置。

7.一种基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器带外输入1dB压缩点的提升方法，其特征在于，所述基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器包括多级级联设置的放大器，且在每级所述放大器的输出端串设有谐振器，通过所述谐振器来调节所述带陷低噪声放大器工作频段外的谐振频率，使所述带陷低噪声放大器的谐振频率处于工作频段外需要的位置，以抑制带外增益，提高带外输入1dB压缩点。

8.根据权利要求7所述的基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器带外输入1dB压缩点的提升方法，其特征在于，在每个所述谐振器的输出端与下一级所述放大器的输入端之间串设有级间匹配模块，通过所述级间匹配模块提升所述带陷低噪声放大器的增益平坦度。

9.根据权利要求8所述的基于LC谐振技术的带陷低噪声放大器带外输入1dB压缩点的提升方法，其特征在于，所述谐振器包括LC并联电路，所述级间匹配模块包括LC串联电路。

Images