CN116232238A - 低噪声放大器及射频芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低噪声放大器及射频芯片，其包括依次连接的信号输入端、含源级负反馈电感的共源共栅低噪声放大链路、输出匹配网络、输出电阻衰减网络以及信号输出端，所述低噪声放大器还包括多个开关、旁路匹配电路和晶体管偏置接入电路；共源共栅低噪声放大链路包括第一电感、第一电容、第一晶体管、第二晶体管、第二电感、第三电感以及第二电容；多个开关包括第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关；第一电感的第二端分别连接第一开关的第一端和第二开关的第一端，第一开关的第二端分别连接旁路匹配电路的第一端和第四开关的第一端，第四开关的第一端接地，旁路匹配电路的第二端连接第三开关的第一端。本发明低噪声放大器的模式功能多样，可靠性高适用范围广。

Description

低噪声放大器及射频芯片
技术领域
本发明涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种低噪声放大器及射频芯片。
背景技术
随着人类进入信息化时代，无线通信技术有了飞速发展，从手机，无线局域网，蓝牙等已成为社会生活和发展不可或缺的一部分。无线通信技术的进步离不开射频电路的发展。在无线收发系统中，射频的低噪声放大器是重要的组成部分之一，低噪声放大器将信号进行功率放大，获得足够的射频功率以后，信号才能馈送到天线上辐射出去。其中，低噪声放大器的增益和回波损耗为重要的性能指标。
现有的低噪声放大器包括输入匹配电路、共栅共源放大器和输出匹配电路。通过共栅共源放大器将输入匹配电路输入的功率信号进行处理后，通过输出匹配电路进输出，从而实现低噪声的功能。
然而，上述的低噪声放大器通过共栅共源放大器进行信号放大，输出固定的低噪声功率信号，功能单一，可靠性差。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明提出一种低噪声放大器，以解决现有低噪声放大器功能单一，可靠性差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种低噪声放大器，其包括依次连接的信号输入端、含源级负反馈电感的共源共栅低噪声放大链路、输出匹配网络、输出电阻衰减网络以及信号输出端，所述低噪声放大器还包括多个开关、旁路匹配电路和晶体管偏置接入电路；
所述共源共栅低噪声放大链路包括第一电感、第一电容、第一晶体管、第二晶体管、第二电感、第三电感以及第二电容；多个所述开关包括第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关；
所述第一电感的第一端连接所述信号输入端，所述第一电感的第二端分别连接所述第一开关的第一端和所述第二开关的第一端；
所述第一开关的第二端分别连接所述旁路匹配电路的输入端和所述第四开关的第一端，所述第四开关的第一端接地；
所述旁路匹配电路的输出端连接所述第三开关的第一端，所述第三开关的第二端连接所述输出匹配网络的第一端；
所述第二开关的第二端连接所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端连接所述第一晶体管的栅极；
所述第一晶体管的源极连接所述第二电感的第一端，所述第二电感的第二端连接所述晶体管接入偏置电路的第一端，所述晶体管接入偏置电路的第二端接地，所述晶体管接入偏置电路的第三端用于连接外部的控制逻辑电路，以实现控制多个所述开关的动作；
所述第一晶体管的漏极连接所述第二晶体管的源极，所述第二晶体管的栅极接地，所述第二晶体管的漏极分别连接所述第二电容的第一端和所述第三电感的第一端，所述第三电感的第二端连接供电电压；
所述第二电容的第二端连接所述输出匹配网络的第一端，所述输出匹配网络的第二端连接所述输出电阻衰减网络的第一端，所述输出电阻衰减网络的第二端连接所述信号输出端，所述输出匹配网络的第三端和所述输出电阻衰减网络的第三端分别接地。
优选的，所述低噪声放大器还包括第三电容，所述第三电容的第一端连接所述第二晶体管的栅极，所述第三电容的第二端接地。
优选的，所述低噪声放大器还包括第一电阻，所述第一晶体管的栅极通过串联所述第一电阻后连接至第一偏置电压。
优选的，所述低噪声放大器还包括第二电阻，所述第二晶体管的栅极通过串联所述第二电阻后连接至第二偏置电压。
优选的，所述旁路匹配电路包括第四电容和第五电容，所述第四电容的第一端连接所述第五电容的第一端且作为所述旁路匹配电路的输入端，所述第四电容的第二端接地，所述第五电容的第二端作为所述旁路匹配电路的输出端。
优选的，所述输出匹配网络包括第六电容和第七电容，所述第六电容的第一端作为所述输出匹配网络的第一端，所述第六电容的第二端连接所述第七电容的第一端并作为所述输出匹配网络的第二端，所述第七电容的第二端作为所述输出匹配网络的第三端。
优选的，所述输出电阻衰减网络包括第五开关、第六开关、第三电阻、第四电阻以及第五电阻，所述第三电阻的第一端连接所述第五开关的第一端并作为所述输出电阻衰减网络的第一端，所述第三电阻的第二端分别连接所述第四电阻的第一端和所述第五电阻的第一端，所述第五开关的第二端连接所述第四电阻的第二端，所述第四电阻的第二端作为所述输出电阻衰减网络的第二端，所述第五电阻的第二端连接所述第六开关的第一端，所述第六开关的第二端作为所述输出电阻衰减网络的第三端。
优选的，所述晶体管接入偏置电路包括第三晶体管，所述第三晶体管的源极作为所述晶体管接入偏置电路的第二端，所述第三晶体管的漏极作为所述晶体管接入偏置电路的第一端，所述第三晶体管的栅极作为所述晶体管接入偏置电路的第三端。
优选的，所述第一晶体管、所述第二晶体管以及所述第三晶体管均为NMOS管。
第二方面，本发明实施例提供一种射频芯片，所述射频芯片包括上述的低噪声放大器。
与相关技术相比，本发明的实施例中，通过将信号输入端、含源级负反馈电感的共源共栅低噪声放大链路、多个开关、旁路匹配电路、晶体管偏置接入电路、输出匹配网络、输出电阻衰减网络以及信号输出端依次连接；共源共栅低噪声放大链路包括第一电感、第一电容、第一晶体管、第二晶体管、第二电感、第三电感以及第二电容；多个开关包括第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关；第一电感的第一端连接信号输入端，第一电感的第二端分别连接第一开关的第一端和第二开关的第一端，第一开关的第二端分别连接旁路匹配电路的第一端和第四开关的第一端，第四开关的第一端接地，旁路匹配电路的第二端连接第三开关的第一端。这样通过将旁路匹配电路连接在共源共栅低噪声放大链路的两端，并通过多个开关对旁路匹配电路通断控制，实现多个旁路模式功能，使得低噪声放大器工作频率的回波损耗较小，可靠性高。
附图说明
下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：
图1为本发明实施例中低噪声放大器的电路图；
图2为本发明实施例中低噪声放大器的一种实现形式电路原理图；
图3为本发明实施例中低噪声放大器工作在旁路模式时的等效电路图。
其中，100、低噪声放大器，1、信号输入端，2、共源共栅低噪声放大链路，3、多个开关，4、旁路匹配电路，5、晶体管偏置接入电路，6、输出匹配网络，7、输出电阻衰减网络，8、信号输出端。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1-3所示，本发明实施例提供一种低噪声放大器100，其包括依次连接的信号输入端1、含源级负反馈电感的共源共栅低噪声放大链路2、输出匹配网络6、输出电阻衰减网络7以及信号输出端8。所述低噪声放大器100还包括多个开关3、旁路匹配电路4和晶体管偏置接入电路5。
所述共源共栅低噪声放大链路2包括第一电感LG、第一电容CB1、第一晶体管M1、第二晶体管M2、第二电感LS、第三电感LD以及第二电容CB2；多个所述开关包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3以及第四开关S4。其中，第一电感LG和第二电感LS均为常用电感，第三电感LD为射频扼流电感，用于提供直流工作点。第一晶体管M1为共源放大管，第二晶体管M2为共栅放大管。第一电容CB1和第二电容CB2为隔直电容，用于隔离直流电通过。
所述第一电感LG的第一端连接所述信号输入端1，所述第一电感LG的第二端分别连接所述第一开关S1的第一端和所述第二开关S2的第一端。
所述第一开关S1的第二端分别连接所述旁路匹配电路4的输入端和所述第四开关S4的第一端，所述第四开关S4的第二端接地。
所述旁路匹配电路4的输出端连接所述第三开关S3的第一端，所述第三开关S3的第二端连接所述输出匹配网络6的第一端。
所述第二开关S2的第二端连接所述第一电容CB1的第一端，所述第一电容CB1的第二端连接所述第一晶体管M1的栅极，所述第一晶体管M1的源极连接所述第二电感LS的第一端，所述第二电感LS的第二端连接所述晶体管接入偏置电路5的第一端，所述晶体管接入偏置电路5的第二端接地；所述晶体管接入偏置电路5的第三端用于连接外部的控制逻辑电路，以实现控制多个所述开关3的动作；所述第一晶体管M1的漏极连接所述第二晶体管M2的源极，所述第二晶体管M2的栅极接地，所述第二晶体管M2的漏极分别连接所述第二电容CB2的第一端和所述第三电感LD的第一端，所述第三电感LD的第二端连接供电电压VDD，所述第二电容CB2的第二端连接所述输出匹配网络6的第一端，所述输出匹配网络6的第二端连接所述输出电阻衰减网络7的第一端，所述输出电阻衰减网络7的第二端连接所述信号输出端8，所述输出匹配网络6的第三端和所述输出电阻衰减网络7的第三端分别接地。
具体的，信号输入端1输入信号较大时可以利用无源的旁路匹配电路4实现低功耗接收，片外的第一电感LG可以满足使用者对放大模式时频率/噪声系数/输入阻抗的灵活调整，旁路模式下第三电感LD和输出匹配网络6以达到减少电路开支减小面积的效果。
输入信号经由第一电感LG进入低噪声放大器100，在放大模式下第一开关S1和第三开关S3断开，第二开关S2和第四开关S4导通，晶体管偏置接入电路5的栅极置高使共源共栅放大器正常工作，信号经由第一电容CB1输入至第一晶体管M1，源级负反馈第二电感LS提供不含噪声的输入匹配的实部，信号被第一晶体管M1放大后经过第二晶体管M2的放大被输出。通过第三电感LD提供直流工作点，并迫使射频信号通过输出第二电容CB2进入输出匹配电路，最后经由电阻衰减网络达到输出端。当工作在旁路模式下，第一开关S1和第三开关S3导通而第二开关S2和第四开关S4断开，晶体管偏置接入电路5的栅极置低而断开共源共栅放大电路并减少第一电感LG之后的对地寄生电容，同时第一偏置电压BIAS1降至低电位使第二晶体管M2处于截止区断开信号与第一晶体管M1的连接。切换后旁路链路由第一电感LG、旁路匹配电路4、第二电容CB2、第三电感LD、输出匹配网络6和输出电阻衰减网络7组成，信号经由第一电感LG输入到旁路匹配电路4中，旁路匹配电路4将使第三开关S3的输出点阻抗等于放大模式下第二晶体管M2的输出阻抗，由于第二电容CB2并不额外提供阻抗变换，且第二晶体管M2的漏极对地寄生电容很小，因此第三电感LD与输出匹配网络6一同使信号谐振在放大模式时的谐振频率，从而保证了工作频率的回波损耗较小，最后信号输出给电阻衰减网络。
在本实施例中，所述低噪声放大器100还包括第三电容CCG，所述第三电容CCG的第一端连接所述第二晶体管M2的栅极，所述第三电容CCG的第二端接地。使得第二晶体管M2的栅极实现隔直，第二晶体管M2工作稳定。
在本实施例中，所述低噪声放大器100还包括第一电阻R1，所述第一晶体管M1的栅极通过串联所述第一电容R1后连接至第一偏置电压。通过第一电阻R1连接第一偏置电压BTAS1，使得第一偏置电压BTAS1通过第一电阻R1降压后，输出到第一晶体管M1的栅极，整体电路稳定性高。
在本实施例中，所述低噪声放大器100还包括第二电阻R2，所述第二晶体管M2的栅极通过串联所述第二电容R2后连接至第二偏置电压BTAS2。通过第二电阻R2连接第二偏置电压，使得第二偏置电压BTAS2通过第二电阻R2降压后，输出到第二晶体管M2的栅极，整体电路稳定性高。
在本实施例中，所述旁路匹配电路4包括第四电容CBP和第五电容CBS，所述第四电容CBP的第一端连接所述第四开关S4的第一端和所述第五电容CBS的第一端且作为所述旁路匹配电路4的输入端，所述第四电容CBP的第二端接地，所述第五电容CBS的第二端连接所述第三开关S3的第一端且作为所述旁路匹配电路4的输出端。通过第四电容CBP和第五电容CBS实现低噪声放大器100旁路匹配，并在第一开关S1和第三开关S3断开，第二开关S2和第四开关S4导通下实现放大模式；在第第一开关S1和第三开关S3断开，第二开关S2和第四开关S4导通时，晶体管偏置接入电路5断开，实现工作旁路模式。多模式切换调整控制，低噪声放大器100的可靠性更高。
在本实施例中，所述输出匹配网络6包括第六电容CSE和第七电容CPA，所述第六电容CSE的第一端作为所述输出匹配网络6的第一端并分别连接所述第三开关S3的第二端和所述第二电容CB2的第二端，所述第六电容CSE的第二端分别连接所述第七电容CPA的第一端并作为所述输出匹配网络6的第二端，所述第七电容CPA的第二端作为所述输出匹配网络6的第二端且接地。使得共源共栅低噪声放大链路2输出更大的射频功率信号。
在本实施例中，所述输出电阻衰减网络7包括第五开关S5、第六开关S6、第三电阻RA1、第四电阻RA2以及第五电阻RA3，所述第三电阻RA1的第一端分别连接所述第五开关S5的第一端并作为所述输出电阻衰减网络7的第一端；所述第三电阻RA1的第二端分别连接所述第四电阻RA2的第一端和所述第五电阻RA3的第一端，所述第五开关S5的第二端连接所述第四电阻RA2的第二端，所述第四电阻RA2的第二端并作为所述输出电阻衰减网络7的第二端连接所述信号输出端8，所述第五电阻RA3的第二端连接所述第六开关S6的第一端，所述第六开关S6的第二端并作为所述输出电阻衰减网络7的第三端并接地。通过将第五开关S5、第六开关S6、第三电阻RA1、第四电阻RA2以及第五电阻RA3组成电阻衰减网络，用于实现电阻衰减功能。其中第五开关S5在放大模式时导通，在旁路模式时断开；第六开关S6在放大模式时断开，在旁路模式时导通。
在本实施例中，所述第一电感LG、所述第五电容CBS、所述第六电容CSE、所述第三电阻RA1及所述第四电阻RA2依次串联；所述第四电容CBP的第一端连接在所述第一电感LG和所述第五电容CBS之间，所述第四电容CBP的第二端接地；所述第三电感LD的第一端连接在所述第五电容CBS和所述第六电容CSE之间，所述第三电感LD的第二端接地；所述第七电容CPA的第一端连接在所述第六电容CSE和所述第三电阻RA1之间，所述第七电容CPA的第二端接地；所述第五电阻RA3的第一端连接在所述第三电阻RA1和所述第四电阻RA2之间，所述第五电阻RA3的第二端接地。在第二电容CB2由于对阻抗影响很小，第二晶体管M2等效为射频短路，功率信号一侧通过所述第一电感LG、所述第五电容CBS、所述第六电容CSE、所述第三电阻RA1及所述第四电阻RA2输出信号输出端8。
在本实施例中，所述晶体管接入偏置电路包括第三晶体管M3，所述第三晶体管M3的源极作为所述晶体管接入偏置电路的第二端并接地，所述第三晶体管M3的漏极作为所述晶体管接入偏置电路的第一端连接所述第二电感LS的第二端，所述第三晶体管M3的栅极作为所述晶体管接入偏置电路的第三端连接控制逻辑电路，用于控制多个所述开关通断。
在本实施例中，所述第一晶体管M1、所述第二晶体管M2以及所述第三晶体管M3均为NMOS管。
在本实施例中，输入信号经由第一电感LG进入低噪声放大器100，在放大模式下第一开关S1和第三开关S3断开，第二开关S2和第四开关S4导通，第三晶体管M3的栅极置高使共源共栅放大器正常工作，信号经由第一电容CB1输入至第一晶体管M1，源级负反馈第二电感LS提供不含噪声的输入匹配的实部，信号被第一晶体管M1放大后经过第二晶体管M2的放大被输出。通过第三电感LD提供直流工作点，并迫使射频信号通过输出第二电容CB2进入输出匹配电路，最后经由电阻衰减网络达到输出端。当工作在旁路模式下，第一开关S1和第三开关S3导通而第二开关S2和第四开关S4断开，第三晶体管M3的栅极置低而断开共源共栅放大电路并减少第一电感LG之后的对地寄生电容，同时第二偏置电压BIAS2降至低电位使第二晶体管M2处于截止区断开信号与第一晶体管M1的连接。切换后旁路链路由第一电感LG、旁路匹配电路4、第二电容CB2、第三电感LD、输出匹配网络6和输出电阻衰减网络7组成，信号经由第一电感LG输入到旁路匹配电路4中，旁路匹配电路4将使第三开关S3的输出点阻抗等于放大模式下第二晶体管M2的输出阻抗，由于第二电容CB2并不额外提供阻抗变换，且第二晶体管M2的漏极对地寄生电容很小，因此第三电感LD与输出匹配网络6一同使信号谐振在放大模式时的谐振频率，从而保证了工作频率的回波损耗较小，最后信号输出给电阻衰减网络。
实施例二
本发明实施例提供一种射频芯片，所述射频芯片包括上述实施例一的低噪声放大器100。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种低噪声放大器，其包括依次连接的信号输入端、含源级负反馈电感的共源共栅低噪声放大链路、输出匹配网络、输出电阻衰减网络以及信号输出端，其特征在于，所述低噪声放大器还包括多个开关、旁路匹配电路和晶体管偏置接入电路；
所述共源共栅低噪声放大链路包括第一电感、第一电容、第一晶体管、第二晶体管、第二电感、第三电感以及第二电容；多个所述开关包括第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关；
所述第一电感的第一端连接所述信号输入端，所述第一电感的第二端分别连接所述第一开关的第一端和所述第二开关的第一端；
所述第一开关的第二端分别连接所述旁路匹配电路的输入端和所述第四开关的第一端，所述第四开关的第一端接地；
所述旁路匹配电路的输出端连接所述第三开关的第一端，所述第三开关的第二端连接所述输出匹配网络的第一端；
所述第二开关的第二端连接所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端连接所述第一晶体管的栅极；
所述第一晶体管的源极连接所述第二电感的第一端，所述第二电感的第二端连接所述晶体管接入偏置电路的第一端，所述晶体管接入偏置电路的第二端接地，所述晶体管接入偏置电路的第三端用于连接外部的控制逻辑电路，以实现控制多个所述开关的动作；
所述第一晶体管的漏极连接所述第二晶体管的源极，所述第二晶体管的栅极接地，所述第二晶体管的漏极分别连接所述第二电容的第一端和所述第三电感的第一端，所述第三电感的第二端连接供电电压；
所述第二电容的第二端连接所述输出匹配网络的第一端，所述输出匹配网络的第二端连接所述输出电阻衰减网络的第一端，所述输出电阻衰减网络的第二端连接所述信号输出端，所述输出匹配网络的第三端和所述输出电阻衰减网络的第三端分别接地。
2.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述低噪声放大器还包括第三电容，所述第三电容的第一端连接所述第二晶体管的栅极，所述第三电容的第二端接地。
3.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述低噪声放大器还包括第一电阻，所述第一晶体管的栅极通过串联所述第一电阻后连接至第一偏置电压。
4.根据权利要求2所述的低噪声放大器，其特征在于，所述低噪声放大器还包括第二电阻，所述第二晶体管的栅极通过串联所述第二电阻后连接至第二偏置电压。
5.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述旁路匹配电路包括第四电容和第五电容，所述第四电容的第一端连接所述第五电容的第一端且作为所述旁路匹配电路的输入端，所述第四电容的第二端接地，所述第五电容的第二端且作为所述旁路匹配电路的输出端。
6.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述输出匹配网络包括第六电容和第七电容，所述第六电容的第一端作为所述输出匹配网络的第一端，所述第六电容的第二端连接所述第七电容的第一端并作为所述输出匹配网络的第二端，所述第七电容的第二端作为所述输出匹配网络的第三端。
7.根据权利要求6所述的低噪声放大器，其特征在于，所述输出电阻衰减网络包括第五开关、第六开关、第三电阻、第四电阻以及第五电阻，所述第三电阻的第一端连接所述第五开关的第一端并作为所述输出电阻衰减网络的第一端，所述第三电阻的第二端分别连接所述第四电阻的第一端和所述第五电阻的第一端，所述第五开关的第二端连接所述第四电阻的第二端，所述第四电阻的第二端作为所述输出电阻衰减网络的第二端，所述第五电阻的第二端连接所述第六开关的第一端，所述第六开关的第二端作为所述输出电阻衰减网络的第三端。
8.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述晶体管接入偏置电路包括第三晶体管，所述第三晶体管的源极作为所述晶体管接入偏置电路的第二端，所述第三晶体管的漏极作为所述晶体管接入偏置电路的第一端，所述第三晶体管的栅极作为所述晶体管接入偏置电路的第三端。
9.根据权利要求8所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管以及所述第三晶体管均为NMOS管。
10.一种射频芯片，其特征在于，所述射频芯片包括如权利要求1-9任一项所述的低噪声放大器。
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