CN116388716B - 射频低噪声放大器及射频芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通讯技术领域，本发明公开了一种射频低噪声放大器及射频芯片，射频低噪声放大器包括信号输入端、控制模块、低噪声放大电路、旁路电路以及信号输出端；低噪声放大电路的输出端和旁路电路的输出端分别连接至信号输出端；控制模块用于根据低噪声放大电路的工作状态分别控制低噪声放大电路和旁路电路的通断；控制模块的第一开关连接至低噪声放大电路的输入端与信号输入端之间，第二开关连接至低噪声放大电路的输出端与信号输出端之间，第三开关连接至旁路电路的输入端与信号输入端之间，第四开关连接至旁路电路的输出端与信号输出端之间。本发明射频低噪声放大器的旁路增益调整方便，整体电路结构简单，器件少，成本低，易于实现和调试。

Description

射频低噪声放大器及射频芯片

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，尤其是涉及一种射频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。在射频电路中，高频或者射频信号放大设计中，如手机信号接收、GPS信号接收和电视RF信号接收等，通常外接低噪声放大器(LNA)来实现对信号的放大，以便提高接收灵敏度。针对射频信号较为微弱和功耗较小的情况，低噪声放大器能很好的完成既定功能，但当射频信号较强时，其实是无需进行信号放大的，再继续使用低噪声放大器，一方面会浪费电量；另一方面在信号较强时，信号通过外置低噪声放大器又进行了放大，放大后的信号在内置低噪声放大器很有可能产生较大的非线性失真，接收到的信号信噪比恶化，反而影响信号的正常接收。

现有的射频低噪声放大器中，一般包括输入端、放大器、旁路电路和输出端，通过输入端输出射频信号，需要控制整个放大低噪声放大器电路的增益，根据信号解调器侦测到信号强度对外置低噪声放大器的增益进行调整，以满足对功耗和信号失真的参数要求。

然而，目前市面上存在的低噪声放大器大多是固定增益的低噪声放大器，如若采用此类固定增益的低噪声放大器，需要增加额外的旁路电路(bypass)来进行低噪声放大器增益的调整，导致整体电路过于复杂，成本高；同时，现有的旁路电路输出信号固定，调节效果差，当低噪声放大器损坏时且低噪声放大器的输入端短路到地时，信号将会通过低噪声放大器输入端流向地，而无法通过旁通电路流向输出，控制效果差。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种射频低噪声放大器，以解决现有的射频放低噪声放大器的旁路调节和控制效果差，结构麻烦及成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种射频低噪声放大器，所述射频低噪声放大器包括信号输入端、控制模块、低噪声放大电路、旁路电路以及信号输出端；所述信号输入端将射频信号分别输出至所述低噪声放大电路的输入端和所述旁路电路的输入端，所述低噪声放大电路的输出端和所述旁路电路的输出端分别连接至所述信号输出端，所述控制模块用于根据所述低噪声放大电路的工作状态分别控制所述低噪声放大电路和所述旁路电路的通断；

所述控制模块包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述开关电压受控于后级控制逻辑电路，所述开关电压分别连接于所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端、所述第三开关的控制端和所述第四开关的控制端；所述第一开关连接至所述低噪声放大电路的输入端与所述信号输入端之间，所述第二开关连接至所述低噪声放大电路的输出端与所述信号输出端之间，所述第三开关连接至所述旁路电路的输入端与所述信号输入端之间，所述第四开关连接至所述旁路电路的输出端与所述信号输出端之间。

优选的，所述旁路电路包括第一偏置电路、第二偏置电路、第三偏置电路和第四偏置电路，所述第一偏置电路的第一端和所述第二偏置电路的第一端连接，并作为所述旁路电路的输入端；所述第一偏置电路的第二端和所述第二偏置电路的第二端连接并共同接地，所述第四偏置电路的第一端连接至所述第一偏置电路的第一端；所述第四偏置电路的第二端连接至所述第三偏置电路的第一端，并作为所述旁路电路的输出端，所述第四偏置电路的第三端连接至所述第二偏置电路的第三端，并共同连接所述开关电压；所述第三偏置电路的第二端接地。

优选的，所述第四偏置电路包括第一二极管、第二二极管和第一电阻，所述第一二极管的负极作为所述第四偏置电路的第一端，所述第一二极管的正极分别连接所述第二二极管的正极和所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端作为所述第四偏置电路的第三端，所述第二二极管的负极作为所述第四偏置电路的第二端。

优选的，所述第一偏置电路包括第二电阻和第一电感，所述第二电阻的第一端作为所述第一偏置电路的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述第一电感的第一端，所述第一电感的第二端作为所述第一偏置电路的第二端。

优选的，所述第二偏置电路包括第一电容、阻抗线和场效应管，所述阻抗线的第一端作为所述第二偏置电路的第一端，所述阻抗线的第二端至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场效应管的漏极，所述场效应管的源极作为所述第二偏置电路的第二端，所述场效应管的栅极作为所述第二偏置电路的第三端。

优选的，所述阻抗线为1/4波长阻抗线。

优选的，所述第三偏置电路包括第三电阻和第二电感，所述第三电阻的第一端作为所述第三偏置电路的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述第二电感的第一端，所述第二电感的第二端作为所述第三偏置电路的第二端。

优选的，所述低噪声放大电路包括第二电容、低噪声放大器、第三电容和第五偏置电路，所述第二电容的第一端作为所述低噪声放大电路的输入端，所述第二电容的第二端连接所述低噪声放大器的输入端，所述低噪声放大器的输出端分别连接所述第三电容的第一端和所述第五偏置电路的第一端，所述第三电容的第二端作为所述低噪声放大器的输出端，所述第五偏置电路的第二端连接所述供电电压。

优选的，所述第五偏置电路包括第四电阻和第三电感，所述第三电感的第一端作为所述第五偏置电路的第一端，所述第三电感的第二端连接所述第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端作为所述第五偏置电路的第二端。

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射频低噪声放大器。

与现有技术相比，本发明中的射频低噪声放大器，通过将信号输入端分别输出射频信号至低噪声放大电路的输入端和旁路电路的输入端，低噪声放大电路的输出端和旁路电路的输出端分别连接至信号输出端，控制模块用于分别控制低噪声放大电路和旁路电路的通断；控制模块的输入端用于连接开关电压，所述开关电压受控于后级控制逻辑电路，所述开关电压分别连接于所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端、所述第三开关的控制端和所述第四开关的控制端；所述第一开关连接至所述低噪声放大电路的输入端与所述信号输入端之间，所述第二开关连接至所述低噪声放大电路的输出端与所述信号输出端之间，所述第三开关连接至所述旁路电路的输入端与所述信号输入端之间，所述第四开关连接至所述旁路电路的输出端与所述信号输出端之间；通过开关电压输出控制信号对第一开关、第二开关、第三开关及第四开关进行控制，实现低噪声放大电路和旁路电路输入信号的控制，使得射频信号可以主动选择信号通过旁路电路，实现旁路增益的效果；整体电路结构简单，器件少，成本低，易于实现和调试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图，其中：

图1为本发明实施列提供的射频低噪声放大器的模块图；

图2为本发明实施列提供的射频低噪声放大器的电路图。

其中，100、射频低噪声放大器，1、信号输入端，2、旁路电路，21、第一偏置电路，22、第二偏置电路，23、第三偏置电路，24、第四偏置电路，3、控制模块，4、低噪声放大电路，41、第五偏置电路，5、信号输出端，6、阻抗线。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅附图1-图2所示，本发明实施例提供了一种射频低噪声放大器100，所述射频低噪声放大器100包括信号输入端1（IN）、控制模块3、低噪声放大电路4、旁路电路2以及信号输出端5（OUT）；所述信号输入端1将射频信号分别输出至所述低噪声放大电路4的输入端和所述旁路电路2的输入端，所述低噪声放大电路4的输出端和所述旁路电路2的输出端分别连接至所述信号输出端5，所述控制模块3的输入端连接开关电压VSW，所述控制模块3用于根据低噪声放大电路4的工作状态分别控制所述低噪声放大电路4和所述旁路电路2的通断。

其中，射频低噪声放大器100的输出端一般用于连接解调电路（图中未示出），解调电路用于检测低噪声放大电路4输出的射频信号强度和质量，并根据射频信号强度和质量判断低噪声放大电路4的工作状态，通过预设的控制规则实现控制模块3的控制，从而实现自动化控制低噪声放大电路4和旁路电路2的切换功能。工作状态可以是输出的射频信号的强度低于正常需要的射频信号强度，将反馈信号输出至控制模块3，通过控制模块3控制低噪声放大电路4断开，实现旁路电路2开启模式。

所述控制模块3包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4，所述开关电压受控于后级控制逻辑电路（图中未示出），开关电压VSW用于输出电压和控制信号，开关电压VSW分别连接所述第一开关S1的控制端、所述第二开关S2的控制端、所述第三开关S3控制端和所述第四开关S4的控制端；所述第一开关S1连接至所述低噪声放大电路4的输入端与信号输入端1之间，所述第二开关S2连接至所述低噪声放大电路4的输出端与信号输出端5之间，所述第三开关S3连接至所述旁路电路2的输入端与信号输入端1之间，所述第四开关S4连接至所述旁路电路2的输出端与信号输出端5之间。通过后级控制逻辑电路对第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3及第四开关S4进行控制，实现低噪声放大电路4和旁路电路2输入信号的控制，使得射频信号可以主动选择信号通过旁路电路2，实现旁路增益的效果；整体电路结构简单，器件少，成本低，易于实现和调试。

其中，开关电压VSW通过后级控制逻辑电路进行控制，使得开关电压VSW分别输出控制信号至所述第一开关S1的控制端、所述第二开关S2的控制端、所述第三开关S3控制端和所述第四开关S4的控制端，分别对所述第一开关S1的控制端、所述第二开关S2的控制端、所述第三开关S3控制端和所述第四开关S4的控制端进行控制，实现开关自动控制的功能。

可选的，后级控制逻辑电路可以是调谐解调器或MCU或者其他。微控制单元(Microcontroller Unit；MCU) ，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机，将开关电压VSW输出的电压通过MCU控制输出控制信号分别至第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4，实现低噪声放大电路4和旁路电路2的信号输出控制，实现射频信号放大和旁路增益的效果，控制效果好。

具体的，控制信号VCTRL通过后级控制逻辑电路处理产生控制信号控制开关。闭合开关第一开关S1和第二开关S2，断开第三开关S3和第四开关S4，则旁路电路2断开，信号将通过低噪声放大电路4进行放大；断开第一开关S1和第二开关S2，闭合第三开关S3和第四开关S4，则低噪声放大电路4将会断开，信号将通过旁路电路2到达信号输出端5。

在本实施例中，所述旁路电路2包括第一偏置电路21、第二偏置电路22、第三偏置电路23和第四偏置电路24，所述第一偏置电路21的第一端和所述第二偏置电路22的第一端连接，并作为所述旁路电路2的输入端；所述第一偏置电路21的第二端和所述第二偏置电路22的第二端连接并共同接地，所述第四偏置电路24的第一端连接所述第一偏置电路21的第一端；所述第四偏置电路24的第二端连接所述第三偏置电路23的第一端，并作为所述旁路电路2的输出端，所述第四偏置电路24的第三端连接所述第二偏置电路22的第三端，并共同连接开关电压VSW；所述第三偏置电路23的第二端接地。通过开关电压VSW输出电压至第四偏置电路24，第四偏置电路24使整体电路处于导通状态，实现旁路电路2功能。

其中，第一偏置电路21和第三偏置电路23主要用于实现电路偏置和电路匹配的功能。第二偏置电路22主要用于实现第一开关S1的功能。

在本实施例中，所述第四偏置电路24包括第一二极管D1、第二二极管D2和第一电阻R1，所述第一二极管D1的负极作为所述第四偏置电路24的第一端，所述第一二极管D1的正极分别连接所述第二二极管D2的正极和所述第一电阻R1的第一端，所述第一电阻R1的第二端作为所述第四偏置电路24的第三端，所述第二二极管D2的负极作为所述第四偏置电路24的第二端。利用第一二极管D1和第二二极管D2的正向导通、反向截止、导通电阻较小且仅与偏置电压相关的特性，建立旁路电路2。利用后端第三偏置电路23实现解调功的信号强度侦测功能建立反馈控制信号。当信号需要通过旁路电路2时，控制信号控制第一二极管D1和第二二极管D2正向导通，同时控制低噪声放大电路4输入输出处于高阻断开状态，射频信号通过第一二极管D1和第二二极管D2传输到后级实现旁路功能；当信号需要通过低噪声放大电路4时，控制信号控制第一二极管D1和第二二极管D2反向截止，控制低噪声放大电路4导通，对射频信号进行放大。

在本实施例中，所述第一偏置电路21包括第二电阻R2和第一电感L1，所述第二电阻R2的第一端作为所述第一偏置电路21的第一端，所述第二电阻R2的第二端连接所述第一电感L1的第一端，所述第一电感L1的第二端作为所述第一偏置电路21的第二端。通过第二电阻R2和第一电感L1实现对旁路电路2的偏置和匹配功能。

在本实施例中，所述第二偏置电路22包括第一电容C1、阻抗线6和场效应管Q2，所述阻抗线6的第一端作为所述第二偏置电路22的第一端，所述阻抗线6的第二端连接至所述第一电容C1的第一端，所述第一电容C1的第二端连接所述场效应管Q2的漏极，所述场效应管Q2的源极作为所述第二偏置电路22的第二端，所述场效应管Q2的栅极作为所述第二偏置电路22的第三端。通过第一电容C1、阻抗线6和场效应管Q2可以实现电路偏置阻抗匹配，并利用场效应管Q2与相应电路组合形成相应的开关，控制效果良好。

在本实施例中，所述阻抗线6为1/4波长阻抗线。

在本实施例中，所述第三偏置电路23包括第三电阻R3和第二电感L2，所述第三电阻R3的第一端作为所述第三偏置电路23的第一端，所述第三电阻R3的第二端连接所述第二电感L2的第一端，所述第二电感L2的第二端作为所述第三偏置电路23的第二端。通过第三电阻R3和第二电感L2的设置，能够实现旁路电路2的偏置和匹配功能。

在本实施例中，所述低噪声放大电路4包括第二电容C2、低噪声放大器U1、第三电容C3和第五偏置电路41，所述第二电容C2的第一端作为所述低噪声放大电路4的输入端，所述第二电容C2的第二端连接所述低噪声放大器U1的输入端，所述低噪声放大器U1的输出端分别连接所述第三电容C3的第一端和所述第五偏置电路41的第一端，所述第三电容C3的第二端作为所述低噪声放大器U1的输出端，所述第五偏置电路41的第二端连接所述供电电压VCC。

在本实施例中，所述第五偏置电路41包括第四电阻R4和第三电感L3，所述第三电感L3的第一端作为所述第五偏置电路41的第一端，所述第三电感L3的第二端连接所述第四电阻R4的第一端，所述第四电阻R4的第二端作为所述第五偏置电路41的第二端。通过第四电阻R4和第三电感L3连接供电电压VCC，能够对供电电压VCC进行偏置，输出偏置电压至第三电容C3第一端和低噪声放大器U1的输出端，对电路实现偏置和匹配的功能。

本实施例中，低噪声放大器U1在输入信号强度较低时工作，用于射频小信号的放大。主要由第二电容C2和第三电容C3（耦合电容）、低噪声放大器U1、第三电感L3和第四电阻R4构成，第三电感L3和第四电阻R4与供电电压VCC供电连接，实现低噪声放大器U1输出偏置。当供电电压VCC关闭时，由于低噪声放大器U1内部开漏结构等效于第二开关S2断开；当供电电压VCC供电时，信号通过低噪声放大器U1实现放大输出。

所述旁路电路中，场效应管Q2、第一电容C1和1/4波长阻抗线构成第一开关S1，VSW供电时呈现高电平，场效应管Q2导通，第一电容C1对射频等效于短路到地，1/4波长变换器输入端呈现高阻状态，等效于第一开关S1断开。

将第一电阻R1、第一二极管D1、第二电阻R2和第一电感L1构成第三开关S3。当VSW供电时，第二二极管D1正向导通；反之，第一二极管D1反向截止。其中，

将第一电阻R1、第二二极管D2、第三电阻R3和第二电感L2构成第四开关S4。当VSW供电时，第二二极管D2正向导通；反之，第二二极管D2反向截止。第一二极管D1和第二二极管D2均为PIN二极管。PIN二极管由PN结组成，在P和N半导体材料之间加入一薄层低掺杂的本征(Intrinsic)半导体层，组成的P-I-N结构的二极管就是PIN二极管。

所述旁路电路在VSW供电时，第一二极管D1和第二二极管D2直流偏置导通，且第一电感L1和第二电感L2对射频信号呈现高阻，射频信号将从信号输入端通过第一二极管D1和第二二极管D2到达信号输出端OUT实现旁路功能。同时可通过调整第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的值改变PIN二极管导通电阻实现对插入损耗的控制；通过调整第一电感L1的值可以调整输入反射损耗参数。

其中，旁路电路与开关的等效关系如表1所示；VSW与VCC与整个电路工作模式之间的关系如下表2所示。

表1

表2

通过上表1和表2，当VSW输出0V时，供电电压VCC为3.3V，第一开关S1和第二开关S2闭合，第三开关S3和第四开关S4断开，此时电路模式为射频信号放大模式；当VSW输出3.3V时，供电电压VCC为XV，第一开关S1和第二开关S2断开，第三开关S3和第四开关S4闭合，此时电路模式为射频信号旁路模式；其中，X为正数值。可以通过VSW对PIN二极管施加直流正向偏置电压，使其处于导通状态，实现旁通电路。通过VSW使得Q2导通，1/4波长阻抗线等效接地，射频信号在IN输入端呈现高阻态，从而实现将LNA侧电路断开，使得射频信号通过旁通电路。如果LNA正常或者损坏，使用该电路的系统都可以根据实际情况控制VSW切换到旁通电路。

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射频低噪声放大器100。射频芯片实现的功能与实施例一射频低噪声放大器100实现的功能相同，产生相同的技术效果，此处不再一一描述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种射频低噪声放大器，其特征在于，所述射频低噪声放大器包括信号输入端、控制模块、低噪声放大电路、旁路电路以及信号输出端；所述低噪声放大电路的输出端和所述旁路电路的输出端分别连接至所述信号输出端，所述控制模块的输入端连接开关电压，所述控制模块用于根据所述低噪声放大电路的工作状态分别控制所述低噪声放大电路和所述旁路电路的通断；

所述开关电压受控于后级控制逻辑电路，所述开关电压连接所述控制模块；

所述旁路电路包括第一偏置电路、第二偏置电路、第三偏置电路和第四偏置电路，所述第一偏置电路的第一端和所述第二偏置电路的第一端连接，并作为所述旁路电路的输入端；所述第一偏置电路的第二端和所述第二偏置电路的第二端连接并共同接地，所述第四偏置电路的第一端连接至所述第一偏置电路的第一端；所述第四偏置电路的第二端连接至所述第三偏置电路的第一端，并作为所述旁路电路的输出端，所述第四偏置电路的第三端连接至所述第二偏置电路的第三端，并共同连接至所述开关电压；所述第三偏置电路的第二端接地；所述控制模块分别连接所述第一偏置电路、所述第二偏置电路、所述第三偏置电路和所述第四偏置电路实现控制；

所述第四偏置电路包括第一二极管、第二二极管和第一电阻，所述第一二极管的负极作为所述第四偏置电路的第一端，所述第一二极管的正极分别连接所述第二二极管的正极和所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端作为所述第四偏置电路的第三端，所述第二二极管的负极作为所述第四偏置电路的第二端；

所述第一偏置电路包括第二电阻和第一电感，所述第二电阻的第一端作为所述第一偏置电路的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述第一电感的第一端，所述第一电感的第二端作为所述第一偏置电路的第二端；

所述第二偏置电路包括第一电容、阻抗线和场效应管，所述阻抗线的第一端作为所述第二偏置电路的第一端以及所述射频低噪声放大器的信号输入端，所述阻抗线的第二端连接至所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端连接所述场效应管的漏极，所述场效应管的源极作为所述第二偏置电路的第二端，所述场效应管的栅极作为所述第二偏置电路的第三端；

所述第三偏置电路包括第三电阻和第二电感，所述第三电阻的第一端作为所述第三偏置电路的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述第二电感的第一端，所述第二电感的第二端作为所述第三偏置电路的第二端；

所述低噪声放大电路包括第二电容、低噪声放大器、第三电容和第五偏置电路，所述第二电容的第一端连接所述阻抗线的第二端，所述第二电容的第二端连接所述低噪声放大器的输入端，所述低噪声放大器的输出端分别连接所述第三电容的第一端和所述第五偏置电路的第一端，所述第三电容的第二端作为所述低噪声放大器的输出端，所述第五偏置电路的第二端连接供电电压；

所述第五偏置电路包括第四电阻和第三电感，所述第三电感的第一端作为所述第五偏置电路的第一端，所述第三电感的第二端连接所述第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端作为所述第五偏置电路的第二端。

2.如权利要求1所述的射频低噪声放大器，其特征在于，所述阻抗线为1/4波长阻抗线。

3.一种射频芯片，其特征在于，所述射频芯片包括如权利要求1-2任一项所述射频低噪声放大器。