CN117559920B - 一种低噪声放大器及射频芯片 - Google Patents

Abstract

本发明适用于无线通信技术领域，尤其涉及一种低噪声放大器及射频芯片。与现有技术相比，本发明的低噪放大器包括信号输入端、输入匹配网络、第一增益衰减单元、第二增益衰减单元、功率放大单元、输出匹配网络以及信号输出端。第二增益衰减单元的第一开关晶体管的栅极、第二开关晶体管的栅极、第三开关晶体管的栅极以及第四开关晶体管的栅极连接外部逻辑控制电路，第一开关晶体管的源极、第二开关晶体管的源极、第三开关晶体管的源极以及第四开关晶体管的源极分别接地，第二电感的第一端与功率放大单元的输入端连接。这样本发明的低噪声放大器能在降低增益时兼顾了IIP3和噪声系数。

Description

一种低噪声放大器及射频芯片

技术领域

本发明适用于无线通信技术领域，尤其涉及一种低噪声放大器及射频芯片。

背景技术

低噪声放大器作为接收机中关键的一环，其性能直接影响接收机整体的性能（增益，功耗，噪声系数、线性度，面积等）。在智能终端应用中，为应对来自天线的不同强度的信号，常常要求低噪声放大器具有增益调节的功能。

降低增益有许多种方式，如输入电阻衰减，该方法可以大大优化输入三阶交载点（Input Third-Order Intercept Point，IIP3）且减小电流，但对噪声系数（Noise Figure，NF）恶化程度较大；如输出电阻衰减，该方法不对噪声系数造成影响但无法优化IIP3和电流；如以开关切换共源管面积，该方法在关闭共源管时产生一些非线性电容，使得在低增益档位时无法优化IIP3。

因此亟需一种新的低噪声放大器及射频芯片解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种低噪声放大器及射频芯片，旨在解决现有的低噪声放大器难以在降低增益的同时尽量提升IIP3和恶化较小的噪声系数的问题。

第一方面，本发明提供一种低噪放大器，所述低噪放大器包括信号输入端、输入匹配网络、第一增益衰减单元、第二增益衰减单元、功率放大单元、输出匹配网络以及信号输出端；

所述信号输入端与所述输入匹配网络的输入端连接；所述输入匹配网络的输出端与所述第一增益衰减单元的输入端连接；所述第一增益衰减单元的输出端与所述功率放大单元的第一输入端连接；所述第二增益衰减单元的第一端用于与外部逻辑控制电路连接，所述第二增益衰减单元的第二端接地，所述第二增益衰减单元的第三端与所述功率放大单元的第二输入端连接；所述功率放大单元的输出端与所述输出匹配网络的输入端连接；所述输出匹配网络的输出端与所述信号输出端连接；

所述第二增益衰减单元包括第一电感、第二电感、第一电阻、第二电阻、以及用于充当开关的第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管和第四开关晶体管；所述第一开关晶体管的栅极、所述第二开关晶体管的栅极、所述第三开关晶体管的栅极以及所述第四开关晶体管的栅极共同作为所述第二增益衰减单元的第一端，所述第一开关晶体管的源极、所述第二开关晶体管的源极、所述第三开关晶体管的源极以及所述第四开关晶体管的源极相互连接并共同作为所述第二增益衰减单元的第二端，所述第二电感的第一端作为所述第二增益衰减单元的第三端，所述第二电感的第二端连接至所述第一开关晶体管的漏极；所述第一电感的第一端连接至所述第一开关晶体管的漏极，所述第二开关晶体管的漏极、所述第一电阻的第一端以及所述第二电阻第一端分别连接至所述第一电感的第二端，所述第三开关晶体管的漏极与所述第一电阻的第二端连接，所述第四开关晶体管的漏极与所述第二电阻的第二端连接。

优选的，所述第一增益衰减单元包括第一电容、第二电容、第三电容、以及用于充当开关的第五开关晶体管和第六开关晶体管；所述第一电容的第一端、所述第二电容的第一端以及所述第三电容的第一端相互连接并共同作为所述第一增益衰减单元的输入端连接至所述输入匹配网络的输出端，并且所述第一电容的第一端、所述第二电容的第一端以及所述第三电容的第一端相互连接并作为所述第一增益衰减单元的第一输出端与所述功率放大单元的第一输入端连接；所述第二电容的第二端与所述第五开关晶体管的漏极连接，所述第三电容的第二端与所述第六开关晶体管的漏极连接，所述第五开关晶体管的栅极和所述第六开关晶体管的栅极分别用于连接外部逻辑控制电路，所述第一电容的第二端、所述第五开关晶体管的源极以及所述第六开关晶体管的源极相互连接并共同作为所述第一增益衰减单元的第二输出端连接至所述功率放大单元的第二输入端。

优选的，所述功率放大单元包括第一MOS管和第二MOS管；所述第一MOS管的栅极作为所述功率放大单元的第一输入端，所述第一MOS管的源极作为所述功率放大单元的第二输入端；

所述第二MOS管的源极与所述第一MOS管的漏极连接，所述第二MOS管的漏极作为所述功率放大单元的输出端，所述第二MOS管的栅极用于连接外部偏置电路。

优选的，所述输出匹配网络包括第四电容和第三电感；所述第三电感的第一端用于连接电源电压，所述第三电感的第二端和所述第四电容的第一端连接并共同作为所述输出匹配网络的输入端，所述第四电容的第二端作为所述输出匹配网络的输出端。

优选的，所述输入匹配网络包括第四电感；所述第四电感的第一端作为所述输入匹配网络的输入端，所述第四电感的第二端作为所述输入匹配网络的输出端。

优选的，所述输入匹配网络还包括第五电容，所述第五电容的第一端与所述第四电感的第二端连接，所述第五电容的第二端作为所述输入匹配网络的输出端。

第二方面，本发明还提供一种射频芯片，其特征在于，所述射频芯片包括如上述实施例任意一项所述的低噪放大器。

与现有技术相比，本发明的低噪放大器包括信号输入端、输入匹配网络、第一增益衰减单元、第二增益衰减单元、功率放大单元、输出匹配网络以及信号输出端。第二增益衰减单元的第一开关晶体管的栅极、第二开关晶体管的栅极、第三开关晶体管的栅极以及第四开关晶体管的栅极连接外部逻辑控制电路，第一开关晶体管的源极、第二开关晶体管的源极、第三开关晶体管的源极以及第四开关晶体管的源极分别接地，第二电感的第一端与功率放大单元的输入端连接，第一开关晶体管的漏极分别与第一电感的第一端和所述第二电感的第二端连接，第二开关晶体管的漏极、第一电阻的第一端以及第二电阻第一端分别与第一电感的第二端连接，第三开关晶体管的漏极与第一电阻的第二端连接，第四开关晶体管的漏极与第二电阻的第二端连接，第二电感的第一端作为所述第二增益衰减单元的第三端。这样本发明的低噪声放大器能在降低增益时兼顾了IIP3和噪声系数。

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是本发明实施例提供的低噪声放大器的结构示意图。

图中，100、低噪声放大器，1、信号输入端，2、输入匹配网络，3、第一增益衰减单元，4、第二增益衰减单元，5、功率放大单元，6、输出匹配网络，7、信号输出端。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

请参考图1，本发明提供一种低噪放大器100，所述低噪放大器100包括信号输入端1、输入匹配网络2、第一增益衰减单元3、第二增益衰减单元4、功率放大单元5、输出匹配网络6以及信号输出端7；

所述信号输入端1与所述输入匹配网络2的输入端连接；所述输入匹配网络2的输出端与所述第一增益衰减单元3的输入端连接；所述第一增益衰减单元3的输出端与所述功率放大单元5的第一输入端连接；所述第二增益衰减单元4的第一端用于与外部逻辑控制电路连接，所述第二增益衰减单元4的第二端接地GND1，所述第二增益衰减单元4的第三端与所述功率放大单元5的第二输入端连接；所述功率放大单元5的输出端与所述输出匹配网络6的输入端连接；所述输出匹配网络6的输出端与所述信号输出端7连接；

所述第二增益衰减单元4包括第一电感L1、第二电感L2、第一电阻R1、第二电阻R2、以及用于充当开关的第一开关晶体管S1、第二开关晶体管S2、第三开关晶体管S3和第四开关晶体管S4；所述第一开关晶体管S1的栅极、所述第二开关晶体管S2的栅极、所述第三开关晶体管S3的栅极以及所述第四开关晶体管S4的栅极共同作为所述第二增益衰减单元4的第一端，所述第一开关晶体管S1的源极、所述第二开关晶体管S2的源极、所述第三开关晶体管S3的源极以及所述第四开关晶体管S4的源极相互连接并共同作为所述第二增益衰减单元4的第二端，所述第二电感L2的第一端作为所述第二增益衰减单元4的第三端与所述功率放大单元5的输入端连接，所述第二电感L2的第二端连接至所述第一开关晶体管S1的漏极；所述第一电感L1的第一端连接至所述第一开关晶体管S1的漏极，所述第二开关晶体管S2的漏极、所述第一电阻R1的第一端以及所述第二电阻R2第一端分别连接至所述第一电感L1的第二端，所述第三开关晶体管S3的漏极与所述第一电阻R1的第二端连接，所述第四开关晶体管S4的漏极与所述第二电阻R2的第二端连接。

在本发明实施例中，所述第一增益衰减单元3包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、以及用于充当开关的第五开关晶体管S5和第六开关晶体管S6；所述第一电容C1的第一端、所述第二电容C2的第一端以及所述第三电容C3的第一端相互连接并共同作为所述第一增益衰减单元3的输入端连接至所述输入匹配网络2的输出端，并且所述第一电容C1的第一端、所述第二电容C2的第一端以及所述第三电容C3的第一端相互连接作为所述第一增益衰减单元3的第一输出端与所述功率放大单元5的第一输入端连接；所述第二电容C2的第二端与所述第五开关晶体管S5的漏极连接，所述第三电容C3的第二端与所述第六开关晶体管S6的漏极连接，所述第五开关晶体管S5的栅极和所述第六开关晶体管S6的栅极分别用于连接外部逻辑控制电路，所述第一电容C1的第二端、所述第五开关晶体管S5的源极以及所述第六开关晶体管S6的源极相互连接并共同作为所述第一增益衰减单元3的第二输出端分别连接至所述功率放大单元5的第二输入端。

在本发明实施例中，所述功率放大单元5包括第一MOS管M1和第二MOS管M2；所述第一MOS管M1的栅极作为所述功率放大单元5的第一输入端与所述第一增益衰减单元3的第一输出端连接，所述第一MOS管M1的源极作为所述功率放大单元5的第二输入端分别与所述第一增益衰减单元3的第二输出端连接和所述第二增益衰减单元4的第三端连接；

所述第二MOS管M2的源极与所述第一MOS管M1的漏极连接，所述第二MOS管M2的漏极作为所述功率放大单元5的输出端与所述输出匹配网络6的输入端连接，所述第二MOS管M2的栅极用于连接外部偏置电路。

在本发明实施例中，所述输出匹配网络6包括第四电容C4和第三电感L3；所述第三电感L3的第一端用于连接电源电压VDD，所述第三电感L3的第二端和所述第四电容C4的第一端连接并共同作为所述输出匹配网络6的输入端分别连接所述功率放大单元5的输出端，所述第四电容C4的第二端作为所述输出匹配网络6的输出端与所述信号输出端7连接。

在本发明实施例中，所述输入匹配网络2包括第四电感L4；所述第四电感L4的第一端作为所述输入匹配网络2的输入端与所述信号输入端1连接，所述第四电感L4的第二端作为所述输入匹配网络2的输出端与所述第一增益衰减单元3的输入端连接。

在本发明实施例中，所述输入匹配网络2还包括第五电容C5，所述第五电容C5的第一端与所述第四电感L4的第二端连接，所述第五电容C5的第二端作为所述输入匹配网络2的输出端与所述第一增益衰减单元3的输入端连接。

本发明通过在第一MOS管M1的源极增加串联电阻（即第一电阻R1和第二电阻R2）以实现增益衰减。通过用开关切换（如第二开关晶体管S2、第三开关晶体管S3以及第四开关晶体管S4）不同电阻值的大小来控制增益衰减量，通过开关（第五开关晶体管S5和第六开关晶体管S6）控制电容的大小（第一电容C1、第二电容C2以及第三电容C3）来补偿第一电阻R1和第二电阻R2造成的参数S11的频偏。

具体的，非线性的一个产生因素在于漏电流和过驱动电压之间的非线性关系，由第一电阻R1和第二电阻R2组成的源极串联电阻（Rs）的存在从而可以对输入电压进行分压，从而弱化了这种非线性关系，优化了IIP3。非线性的另一个产生因素在于共源管寄生电容的非线性，引入线性的由第一电容C1、第二电容C2以及第三电容C3组成的接入电容（Cgs）补偿频偏网络，降低了非线性电容在整体电容中的占比，从而进一步优化了IIP3。

对于噪声系数而言，若共源级的放大倍数为Av，源极串联电阻（Rs）等效到输入端之后的电阻为Rs/Av；因此相对于直接的输入衰减来讲，此电阻对噪声系数的影响仅为其1/Av。因此本发明能够在降低增益时兼顾了IIP3和噪声系数。

与现有技术相比，本发明的低噪放大器包括信号输入端、输入匹配网络、第一增益衰减单元、第二增益衰减单元、功率放大单元、输出匹配网络以及信号输出端。第二增益衰减单元的第一开关晶体管的栅极、第二开关晶体管的栅极、第三开关晶体管的栅极以及第四开关晶体管的栅极连接外部逻辑控制电路，第一开关晶体管的源极、第二开关晶体管的源极、第三开关晶体管的源极以及第四开关晶体管的源极分别接地，第二电感的第一端与功率放大单元的输入端连接，第一开关晶体管的漏极分别与第一电感的第一端和所述第二电感的第二端连接，第二开关晶体管的漏极、第一电阻的第一端以及第二电阻第一端分别与第一电感的第二端连接，第三开关晶体管的漏极与第一电阻的第二端连接，第四开关晶体管的漏极与第二电阻的第二端连接，第二电感的第一端作为所述第二增益衰减单元的第三端。这样本发明的低噪声放大器能在降低增益时兼顾了IIP3和噪声系数。

实施例二

本发明还提供一种射频芯片，所述射频芯片包括如上述实施例所述的低噪声放大器，其所能达到的技术效果与上述实施例中的低噪声放大器相同，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式用等同变化，均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种低噪放大器，其特征在于，所述低噪放大器包括信号输入端、输入匹配网络、第一增益衰减单元、第二增益衰减单元、功率放大单元、输出匹配网络以及信号输出端；

所述信号输入端与所述输入匹配网络的输入端连接；所述输入匹配网络的输出端与所述第一增益衰减单元的输入端连接；所述第一增益衰减单元的输出端与所述功率放大单元的第一输入端连接；所述第二增益衰减单元的第一端用于与外部逻辑控制电路连接，所述第二增益衰减单元的第二端接地，所述第二增益衰减单元的第三端与所述功率放大单元的第二输入端连接；所述功率放大单元的输出端与所述输出匹配网络的输入端连接；所述输出匹配网络的输出端与所述信号输出端连接；

所述第二增益衰减单元包括第一电感、第二电感、第一电阻、第二电阻、以及用于充当开关的第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管和第四开关晶体管；所述第一开关晶体管的栅极、所述第二开关晶体管的栅极、所述第三开关晶体管的栅极以及所述第四开关晶体管的栅极共同作为所述第二增益衰减单元的第一端，所述第一开关晶体管的源极、所述第二开关晶体管的源极、所述第三开关晶体管的源极以及所述第四开关晶体管的源极相互连接并共同作为所述第二增益衰减单元的第二端，所述第二电感的第一端作为所述第二增益衰减单元的第三端，所述第二电感的第二端连接至所述第一开关晶体管的漏极；所述第一电感的第一端连接至所述第一开关晶体管的漏极，所述第二开关晶体管的漏极、所述第一电阻的第一端以及所述第二电阻第一端分别连接至所述第一电感的第二端，所述第三开关晶体管的漏极与所述第一电阻的第二端连接，所述第四开关晶体管的漏极与所述第二电阻的第二端连接；

所述第一增益衰减单元包括第一电容、第二电容、第三电容、以及用于充当开关的第五开关晶体管和第六开关晶体管；所述第一电容的第一端、所述第二电容的第一端以及所述第三电容的第一端相互连接并共同作为所述第一增益衰减单元的输入端，并且所述第一电容的第一端、所述第二电容的第一端以及所述第三电容的第一端相互连接并作为所述第一增益衰减单元的第一输出端；所述第二电容的第二端与所述第五开关晶体管的漏极连接，所述第三电容的第二端与所述第六开关晶体管的漏极连接，所述第五开关晶体管的栅极和所述第六开关晶体管的栅极分别用于连接外部逻辑控制电路，所述第一电容的第二端、所述第五开关晶体管的源极以及所述第六开关晶体管的源极相互连接并共同作为所述第一增益衰减单元的第二输出端连接至所述功率放大单元的第二输入端。

2.如权利要求1所述的低噪放大器，其特征在于，所述功率放大单元包括第一MOS管和第二MOS管；所述第一MOS管的栅极作为所述功率放大单元的第一输入端，所述第一MOS管的源极作为所述功率放大单元的第二输入端；

所述第二MOS管的源极与所述第一MOS管的漏极连接，所述第二MOS管的漏极作为所述功率放大单元的输出端，所述第二MOS管的栅极用于连接外部偏置电路。

3.如权利要求1所述的低噪放大器，其特征在于，所述输出匹配网络包括第四电容和第三电感；所述第三电感的第一端用于连接电源电压，所述第三电感的第二端和所述第四电容的第一端连接并共同作为所述输出匹配网络的输入端，所述第四电容的第二端作为所述输出匹配网络的输出端。

4.如权利要求1所述的低噪放大器，其特征在于，所述输入匹配网络包括第四电感；所述第四电感的第一端作为所述输入匹配网络的输入端，所述第四电感的第二端作为所述输入匹配网络的输出端。

5.如权利要求4所述的低噪放大器，其特征在于，所述输入匹配网络还包括第五电容，所述第五电容的第一端与所述第四电感的第二端连接，所述第五电容的第二端作为所述输入匹配网络的输出端。

6.一种射频芯片，其特征在于，所述射频芯片包括如权利要求1-5任意一项所述的低噪放大器。