CN1681200A - 用于多频带低噪声放大器的输入匹配电路 - Google Patents

Abstract

提供一种多频带低噪声放大器，包括第一晶体管、输入匹配电路、和第一电容器。第一晶体管包括：电连接到第一电源的集电极，接地的发射极，和连接到第一电感器的另一端的基极，该第一电感器具有一端作为低噪声放大器的输入端。输入匹配电路连接在第一晶体管的集电极和基极之间。第一电容器连接到第一晶体管的集电极。输入匹配电路包括变抗器。输入匹配电路包括连接到变抗器的第二电容器。输入匹配电路包括连接到变抗器的第一电阻器。在该多频带低噪声放大器中，具有可变电容值的变抗器设置在输入端，从而很容易通过少量的偏压控制实现频带转换并且使得可能由控制信号引起的噪声最小。

Description

用于多频带低噪声放大器的输入匹配电路

技术领域

本发明通常涉及一种多频带低噪声放大器，尤其是，涉及一种用于多频带低噪声放大器的输入匹配电路。

背景技术

在如无线电话这样的无线通信系统中，需要采用大量的电子元件用以通过无线媒介收发信号。例如，在无线电话中收发器发射和接收信号。在收发器的信号信道中与无线接口最近的一个部件称之为收发器的前端。在收发器的前端，设置有各种元件，如天线、功率放大器(PA)、隔离器、低噪声放大器(LNA)、和多路复用器。这些元件之中，PA或LNA包括有源元件以及用于控制输入或输出阻抗的内部输入和输出匹配电路。

匹配电路用于匹配元件之间的阻抗以避免或降低信号传输过程中的功率损耗。尤其是，在LNA中，采用阻抗转移电路来维持输入信号源与LNA所选择的有源元件之间的最佳噪声阻抗匹配。

由于在不同的地方共同存在有适用不同无线通信标准的系统并且这些系统都有不同的应用，因此需要接收器能够在不同的频带中运行。

例如，已经提出或者投入使用了各种版本的无线LNA(WLNA)标准，如电气和电子工程师协会(IEEE)802.11a、802.11b、以及802.11g，并且这些版本从一个到另一个都具有不同的特性。例如，802.11b运行于2.4GHz频带并且具有11Mbps的数据速率，802.11a支持5GHz频带中54Mbps的数据速率，而802.11g采用正交频分多路复用(OFDM)具有2.4GHz频带中相当于54Mbps的数据速率。

在提供不同数据速率的系统共存于不同频带的情况下，能够在多频带和多模式中运行的终端需要为用户提供高速的数据服务以及系统之间的兼容性。

多频带、多模式的收发器是基于成本、附加元件的数量、以及基于其性能的切换机构来设计的。例如，可以采用对于各频带的独立无线信道、不同频带的同步接收、从不同的频带中进行选择的切换电感器、以及从不同的频带中进行选择的偏流，来构建多频带、多模式的收发器。

图1是常规双频带接收器的方框图。参考图1，分别通过第一频带选择滤波器112和122经两个天线所接收的信号分别由LNA 113和123放大，通过图像抑制滤波器114和124，由信道选择滤波器115和125所选择，然后转换成公共中间频率。该结构中，共享模数转换器(ADC)106和数字信号处理器(DSP)107。这样，就需要大量昂贵的外部元件，需要更多的空间安装这些外部元件，并且制造成本增加。由于图像抑制和信道选择之间存在折衷，所以每个信道需要双重向下转换混合，结果使得复杂性和功耗增加。

图2是采用了常规织网结构的双频带接收器的方框图。第一本地振荡器203的频率设置为两个天线共用器211和221的频带之间的中间值。分别连接到天线共用器211和221的频带选择开关212和222执行两个操作模式(GMS和DCS)之间的模式转换，并靠近于备用频带中的无线信道以降低功耗。来自频带选择开关212和222的输出通过带通滤波器213和223，而它们的图像成分被抑制并且通过频带选择开关205的加法或减法运算获得一个请求信号。但是，采用常规织网结构的双频带接收器不具备足够的图像抑制功能并且需要很大的安装空间，使得制造成本增加。此外，虽然采用常规织网结构的双频带接收器比图1的双频带接收器小，但是需要消耗很大的功率。

与这种采用两个LNA的双频带接收器不同，采用一个LNA的双频带接收器已经由Sharaf，K.M.以及EIHAK，H.Y.在MWSCAS 2001，第890-893页中的“A Compact Approach for the Design of a Dual-Band Low-Noise Amplifier”中提出。所提出的双频带LNA由包括了尽可能最少的元件构成。在该方案中，频带选择由三个开关进行，并且输入/输出匹配、增益和噪声过滤都很占优势。但是，因开关引起的噪声以及控制这些开关的复杂性使得可能出现性能退化而且安装空间相当大。

另一种双频带LNA已经由Po-Wei Lee和Hung-Wei Chiu等在ISSCC 2003，第264-366页中的文章“A SiGe Low Noise Amplifier for2.4/5.2/5.7GHz WLANApplication”中提出。在该方案中，基极-发射极电容和Miller电容充当通过基极-集电极电容的偏流，并且输入匹配的谐振频率能够通过控制输入电容而进行改变。这样的SiGe LNA结构提供简单的偏压转换并且需要很小的安装空间。但是，偏流的变化引起直流时的不利变化，导致性能退化。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种双频带低噪声放大器，使构成电路的元件数量最少而且不影响多频带信号的放大性能。

为实现上述和其它目的，提供一种多频带低噪声放大器，其包括第一晶体管、输入匹配电路、和第一电容器。第一晶体管包括电连接到第一电源的集电极、接地的发射极、以及连接到第一电感器的另一端的基极，该第一电感器具有一端作为该低噪声放大器的输入端。输入匹配电路连接在第一晶体管的集电极和基极之间。第一电容器连接到第一晶体管的集电极。

附图说明

结合附图，本发明的上述和其它目的、特征和优点将从下面的具体描述中更加清楚，其中：

图1是常规双频带接收器的方框图；

图2是采用常规织网结构的双频带接收器的方框图；

图3是根据本发明优选实施例的多频带低噪声放大器的电路图；

图4是根据本发明优选实施例的多频带低噪声放大器的性能测试结果的曲线图。

具体实施方式

现在将参考附图对本发明优选实施例的多频带低噪声放大器进行详细描述。

图3是根据本发明优选实施例的多频带低噪声放大器的电路图。

根据本发明优选实施例的多频带低噪声放大器包括：第一电感器301、第一电阻器341、第一电容器311、变抗器(varactor)350、第一电源331、第二电阻器342、第一晶体管321、第二电感器302、第二电容器312、第二电源332、第三电感器303、第三电源333、第三电容器313、第二晶体管322、第三晶体管323、第四电感器394、以及第四电容器314。

如图3所示，第一晶体管321包括：通过第二电感器302接地的发射极，通过第二电阻器342连接到第一电源331的集电极，以及连接到第一电感器301的一端的基极。第一电感器301的另一端连接到输入节点。

级联的第一电阻器341和第一电容器311串联连接在第一晶体管321的基极和集电极之间。变抗器350与第一电容器311并联连接。第一晶体管321的集电极连接到第二电容器312的输入端。

第二晶体管322包括：连接到第二电源332的基极，连接到第三晶体管323的集电极的发射极，以及通过第三电容器313连接到第三电源303的集电极。第三晶体管323包括连接到第二电容器312的输出端的基极以及接地的发射极。

第三电感器303与第三电容器313并联连接，级联的第四电感器304和第四电容器314彼此串联连接并且与第三电容器313并联连接。

变抗器350电连接到外部控制器(未示出)并且根据外部控制器输入的信号工作。变抗器350根据外部控制器输入的偏压工作。第一电容器311并联连接到变抗器350以补偿施加到变抗器350的控制电压。

变抗器350的电容值根据外部控制器输入的控制电压的电平而确定，并且输入到第一电感器301和第一晶体管321基极的阻抗的谐振频率根据变抗器350的电容值进行转换。从而，进行多频带之间的接收频带转换。

串联连接到第一电容器311的第一电阻器341用于防止电流的反向流动。

由于变抗器350电容值的很小变化可能引起输入电容值的很大变化，所以通过控制输入到变抗器350的偏压能够实现多宽带的输入匹配。

通过上述方式选择的频带所接收的信号经过连接到第二电容器312的输出侧的噪声消除电路并且通过输出端RFout被输出。这里，噪声消除电路由第二晶体管322、第三晶体管323、第三电感器303、第三电容器313、第四电感器304、第四电容器314、以及第三电源333构成。噪声消除电路可以随意设置以实现反向隔离效应。

图4是根据本发明优选实施例的多频带低噪声放大器的性能测试结果的曲线图，其中示出了当有两个控制电压值施加到变抗器时S参数S11的变化。

如图4所示，当施加0V的控制电压到变抗器以选择低频带时，S参数S11指向2.3GHz的-24dB。此时，增益为22dB并且噪声指数为2dB。当施加1.8V的控制电压到变抗器以选择高频带时，S参数S11指向5.2GHz的-20dB。此时，增益为11.4dB并且噪声指数为3.3dB。

如上所述，在根据本发明优选实施例的多频带低噪声放大器中，具有可变电容值的变抗器被安装在输入端，从而很容易通过少量的偏压控制进行频带切换并且使得可能由控制信号引起的噪声达到最小。

而且，在根据本发明优选实施例的多频带低噪声放大器中，由于变抗器充当并联反馈电路，所以不影响多频带低噪声放大器的噪声消除性能。

此外，在根据本发明优选实施例的多频带低噪声放大器中，相同的直流条件被施加到多频带。因此，能够避免可能由直流条件的变化而引起的性能退化。

虽然本发明已经参考其某些优选实施例进行了示出和描述，但是，本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。

Claims (9)

1、一种多频带低噪声放大器，包括：

第一电感器，具有作为低噪声放大器的输入的第一端；

第一晶体管，包括电连接到第一电源的集电极，接地的发射极，和连接到第一电感器第二端的基极；

输入匹配电路，连接在第一晶体管的集电极和基极之间；以及

第一电容器，具有连接到第一晶体管的集电极的第一端。

2、如权利要求1所述的多频带低噪声放大器，其中输入匹配电路包括变抗器。

3、如权利要求2所述的多频带低噪声放大器，其中输入匹配电路包括与变抗器并联连接的第二电容器。

4、如权利要求2所述的多频带低噪声放大器，其中输入匹配电路包括与变抗器串联连接的第一电阻器。

5、如权利要求3所述的多频带低噪声放大器，其中输入匹配电路包括与变抗器和第二电容器串联连接的第一电阻器。

6、如权利要求1所述的多频带低噪声放大器，进一步包括串联连接在集电极和第一电源之间的第二电阻器。

7、如权利要求1所述的多频带低噪声放大器，进一步包括串联连接在发射极和地之间的第二电感器。

8、如权利要求1所述的多频带低噪声放大器，进一步包括连接到第一电容器的第二端的反向隔离器。

9、如权利要求8所述的多频带低噪声放大器，其中反向隔离器包括：

第二晶体管，包括连接到第二电源的基极，和通过第三电容器连接到第三电源的集电极；

第三电感器，与第三电容器并联连接；

第四电感器；

第四电容器，与第三电容器并联连接；

第四电感器，与第四电容器串联连接；以及

第三晶体管，包括连接到第二晶体管的发射集的集电极，连接到第一电容器的第二端的基极，和接地的发射集。

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