CN203933539U - 低噪声放大器及gnss系统多模接收机前端的射频系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低噪声放大器，该低噪声放大器包括输出选频模块、输入匹配模块及放大模块，输入信号经所述输入匹配模块的输出端进入所述放大模块的输入端，输入信号经放大后自所述放大模块的输出端输出进入所述输出选频模块的输入端，所述输出选频模块的输出端输出自适应多模多频的频率信号。通过输入信号频段选择适应的输入通道和输出信号的自动选频，利用集成电路电容复用、电容阵列切换将芯片体积减小、功耗低、降低成本，实现了支持高低频段全模输入，输出频段自适应调整，信号覆盖频率宽。

Description

低噪声放大器及GNSS系统多模接收机前端的射频系统

技术领域

本实用新型属于集成电路领域，尤其涉及一种具有低噪声的放大器及GNSS系统接收不同频段信号的多模接收机前端的射频系统。

背景技术

目前，同时支持全部GNSS系统多模射频接收机产品极少，全球卫星导航系统射频频点如表1所示，一般采用分离低噪声放大器实现多模多频带(GPS和BD的高低频L1/B1/B3)，如图1所示。这样的射频芯片集成多个低噪声放大器占用比较大的芯片面积，当前的方案高低BAND(频段)低噪声放大器分别实现，要得到较好的(噪声系数NF，线性度)，会用到较多电感，最大的问题是芯片面积比较大。针对低噪声放大器占用交底芯片面积大、单独不能支持高低频段、功耗高、成本高的缺点。

GNSS mode	frequency	unit
			GPS L1	1575.42	MHz
Galileo	1575.42	MHz
			BeiDou B1	1561.098	MHz
BeiDou B3	1268.52	MHz
			Glonass	1601.718	MHz

表1：全球卫星导航系统射频频点

实用新型内容

本实用新型提供一种低噪声放大器，旨在解决现有低噪声放大器占用交底芯片面积大、单独不能支持高低频段、功耗高、成本高的问题。

本实用新型是这样实现的，一种低噪声放大器，该低噪声放大器包括输出选频模块、输入匹配模块及放大模块，输入信号经所述输入匹配模块的输出端进入所述放大模块的输入端，输入信号经放大后自所述放大模块的输出端输出进入所述输出选频模块的输入端，所述输出选频模块的输出端输出自适应多模多频的频率信号。

本实用新型的进一步技术方案是：所述输入匹配模块包括电容C1、电感Lg、可调电容Cph、可调电容Cpl、电感Ls及N-MOS管M1，所述电容C1一端连接所述电感Lg的一端，所述电感Lg的另一端分别连接所述N-MOS管M1的栅极、可调电容Cph的一端及可调电容Cpl的一端，所述N-MOS管M1的源极、可调电容Cph的另一端及可调电容Cpl的另一端分别连接电感Ls的一端，所述电感Ls的另一端接地。

本实用新型的进一步技术方案是：所述输出选频模块包括电感L1、可调电容Ch及可调电容Cl，所述电感L1、可调电容Ch及可调电容Cl并联后一端连接Vdd，所述电感L1、可调电容Ch及可调电容Cl并联后另一端输出选频信号。

本实用新型的进一步技术方案是：所述可调电容Cph、可调电容Cpl、可调电容Ch及可调电容Cl的电容阵列结构相同，其电容阵列结构包括电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电阻R1、电阻R2、电阻R3、N-MOS管M3、N-MOS管M4及N-MOS管M5，所述电阻R1的一端连接所述N-MOS管M3的栅极，所述N-MOS管M3的漏极连接所述电容C2的一端，所述N-MOS管M3的源极连接所述电容C5的一端，所述电阻R2的一端连接所述N-MOS管M4的栅极，所述N-MOS管M4的漏极连接所述电容C3的一端，所述N-MOS管M4的源极连接所述电容C6的一端，所述电阻R3的一端连接所述N-MOS管M5的栅极，所述N-MOS管M5的漏极连接所述电容C4的漏极，所述N-MOS管M5的源极连接所述电容C7的一端，所述电容C2的另一端、电容C3的另一端及电容C4的另一端相连，所述电容C5的另一端、电容C6的另一端及电容C7的另一端相连。

本实用新型的进一步技术方案是：所述放大模块包括N-MOS管M2，所述N-MOS管M2的源极连接所述N-MOS管M1的漏极，所述N-MOS管M2的栅极连接Vdd，所述N-MOS管M5的漏极连接所述电感L1、可调电容Ch及可调电容Cl并联后另一端。

本实用新型的另一目的在于提供一种GNSS系统多模接收机前端的射频系统，该射频系统包括具有权利要求1-5任一项所述的低噪声放大器、双频接收天线、输入匹配网络、正交混频器及跨阻放大器，所述双频接收天线输出端连接所述输入匹配网络输入端，所述输入匹配网络输出端连接所述低噪声放大器输入端，所述低噪声放大器输出端连接所述正交混频器输入端，所述正交混频器输出端连接所述跨阻放大器输入端，所述跨阻放大器输出端输出信号；所述低噪声放大器，用于对有用信号进行阻抗匹配减少反射损耗，可以对高低不同频率的同时接收，实现多模多频功能；所述双频接收天线，用于接收不同频段的电子信号并且输出信号；所述输入匹配网络，用于对双频接收天线输入不同频率的信号进行通道匹配；所述正交混频器，用于对低噪声放大器处理过的射频信号进行下变频处理；所述跨阻放大器，用于将射频信号转化为电流输出。

本实用新型的进一步技术方案是：所述混频器为两个，两个所述混频器的输入端分别连接所述低噪声放大器输入端。

本实用新型的进一步技术方案是：所述跨阻放大器为两个，每个所述跨阻放大器输入端分别与一个所述正交混频器输出端连接。

本实用新型的进一步技术方案是：所述跨阻放大器包括单端输入单端输出的放大器A1、电阻R4及电容C8，所述电阻R4与所述电容C8并联后与所述放大器A1的输入端至输出端并联。

本实用新型的有益效果是：通过输入信号频段选择适应的输入通道和输出信号的自动选频，利用集成电路电容复用、电容阵列切换将芯片体积减小、功耗低、降低成本，实现了支持高低频段全模输入，输出频段自适应调整，信号覆盖频率宽。本实用新型采用选频作为负载，高波段频率在1.561G-1.601GHz(中心频率为1.58G)，低波段频率在1268MHz(中心频率为1.268G).本实用新型要求实现输入高低BAND匹配和输出高低BAND LC谐振选频网络，实现了输入高低波段匹配和输出高低波段容感谐振选频输出。

附图说明

图1是现有技术中GNSS系统多模接收机前端的射频系统结构图；

图2是本实用新型实施例提供的低噪声放大器结构框图；

图3是本实用新型实施例提供的低噪声放大器电路原理图；

图4是本实用新型实施例提供的可调电容Cpl、Cph、Ch、Cl的电容阵列结构图；

图5是本实用新型实施例提供的GNSS系统多模接收机前端的射频系统结构框图；

图6是本实用新型实施例提供的跨阻放大器电路原理图。

具体实施方式

附图标记：10-输入匹配模块 20-放大模块 30-输出选频模块100-双频接收天线 200-输入匹配网络 300-低噪声放大器 400-正交混频器 500-跨阻放大器

图2、3、4示出了本实用新型提供的低噪声放大器，该低噪声放大器包括输出选频模块30、输入匹配模块10及放大模块20，输入信号经所述输入匹配模块10的输出端进入所述放大模块20的输入端，输入信号经放大后自所述放大模块20的输出端输出进入所述输出选频模块10的输入端，所述输出选频模块30的输出端输出自适应多模多频的频率信号。通过输入信号频段选择适应的输入通道和输出信号的自动选频，利用集成电路电容复用、电容阵列切换将芯片体积减小、功耗低、降低成本，实现了支持高低频段全模输入，输出频段自适应调整，信号覆盖频率宽。本实用新型采用选频作为负载，高波段频率在1.561G-1.601GHz(中心频率为1.58G)，低波段频率在1268MHz(中心频率为1.268G).本实用新型要求实现输入高低BAND匹配和输出高低BAND LC谐振选频网络，实现了输入高低波段匹配和输出高低波段容感谐振选频输出。

所述输入匹配模块10包括电容C1、电感Lg、可调电容Cph、可调电容Cpl、电感Ls及N-MOS管M1，所述电容C1一端连接所述电感Lg的一端，所述电感Lg的另一端分别连接所述N-MOS管M1的栅极、可调电容Cph的一端及可调电容Cpl的一端，所述N-MOS管M1的源极、可调电容Cph的另一端及可调电容Cpl的另一端分别连接电感Ls的一端，所述电感Ls的另一端接地。

所述输出选频模块300包括电感L1、可调电容Ch及可调电容Cl，所述电感L1、可调电容Ch及可调电容Cl并联后一端连接Vdd，所述电感L1、可调电容Ch及可调电容Cl并联后另一端输出选频信号。

所述可调电容Cph、可调电容Cpl、可调电容Ch及可调电容Cl的电容阵列结构相同，其电容阵列结构包括电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电阻R1、电阻R2、电阻R3、N-MOS管M3、N-MOS管M4及N-MOS管M5，所述电阻R1的一端连接所述N-MOS管M3的栅极，所述N-MOS管M3的漏极连接所述电容C2的一端，所述N-MOS管M3的源极连接所述电容C5的一端，所述电阻R2的一端连接所述N-MOS管M4的栅极，所述N-MOS管M4的漏极连接所述电容C3的一端，所述N-MOS管M4的源极连接所述电容C6的一端，所述电阻R3的一端连接所述N-MOS管M5的栅极，所述N-MOS管M5的漏极连接所述电容C4的漏极，所述N-MOS管M5的源极连接所述电容C7的一端，所述电容C2的另一端、电容C3的另一端及电容C4的另一端相连，所述电容C5的另一端、电容C6的另一端及电容C7的另一端相连。

所述放大模块20包括N-MOS管M2，所述N-MOS管M2的源极连接所述N-MOS管M1的漏极，所述N-MOS管M2的栅极连接Vdd，所述N-MOS管M5的漏极连接所述电感L1、可调电容Ch及可调电容Cl并联后另一端。

输入匹配由输入电感Lg，电容Cph/Cpl，放大管M1，以及Ls构成，Cph和Cpl作为GNSS频段选择的电容阵列，可以覆盖多个GNSS频段，high band工作时，输入匹配，Ls，Cph谐振，输入阻抗Zin可表示为：

$\mathrm{Zin}=s(\mathrm{Lg}+\mathrm{Ls})+\frac{1}{\mathrm{sCph}}+\frac{\mathrm{gm}\·\mathrm{Ls}}{2\mathrm{Cph}}$

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{2\mathrm{\Π}\sqrt{(\mathrm{Lg}+\mathrm{Ls})\·\mathrm{Cph}}}$

s＝jω

low band工作时，输入匹配，Ls，Cpl谐振，输入阻抗Zin可表示为：

$\mathrm{Zin}=s(\mathrm{Lg}+\mathrm{Ls})+\frac{1}{\mathrm{sCpl}}+\frac{\mathrm{gm}\·\mathrm{Ls}}{2\mathrm{Cpl}}$

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{2\mathrm{\Π}\sqrt{(\mathrm{Lg}+\mathrm{Ls})\·\mathrm{Cpl}}}$

s＝jω

谐振时，本低噪声放大器，噪声低，线性度好，功耗低。一般噪声系数可以达到1dB以下，高低BAND工作时复用同样的Lg和Ls，选择不同的Cph和Cpl实现高低BAND输入阻抗匹配，此时

对于高低频射频带宽1580MHz和1268MHz，阻抗匹配实现，需要采用电容阵列C p，分析如下：

${\mathrm{\ω}}_h=\frac{1}{2\mathrm{\Π}\sqrt{(\mathrm{Lg}+\mathrm{Ls})\·\mathrm{Cph}}}$

${\mathrm{\ω}}_l=\frac{1}{2\mathrm{\Π}\sqrt{(\mathrm{Lg}+\mathrm{Ls})\·\mathrm{Cpl}}}$

$\frac{C_{\mathrm{pl}}}{C_{\mathrm{ph}}}={\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_h}{{\mathrm{\ω}}_l}\right)}^2={\left(\frac{1580}{1268}\right)}^2=1.55$

阻抗匹配要求只要满足就满足宽带输入阻抗匹配，而Cpl＝1.55Cph，所以选择，可以实现高低频率可以复用一个输入电感，减小芯片面积。

输出谐振LC：可以复用电感L1，根据高低频自适应切换Ch和Cl，同样满足Cl＝1.55Ch

${\mathrm{\ω}}_h=\frac{1}{2\mathrm{\Π}\sqrt{\mathrm{LL}\·\mathrm{Ch}}}$

${\mathrm{\ω}}_l=\frac{1}{2\mathrm{\Π}\sqrt{\mathrm{LL}\·\mathrm{Cl}}}$

$\frac{C_l}{C_h}={\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_h}{{\mathrm{\ω}}_l}\right)}^2={\left(\frac{1580}{1268}\right)}^2=1.55$

为了产品的PVT成品率，需要对电容Cpl，Cph，Ch，Cl做阵列调整，确保满足指标要求。

电容阵列Cpl，Cph，Ch，Cl如图4所示，其中C4＝2¹C3＝2²C1，为二进制阵列组合。

如图5、6所示，本实用新型的另一目的在于提供一种GNSS系统多模接收机前端的射频系统，该射频系统包括具有权利要求1-5任一项所述的低噪声放大器300、双频接收天线100、输入匹配网络200、正交混频器400及跨阻放大器500，所述双频接收天线100输出端连接所述输入匹配网络200输入端，所述输入匹配网络200输出端连接所述低噪声放大器300输入端，所述低噪声放大器300输出端连接所述正交混频器400输入端，所述正交混频器400输出端连接所述跨阻放大器500输入端，所述跨阻放大器500输出端输出信号；所述低噪声放大器300，用于对有用信号进行阻抗匹配减少反射损耗，可以对高低不同频率的同时接收，实现多模多频功能；所述双频接收天线100，用于接收不同频段的电子信号并且输出信号；所述输入匹配网络200，用于对双频接收天线输入不同频率的信号进行通道匹配；所述正交混频器400，用于对低噪声放大器处理过的射频信号进行下变频处理；所述跨阻放大器500，用于将射频信号转化为电流输出。

所述正交混频器400为两个，两个所述正交混频器400的输入端分别连接所述低噪声放大器300输入端。

所述跨阻放大器500为两个，每个所述跨阻放大器500输入端分别与一个所述正交混频器400输出端连接。

所述跨阻放大器500包括单端输入单端输出的放大器A1、电阻R4及电容C8，所述电阻R4与所述电容C8并联后与所述放大器A1的输入端至输出端并联。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低噪声放大器，其特征在于，该低噪声放大器包括输出选频模块、输入匹配模块及放大模块，输入信号经所述输入匹配模块的输出端进入所述放大模块的输入端，输入信号经放大后自所述放大模块的输出端输出进入所述输出选频模块的输入端，所述输出选频模块的输出端输出自适应多模多频的频率信号。

2.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述输入匹配模块包括电容C1、电感Lg、可调电容Cph、可调电容Cpl、电感Ls及N-MOS管M1，所述电容C1一端连接所述电感Lg的一端，所述电感Lg的另一端分别连接所述N-MOS管M1的栅极、可调电容Cph的一端及可调电容Cpl的一端，所述N-MOS管M1的源极、可调电容Cph的另一端及可调电容Cpl的另一端分别连接电感Ls的一端，所述电感Ls的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的低噪声放大器，其特征在于，所述输出选频模块包括电感Ll、可调电容Ch及可调电容Cl，所述电感Ll、可调电容Ch及可调电容Cl并联后一端连接Vdd，所述电感Ll、可调电容Ch及可调电容Cl并联后另一端输出放大信号。

4.根据权利要求3所述的低噪声放大器，其特征在于，所述可调电容Cph、可调电容Cpl、可调电容Ch及可调电容Cl的电容阵列结构相同，其电容阵列结构包括电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电阻R1、电阻R2、电阻R3、N-MOS管M3、N-MOS管M4及N-MOS管M5，所述电阻R1的一端连接所述N-MOS管M3的栅极，所述N-MOS管M3的漏极连接所述电容C2的一端，所述N-MOS管M3的源极连接所述电容C5的一端，所述电阻R2的一端连接所述N-MOS管M4的栅极，所述N-MOS管M4的漏极连接所述电容C3的一端，所述N-MOS管M4的源极连接所述电容C6的一端，所述电阻R3的一端连接所述N-MOS管M5的栅极，所述N-MOS管M5的漏极连接所述电容C4的漏极，所述N-MOS管M5的源极连接所述电容C7的一端，所述电容C2的另一端、电容C3的另一端及电容C4的另一端相连，所述电容C5的另一端、电容C6的另一端及电容C7的另一端相连。

5.根据权利要求3或4所述的低噪声放大器，其特征在于，所述放大模块包括N-MOS管M2，所述N-MOS管M2的源极连接所述N-MOS管M1的漏极，所述N-MOS管M2的栅极连接Vdd，所述N-MOS管M5的漏极连接所述电感Ll、可调电容Ch及可调电容Cl并联后另一端。

6.一种GNSS系统多模接收机前端的射频系统，其特征在于，该射频系统包括具有权利要求1-5任一项所述的低噪声放大器、双频接收天线、输入匹配网络、正交混频器及跨阻放大器，所述双频接收天线输出端连接所述输入匹配网络输入端，所述输入匹配网络输出端连接所述低噪声放大器输入端，所述低噪声放大器输出端连接所述正交混频器输入端，所述正交混频器输出端连接所述跨阻放大器输入端，所述跨阻放大器输出端输出信号；所述低噪声放大器，用于对有用信号进行阻抗匹配减少反射损耗，可以对高低不同频率的同时接收，实现多模多频功能；所述双频接收天线，用于接收不同频段的电子信号并且输出信号；所述输入匹配网络，用于对双频接收天线输入不同频率的信号进行通道匹配；所述正交混频器，用于对低噪声放大器处理过的射频信号进行下变频处理；所述跨阻放大器，用于将射频信号转化为电流输出。

7.根据权利要求6所述的射频系统，其特征在于，所述正交混频器为两个，两个所述正交混频器的输入端分别连接所述低噪声放大器输入端。

8.根据权利要求7所述的射频系统，其特征在于，所述跨阻放大器为两个，每个所述跨阻放大器输入端分别与一个所述正交混频器输出端连接。

9.根据权利要求6-8任一项所述的射频系统，其特征在于，所述跨阻放大器包括单端输入单端输出的放大器A1、电阻R4及电容C8，所述电阻R4与所述电容C8并联后与所述放大器A1的输入端至输出端并联。