CN205647445U

CN205647445U - 一种具有频段切换功能的低噪声放大器

Info

Publication number: CN205647445U
Application number: CN201620433337.6U
Authority: CN
Inventors: 岳宏卫; 王豪; 韦保林; 徐卫林; 段吉海; 韦雪明
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2026-05-12

Abstract

本实用新型提供一种具有频段切换功能的低噪声放大器，属于集成电路设计领域，采用并联两支路来增加版图中联线的宽度的同时，在两支路之间引入电容，从而实现不同频段之间匹配的切换。在两支路中分别引入开关控制的电容，从而实现工作频率点的切换。现有多频段低噪声放大器每个频段都需要输入匹配和输出匹配各一个，而每个匹配都需要单独的电感和电容，这样在设计上就增加了芯片面积的成本，本方案可以有效的降低芯片面积。本实用新型由于采用切换电容的方法来切换频段，因此在保持较性能的同时大大降低了面积，同时输入输出匹配方法也大大降低了面积。

Description

一种具有频段切换功能的低噪声放大器

技术领域

本实用新型涉及集成电路设计领域，具体的来说是涉及一种具有频段切换功能的低噪声放大器。

背景技术

低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)一般用作射频接收机的前端，是必不可少的一个部分。由于其应用环境一般是无线通讯或者GPS定位导航，这些信号都是很微弱的，因此需要其降低自身噪声对信号的干扰，提高输出信噪比。在具体设计中就要求降低电路的噪声系数(NF)同时尽可能的提高功率增益，此外还要考虑输入输出匹配、线性度等其他指标，这样才能保证整个接收机具有良好的质量。随着无线通信的快速发展，对低噪声放大器的要求也越来越高，除了性能方面外，现在越来越多的是往多频段发展，怎样适应多频段的低噪声放大器成为研究的主要方向。

实用新型内容

本实用新型需要解决的是低噪声放大器实现频段切换，并且在不影响性能的情况下，尽量减少低噪声放大器所占用的面积的问题，提供一种具有频段切换功能的低噪声放大器。

本实用新型通过以下技术方案解决上述问题：

一种具有频段切换功能的低噪声放大器，包括输入级电路、偏置电路、第一放大器、第一中间级电路、第二放大器和输出级电路；

输入级电路的输入端接输入信号，输出端接第一放大器的输入端；第一放大器的输出端经第一中间级电路与第二放大器连接；第二放大器的输出端与输出级电路的输入端连接；偏置电路的输出端分别与第一放大器、和第二放大器连接。

为了达到两个频段匹配，上述方案中，优选的是输入级电路包括第一电容C1、第一电感L1、第一晶体管M1、第二晶体管M2和第二电容C2；所述第一电容C1一端接输入信号，另一端接第一电感L1的一端；第一电感L1另一端分别连接第一晶体管M1和第二晶体管M2的漏极连接，且与第一放大器连接；第一晶体管M1的源极经第二电容C2与第一放大器连接；第二晶体管M2直接与第一放大器相连接；从而减少了匹配电感的数量，从而减小整个芯片的面积。

上述方案中，优选的是偏置电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第三晶体管M3；第一电阻R1一端与电源相连接，另一端分别与第二电阻R2和第三电阻R3的一端连接；第二电阻R2的另一端与第二放大器连接；第三电阻R3的另一端分别连接到第三晶体管M3的漏极和栅极及第四电阻R4的一端；第四电阻R4的另一端经第五电阻R5与输入级电路连接。

上述方案中，优选的是第一放大器包括第四晶体管M4、第五晶体管M5、第二电感L2；第四晶体管M4的栅极与输入级电路的第一电感L1的一端连接，源极经第二电感L2接地，漏极与第一中间电路连接；第五晶体管M5的栅极与输入级电路的第二电容C2的一端以及输入级电路的第二晶体管M2的源极相连接，其源极接地，漏极与第一中间电路连接。

上述方案中，优选的是第二放大器包括第十晶体管M10，第十一晶体管M11；第十晶体管M10的源极与第一中间级电路相连接，漏极与输出级电路连接，栅极分别与偏置电路的第二电阻R2一端和第一中间级电路连接；第十一晶体管M11的源极与第一中间级电路连接，漏极与输出级电路连接，栅极分别与偏置电路的第二电阻R2一端和第一中间级电路连接。

上述方案中，优选的是输出级电路包括第六电阻R6、第七电阻R7、第十一电容C11、第十二电容C12；第六电阻R6一端与第二放大器的第十晶体管M10漏极连接，另一端接高电平；第七电阻R7一端与第二放大器105的第十一晶体管M11漏极相连接，另一端接高电平；第十一电容C11一端与第二放大器的第十晶体管M10漏极相连，另一端接输出接口；第十二电容C12一端与第二放大器的第十一晶体管M11漏极相连接，另一端接输出接口。

为了大大减少了芯片面积，上述方案中，优选的是第一中间级电路包括第三电感L3、第四电感L4、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第八晶体管M8和第九晶体管M9；第三电感L3的一端连接到第一放大器的第四晶体管M4的漏极，另一端连接到第二放大器的第十晶体管M10的源极；第四电感L4的一端连接到第一放大器的第五晶体管M5的漏极，另一端连接到第二放大器的第十一晶体管M11的源极；第三电容C3的一端接第三电感L3的一端，另一端接地；第四电容C4的一端接第三电感L3的一端，另一端接第六晶体管M6的源极；第六晶体管M6的漏极接第三电感L3的一端；第五电容C5的一端接第三电感L3的一端，另一端接第七晶体管M7的源极；第七晶体管M7的漏极接第三电感L3的另一端；第六电容C6的一端接第三电感L3的一端，另一端接第二放大器的第十晶体管M10的栅极；第七电容C7的一端接第四电感L4的一端，另一端接第二放大器的第十晶体管M10的栅极；第八电容 C8的一端接第四电感L4的一端，另一端接第八晶体管M8的源极；第八晶体管M8的漏极接第四电感L4的另一端；第九电容C9的一端接第四电感L4的一端，另一端接第九晶体管M9的源极；第九晶体管M9的漏极接第四电感L4的另一端；第十电容C10的一端接第四电感L4的一端，另一端接地。

本实用新型的优点与效果是：

1、本实用新型采用并联两支路来增加版图中联线的宽度的同时，在两支路之间引入电容，从而实现不同频段之间匹配的切换；

2、进一步的，在输入级电路的输入端分别用两个开关管M1和M2控制电容的大小，可以达到匹配，从而减少了匹配电感的数量，从而减小整个芯片的面积

3、本实用新型在第一中间级电路通过开关管M6、M7、M8和M9改变电容的大小来达到要求的工作频率，从而大大减少了芯片面积。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型电路原理图。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型作进一步说明。

一种具有频段切换功能的低噪声放大器，如图1所示，包括输入级电路、偏置电路、第一放大器、第一中间级电路、第二放大器和输出级电路。

输入级电路的输入端接输入信号，输出端接第一放大器的输入端；第一放大器的输出端经第一中间级电路与第二放大器连接；第二放大器的输出端与输出级电路的输入端连接；偏置电路的输出端分别与第一放大器、和第二放大器连接；低噪声放大器可以应用于射频接收机中，如GPS和北斗双系统的接收机中。

在具体电路中，输入级电路包括第一电容C1、第一电感L1、第一晶体管M1、第二晶体管M2和第二电容C2。第一电容C1一端接输入信号，另一端接第一电感L1的一端；第一电感L1另一端分别连接第一晶体管M1和第二晶体管M2的漏极连接，且与第一放大器连接；第一晶体管M1的源极经第二电容C2与第一放大器连接；第二晶体管M2直接与第一放大器相连接。输入级电路的输入端为了达到两个频段匹配，分别用两个开关管M1和M2控制电容的大小，以达到匹配。这样减少了匹配电感的数量，从而减小整个芯片的面积。

偏置电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第三晶体管M3；第一电阻R1一端与电源相连接，另一端分别与第二电阻R2和第三电阻R3的一端连接；第二电阻R2的另一端与第二放大器连接；第三电阻R3的另一端分别连接到第三晶体管M3的漏极和栅极及第四电阻R4的一端；第四电阻R4的另一端经第五电阻R5与输入级电路连接。

第一放大器包括第四晶体管M4、第五晶体管M5、第二电感L2；第四晶体管M4的栅极与输入级电路的第一电感L1的一端连接，源极经第二电感L2接地，漏极与第一中间电路连接；第五晶体管M5的栅极与输入级电路的第二电容C2的一端以及输入级电路的第二晶体管M2的源极相连接，其源极接地，漏极与第一中间电路连接。

第二放大器包括第十晶体管M10，第十一晶体管M11；第十晶体管M10的源极与第一中间级电路相连接，漏极与输出级电路连接，栅极分别与偏置电路的第二电阻R2一端和第一中间级电路连接；第十一晶体管M11的源极与第一中间级电路连接，漏极与输出级电路连接，栅极分别与偏置电路的第二电阻R2一端和第一中间级电路连接。

输出级电路包括第六电阻R6、第七电阻R7、第十一电容C11、第十二电容C12；第六电阻R6一端与第二放大器的第十晶体管M10漏极连接，另一端接高电平；第七电阻R7一端与第二放大器105的第十一晶体管M11漏极相连接，另一端接高电平；第十一电容C11一端与第二放大器的第十晶体管M10漏极相连，另一端接输出接口；第十二电容C12一端与第二放大器的第十一晶体管M11漏极相连接，另一端接输出接口。

第一中间级电路包括第三电感L3、第四电感L4、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第八晶体管M8和第九晶体管M9；第三电感L3的一端连接到第一放大器的第四晶体管M4的漏极，另一端连接到第二放大器的第十晶体管M10的源极；第四电感L4的一端连接到第一放大器的第五晶体管M5的漏极，另一端连接到第二放大器的第十一晶体管M11的源极；第三电容C3的一端接第三电感L3的一端，另一端接地；第四电容C4的一端接第三电感L3的一端，另一端接第六晶体管M6的源极；第六晶体管M6的漏极接第三电感L3的一端；第五电容C5的一端接第三电感L3的一端，另一端接第七晶体管M7的源极；第七晶体管M7的漏极接第三电感L3的另一端；第六电容C6的一端接第三电感L3的一端，另一端接第二放大器的第十晶体管M10的栅极；第七电容C7的一端接第四电感L4的一端，另一端接第二放大器的第十晶体管M10的栅极；第八电容C8的一端接第四电感L4的一端，另一端接第八晶体管M8的源极；第八晶体管M8的漏极接第四电感L4的另一端；第九电容C9的一端接第四电感L4的一端，另一端接第九晶体管M9的源极；第九晶体管M9的漏极接第四电感L4的另一端；第十电容C10的一端接第四电感L4的一端，另一端接地。

以上所有用到的晶体管衬底级都接地。

本实用新型的工作过程：

输入信号从输入级电路输入，其中第一电容C1起到隔直流的作用，第一电感L1和第二电感L2对输入进行匹配。偏置电路为每一级晶体管提供偏置电压。然后信号经过第一放大器的第四晶体管M4和第五晶体管M5完成信号放大；第一中间级电路通过第三电感L3与第四电容C4或第五电容C5的组合；第四电感L4与第八电容C8或第九电容C9的组合，将工作频率分别固定在不同工作频率。第三电容C3和第十电容C10分别接地，以提供第二放大器的交流地。然后信号经过第二放大器的第十晶体管M10和第十一晶体管M11完成二次放大；最后经过输出级电路输出，其中电阻R6和R7完成输出匹配。

当工作在第一频段时，输入级电路的第一晶体管M1的栅极不接电压；第二晶体管M2的栅极接高电平；第一中间级电路的第六晶体管M6和第八晶体管M8的栅极接高电平；第七晶体管M7和第九晶体管M9的栅极不接电压。此时输入匹配和输出匹配都匹配到第一工作频段，并且工作频率点也匹配到第一频段，低噪声放大器在这一频段正常工作。

当工作在第二频段时，输入级电路的第一晶体管M1的栅极接高电平；第二晶体管M2的栅极不接电压；第一中间级电路的第六晶体管M6和第八晶体管M8的栅极不接电压；第七晶体管M7和第九晶体管M9的栅极接高电平。此时输入匹配和输出匹配都匹配到第二工作频段，并且工作频率点也匹配到第二频段，低噪声放大器在这一频段正常工作。

现有多频段低噪声放大器每个频段都需要输入匹配和输出匹配各一个，而每个匹配都需要单独的电感和电容，这样在设计上就增加了芯片面积的成本，本方案可以有效的降低芯片面积。

本实用新型由于采用切换电容的方法来切换频段，因此在保持较性能的同时大大降低了面积，同时输入输出匹配方法也大大降低了面积。可以广泛的应用于多频段接收机中。并且采用并联两支路来增加版图中联线的宽度的同时，在两支路之间引入电容，从而实现不同频段之间匹配的切换。在两支路中分别引入开关控制的电容，从而实现工作频率点的切换。现有多频段低噪声放大器每个频段都需要输入匹配和输出匹配各一个，而每个匹配都需要单独的电感和电容，这样在设计上就增加了芯片面积的成本，本方案可以有效的降低芯片面积。本发明专利由于采用切换电容的方法来切换频段，因此在保持较性能的同时大大降低了面积，同时输入输出匹配方法也大大降低了面积。

以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。

Claims

1.一种具有频段切换功能的低噪声放大器，其特征在于：包括输入级电路、偏置电路、第一放大器、第一中间级电路、第二放大器和输出级电路；

2.根据权利要求1所述的一种具有频段切换功能的低噪声放大器，其特征在于：所述输入级电路包括第一电容C1、第一电感L1、第一晶体管M1、第二晶体管M2和第二电容C2；所述第一电容C1一端接输入信号，另一端接第一电感L1的一端；第一电感L1另一端分别连接第一晶体管M1和第二晶体管M2的漏极连接，且与第一放大器连接；第一晶体管M1的源极经第二电容C2与第一放大器连接；第二晶体管M2直接与第一放大器相连接。

3.根据权利要求1所述的一种具有频段切换功能的低噪声放大器，其特征在于：所述偏置电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第三晶体管M3；第一电阻R1一端与电源相连接，另一端分别与第二电阻R2和第三电阻R3的一端连接；第二电阻R2的另一端与第二放大器连接；第三电阻R3的另一端分别连接到第三晶体管M3的漏极和栅极及第四电阻R4的一端；第四电阻R4的另一端经第五电阻R5与输入级电路连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有频段切换功能的低噪声放大器，其特征在于：所述第一放大器包括第四晶体管M4、第五晶体管M5、第二电感L2；第四晶体管M4的栅极与输入级电路的第一电感L1的一端连接，源极经第二电感L2接地，漏极与第一中间电路连接；第五晶体管M5的栅极与输入级电路的第二电容C2的一端以及输入级电路的第二晶体管M2的源极相连接，其源极接地，漏极与第一中间电路连接。

5.根据权利要求1所述的一种具有频段切换功能的低噪声放大器，其特征在于：所述第二放大器包括第十晶体管M10，第十一晶体管M11；第十晶体管M10的源极与第一中间级电路相连接，漏极与输出级电路连接，栅极分别与偏置电路的第二电阻R2一端和第一中间级电路连接；第十一晶体管M11的源极与第一中间级电路连接，漏极与输出级电路连接，栅极分别与偏置电路的第二电阻R2一端和第一中间级电路连接。

6.根据权利要求1所述的一种具有频段切换功能的低噪声放大器，其特征在于：所述输出级电路包括第六电阻R6、第七电阻R7、第十一电容C11、第十二电容C12；第六电阻R6一端与第二放大器的第十晶体管M10漏极连接，另一端接高电平；第七电阻R7一端与第二放大器105的第十一晶体管M11漏极相连接，另一端接高电平；第十一电容C11一端与第二放大器的第十晶体管M10漏极相连，另一端接输出接口；第十二电容C12一端与第二放大器的第十一晶体管M11漏极相连接，另一端接输出接口。

7.根据权利要求1所述的一种具有频段切换功能的低噪声放大器，其特征在于：所述第一中间级电路包括第三电感L3、第四电感L4、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第八晶体管M8和第九晶体管M9；第三电感L3的一端连接到第一放大器的第四晶体管M4的漏极，另一端连接到第二放大器的第十晶体管M10的源极；第四电感L4的一端连接到第一放大器的第五晶体管M5的漏极，另一端连接到第二放大器的第十一晶体管M11的源极；第三电容C3的一端接第三电感L3的一端，另一端接地；第四电容C4的一端接第三电感L3的一端，另一端接第六晶体管M6的源极；第六晶体管M6的漏极接第三电感L3的一端；第五电容C5的一端接第三电感L3的一端，另一端接第七晶体管M7的源极；第七晶体管M7的漏极接第三电感L3的另一端；第六电容C6的一端接第三电感L3的一端，另一端接第二放大器的第十晶体管M10的栅极；第七电容C7的一端接第四电感L4的一端，另一端接第二放大器的第十晶体管M10的栅极；第八电容C8的一端接第四电感L4的一端，另一端接第八晶体管M8的源极；第八晶体管M8的漏极接第四电感L4的另一端；第九电容C9的一端接第四电感L4的一端，另一端接第九晶体管M9的源极；第九晶体管M9的漏极接第四电感L4的另一端；第十电容C10的一端接第四电感L4的一端，另一端接地。