CN215120736U - 增益可调的低噪声放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了增益可调的低噪声放大器，涉及射频技术领域。本实用新型包括：射频信号输入端、射频信号输出端、共源极单元、共栅极单元、输出匹配电容单元、多个增益调节单元，射频信号输入端包括：多个射频的信号输入端口，不同的信号输入端口可以设计不同的输入匹配网络以适应不同频带的需求，通过开关进行端口选择，该输入匹配网络可以在片内或片外实现。本实用新型通过设置多个射频信号输入端口，多个增益可调的低噪声放大器配合使用，可以覆盖更宽的信号频带，实现开关型多输入射频组合的增益可调，每个增益可调的射频包含从正增益到负增益的增益变化范围，而且增益相位连续，具有良好的输入输出匹配性能和电流使用效率，结构紧凑，实用可靠。

Description

增益可调的低噪声放大器

技术领域

本实用新型属于射频技术领域，特别是涉及增益可调的低噪声放大器。

背景技术

射频是射频接收机前端的第一级有源电路，需要具有一定的增益来放大微弱的无线信号，同时为了在放大大信号时不失真，接收机需要具有一定的动态范围，因此，LNA需要设计成增益可调的结构。此外，为了拓宽LNA的工作频带，可以将单个LNA设计成多输入的结构，再将多个LNA结合起来使用，构成多频段输入的LNA组合。

现有的LNA可调节增益范围小、增益的相位连续性差、射频输入输出端匹配差或电流使用效率低，因此，需要优化设计。

如图1所示，该传统射频包括：输入放大电路101、输出放大电路202和偏置电路303，输入放大电路101主要由射频信号输入端RFIN、主放大管M1和源极退化电感Ls构成，用于将输入射频信号初步放大，输出放大电路202主要由次放大管M2、负载电阻R、负载电感Ld和射频信号输出端RFOUT构成，用于将输入放大电路101的输出信号进一步放大并输出至后级电路，偏置电路303用于为主放大管M1提供偏置电压，为LNA提供工作电流。若忽略沟道调制效应和寄生效应的影响，该传统LNA的增益近似为，

其中，A_V为LNA的增益，g_m为主放大管M1的跨导，L_s为主放大管源端电感Ls的电感值，R为负载电阻R的电阻值，通常情况下，负载电阻R的大小远小于负载电感Ld。

(1)式表明，输入放大电路10中的源极负载电感Ls越大，LNA增益越低；负载电阻R越大，LNA增益越高。

传统的增益可调放大器通过改变输出放大电路30的负载电阻R的大小来改变LNA输出端负载阻抗大小，从而改变LNA增益，但电阻的变化受限于LNA的电源电压和输出匹配性能等因素，因此，增益可调范围窄，而且增益在不同挡位时，LNA工作电流相同，电流利用效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供增益可调的低噪声放大器，通过设置多个射频信号输入端口，多个增益可调的低噪声放大器配合使用，可以覆盖更宽的信号频带，实现开关型多输入射频组合的增益可调，每个增益可调的射频包含从正增益到负增益的增益变化范围，而且增益相位连续，具有良好的输入输出匹配性能和电流使用效率，结构紧凑，实用可靠，解决了上述现有技术中存在的问题。

为达上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

增益可调的低噪声放大器，包括：射频信号输入端、射频信号输出端、共源极单元、共栅极单元、输出匹配电容单元、多个增益调节单元；

射频信号输入端包括：多个射频的信号输入端口，不同的信号输入端口可以设计不同的输入匹配网络以适应不同频带的需求，通过开关进行端口选择，该输入匹配网络可以在片内或片外实现；

射频信号输出端为射频的信号输出端口；

共源极单元作为射频的主放大管，用于放大射频输入信号，由多个晶体管并排连接构成与射频信号输入端配合使用；

共栅极单元作为射频的次放大管，用于输出射频信号，提高射频输出、输入信号隔离度；

输出匹配电容单元用于调整射频输出匹配性能，还可以用于调整增益相位，保证其连续性；

多个增益调节单元，包括：低噪声放大器电阻负载支路、次放大管支路、衰减器网络、电阻负反馈网络和源端退化阻抗网络，低噪声放大器不同位置处的增益调节单元由开关控制，各增益调节单元协同工作，使增益提高或降低。

可选的，共源极单元包括：第一主放大管Mm1、第二主放大管Mm2、第一主放大管漏端开关Smd1和第二主放大管漏端开关Smd2，第一主放大管Mm1的栅端与第一偏置电压输入V1连接，第二主放大管Mm2的栅端与第二偏置电压输入V2连接，第一主放大管Mm1的源端与第二主放大管Mm2的源端相连接，第一主放大管Mm1的漏端与第一主放大管漏端开关Smd1的一端连接，第一主放大管漏端开关Smd1的另一端与共栅极单元的源端相连接，第二主放大管Mm2的漏端与第二主放大管漏端开关Smd2的一端连接，第二主放大管漏端开关Smd2的另一端与共栅极单元的源端连接。

可选的，射频信号输入端包括：第一射频信号输入端RFIN1和第二射频信号输入端RFIN2、第一输入开关Sin1、第二输入开关Sin2、电阻负反馈，第一射频信号输入端RFIN1和第一主放大管Mm1的栅端连接，第二射频信号输入端RFIN2和第二主放大管Mm2的栅端连接，第一射频信号输入端RFIN1和第二射频信号输入端RFIN2分别通过第一输入开关Sin1、第二输入开关Sin2与电阻负反馈网络连接；

射频信号输入端数目可以是一个或者多个，当射频信号输入端的数目增加到n个，共源极单元中主放大管的数目需要对应增加到n个，第n射频信号输入端RFINn连接到第n主放大管Mmn的栅端，第n射频信号输1入端RFINn连接到第n输入开关Sinn的一端，第n输入开关Sinn的另一端与电阻负反馈网络连接；

共源极单元中主放大管的数目可以是一个或者多个，与射频输入端的数目一致，当共源极单元中只有一个主放大管时，主放大管漏端串联的开关可以移除，此时，共源极单元漏端与共栅极单元源端直接相连，当共源极单元中主放大管数目增加为n个，与主放大管漏端串联的开关数目也需要相应地增加为n个，且第n主放大管Mmn的源端连接到第一主放大管Mm1的源端，第n主放大管Mmn的栅端分别和第n射频信号输入端RFINn、第n偏置电压输入Vn连接，第n主放大管Mmn的漏端连接到第n主放大管漏端开关Smdn的一端，第n主放大管漏端开关Smdn的另一端连接到的共栅极单元源端。

可选的，共栅极单元包括：第一次放大管Mc1、第二次放大管Mc2、电感负载Ld、电源VDD、电压输入VC、第二次放大管栅端开关Scg2，第一次放大管Mc1的漏端分别和电感负载Ld的一端、电阻负载支路的一端连接，电感负载Ld的另一端和电阻负载支路的另一端分别和电源VDD连接，第一次放大管Mc1的栅端和偏置电压输入VC连接，第一次放大管Mc1的栅端和第二次放大管栅端开关Scg2的一端连接，第二次放大管栅端开关Scg2的另一端和第二次放大管Mc2的栅端连接，第二次放大管Mc2的源端分别和第一次放大管Mc1的源端、第一主放大管Mm1的漏端连接，第二次放大管Mc2的漏端和第二次放大管漏端开关Scd2的一端连接，第二次放大管漏端开关Scd2的另一端和电源VDD连接；

共栅极单元可以并排连接多个栅长相同、栅宽成比例的次放大管，第k次放大管Mck、第k次放大管栅端开关Scgk和第k次放大管漏端开关Scdk构成的支路视为第k条次放大管支路，第k次放大管Mck的栅端和第k次放大管栅端开关Scgk连接，第k次放大管栅端开关Scgk的另一端和偏置电压输入VC连接，第k次放大管Mck的源端和第一次放大管Mc1的源端连接，第k次放大管Mck的漏端和第k次放大管漏端开关Scdk的一端连接，第k次放大管漏端开关Scdk的另一端连接到电源VDD，共源极单元栅极的第一偏置电压输入V1和第二偏置电压输入V2由基准产生的多路零温度系数偏置电流转换得到，通过开关选择基准偏置电流支路的数目以获得不同的偏置电压，增益越低，射频需要的工作电流越少，对应的主放大管偏置电压越小；

射频信号输出端与衰减器网络的一端相连，衰减器网络的另一端和输出匹配电容单元的一端连接，输出匹配电容单元的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，射频信号输出端与衰减器网络的一端相连，衰减器网络的另一端和输出匹配电容单元的一端连接，输出匹配电容单元的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接。

可选的，输出匹配电容单元包括：串联电容Cs、第一串联电容Cs1、第一串联开关Ss1、第二串联电容Cs2和第二串联开关Ss2，串联电容Cs的一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，串联电容Cs的另一端和衰减器网络的一端连接，衰减器网络的另一端和射频信号输出端连接，第一串联电容Cs1的一端和衰减器网络的一端连接，衰减器网络的另一端和射频信号输出端连接，第一串联电容Cs1的另一端和第一串联开关Ss1的一端连接，第一串联开关Ss1的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，第二串联电容Cs2的一端和衰减器网络的一端相连接，衰减器网络的另一端和射频信号输出端连接，第二串联电容Cs2的另一端和第二串联开关Ss2连接，第二串联开关Ss2的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接；

输出匹配电容单元中串联的开关与电容支路数目可以是一个或者多个，第q条串联支路中第q串联电容Csq的一端和衰减器网络一端相连接，衰减器网络的另一端和射频信号输出端连接，第q串联电容Csq的另一端和第q串联开关Ssq连接，第q串联开关Ssq的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接；

且射频信号输入端可以包含多个信号输入端口，构成多输入增益可调射频，多个该放大器组合使用可以拓宽射频的工作频带，r个具有r个信号输入端的增益可调射频组合使用至少可以覆盖r个不同频带。

可选的，源端退化阻抗网络包括：主放大管源端电阻Rs、第一主放大管源端开关Sms1、第二主放大管源端开关Sms2、第一源端电感Ls1和第二源端电感Ls2，源端电阻Rs的一端和第一主放大管Mm1的源端连接，源端电阻Rs的另一端和第一源端电感Ls1的一端连接，第一源端电感Ls1的另一端连接到地，第一源端电感Ls1可以使用片上电感实现，也可以使用片外电感实现，第一主放大管源端开关Sms1的一端和第一主放大管Mm1的源端连接，第一主放大管源端开关Sms1的另一端和源端电阻Rs的一端、第一源端电感Ls1的一端连接在同一结点，第二主放大管源端开关Sms2的一端和第一主放大管Mm1的源端连接，第二主放大管源端开关Sms2的另一端和第二源端电感Ls2的一端连接，第二源端电感Ls2的另一端连接到地，第二源端电感Ls2可以使用片上电感实现，也可以使用片外电感实现；

电阻负反馈网络包括：反馈电容Cf、第一反馈电阻Rf1、第一反馈开关Sf1、第二反馈电阻Rf2和第二反馈开关Sf2，反馈电容Cf的一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，反馈电容Cf的另一端和第一反馈开关Sf1的一端、第一反馈电阻Rf1的一端连接在同一结点，并从该结点分别连接到第二反馈开关Sf2的一端和第二反馈电阻Rf2的一端，第二反馈开关Sf2的另一端和第二反馈电阻Rf2的另一端连接到同一结点，并从该结点分别连接到第一输入开关Sin1的一端和第二输入开关Sin2的一端，第一输入开关Sin1的另一端和第一射频信号输入端RFIN1连接，第二输入开关Sin2的另一端和第二射频信号输入端RFIN2连接；

电阻负反馈网络中并联的开关和电阻单元数目可以是一个或多个，第p反馈电阻Rfp和第p反馈开关Sfp构成一个并联单元，全部并联单元串接在一起，第一个并联单元的一端与反馈电容Cf的一端连接，第一个并联单元的另一端与后一个并联单元的一端连接，第p个并联单元的一端与前一个并联单元连接，第p个并联单元的另一端与第一输入端开关Sin1的一端连接，第一输入端开关Sin1的另一端与第一射频输入端RFIN1连接。

可选的，衰减器网络包括：第一射频输出端电阻Ro1、第一射频输出端开关So1、第二射频输出端电阻Ro2和第二射频输出端开关So2，第一射频输出端电阻Ro1的一端和输出匹配电容单元的一端、第一射频输出端开关So1的一端连接在同一结点，输出匹配电容单元的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，第一射频输出端电阻Ro1的另一端和第一射频输出端开关So1的另一端、第二射频输出端电阻Ro2的一端、第二射频输出端开关So2的一端连接在同一结点，第二射频输出端电阻Ro2的另一端和第二射频输出端开关So2的另一端连接在同一结点，并从该结点连接到射频信号输出端。

可选的，衰减器网络中并联的开关和电阻单元数目可以是一个或多个，第j射频输出端电阻Roj和第j射频输出端开关Soj构成一个并联单元，全部并联单元串接在一起，第一个并联单元的一端与输出匹配电容单元的一端连接，输出匹配电容单元的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，第一个并联单元的另一端与后一个并联单元的一端连接，第j个并联单元的一端与前一个并联单元连接，第j个并联单元的另一端和射频信号输出端连接。

可选的，低噪声放大器电阻负载支路包括：第一负载电阻Rd1、第一负载开关Sd1、第二负载电阻Rd2和第二负载开关Sd2，第一负载电阻Rd1的一端连接到电源VDD，第一负载电阻Rd1的另一端和第一负载开关Sd1的一端连接，第一负载开关Sd1的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，第二负载电阻Rd2的一端连接到电源VDD，第二负载电阻Rd2的另一端和第二负载开关Sd2的一端连接，第二负载开关Sd2的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接。

可选的，低噪声放大器电阻负载支路中串联的开关与电阻支路数目可以是一个或者多个，第i条串联支路，第i负载电阻Rdi的一端和连接到电源VDD，第i负载电阻Rdi的另一端和第i负载开关Sdi的一端连接，第i负载开关Sdi的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接。

本实用新型的实施例具有以下有益效果：

本实用新型的一个实施例通过设置多个射频信号输入端口，多个增益可调的射频配合使用，可以覆盖更宽的信号频带，实现开关型多输入低噪声放大器组合的增益可调，每个增益可调的射频包含从正增益到负增益的增益变化范围，而且增益相位连续，具有良好的输入输出匹配性能和电流使用效率，结构紧凑，实用可靠。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为传统增益可调射频电路图；

图2为本实用新型增益可调射频电路图；

图3为本实用新型形成的一种单端输入的增益可调射频电路图；

图4为本实用新型形成的一种拓展结构LNABank的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

低噪声放大器电阻负载支路10、次放大管支路20、输出匹配电容单元30、衰减器网络40、射频信号输出端50、共栅极单元60、电阻负反馈网络80、源端退化阻抗网络90、射频信号输入端100、输入放大电路101、输出放大电路202、偏置电路303。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

为了保持本实用新型实施例的以下说明清楚且简明，本实用新型省略了已知功能和已知部件的详细说明。

请参阅图1-4所示，在本实施例的中提供了增益可调的低噪声放大器，包括：射频信号输入端100、射频信号输出端50、共源极单元70、共栅极单元60、输出匹配电容单元30、多个增益调节单元；

射频信号输入端100包括：多个射频的信号输入端口，不同的信号输入端口可以设计不同的输入匹配网络以适应不同频带的需求，通过开关进行端口选择，该输入匹配网络可以在片内或片外实现；

射频信号输出端50为射频的信号输出端口；

共源极单元70作为射频的主放大管，用于放大射频输入信号，由多个晶体管并排连接构成若两个晶体管漏端、栅端、源端分别连接在一起，视作一个晶体管与射频信号输入端100配合使用；

共栅极单元60作为射频的次放大管，用于输出射频信号，提高射频输出、输入信号隔离度；

输出匹配电容单元30用于调整射频输出匹配性能，还可以用于调整增益相位，保证其连续性；

多个增益调节单元，包括：低噪声放大器电阻负载支路10、次放大管支路20、衰减器网络40、电阻负反馈网络80和源端退化阻抗网络90，低噪声放大器不同位置处的增益调节单元由开关控制，各增益调节单元协同工作，使增益提高或降低。

本实施例的一个方面的应用为：射频信号输出端50作为低噪声放大器的信号输出端口；共源极单元70作为低噪声放大器的主放大管，用于放大射频输入信号，可以包含多个并排连接的晶体管，与相同数目的信号输入端口配合使用，共栅极单元60作为低噪声放大器的次放大管，用于输出射频信号，提高射频输出、输入信号的隔离度；输出匹配电容单元30由开关和电容构成，用于调整输出匹配性能，还可以用于调整增益相位，保证其连续性；多个增益调节单元，包括低噪声放大器电阻负载支路10、次放大管支路20、衰减器网络40、电阻负反馈网络80和源端退化阻抗网络90，低噪声放大器不同位置处的增益调节单元由开关控制，各增益调节单元协同工作，使增益提高或降低。需要注意的是，本申请中所涉及的所有用电设备均可通过蓄电池供电或外接电源。

通过设置多个射频信号输入端口，多个增益可调的低噪声放大器配合使用，可以覆盖更宽的信号频带，实现开关型多输入射频组合的增益可调，每个增益可调的射频包含从正增益到负增益的增益变化范围，而且增益相位连续，具有良好的输入输出匹配性能和电流使用效率，结构紧凑，实用可靠。

本实施例的共源极单元70包括：第一主放大管Mm1、第二主放大管Mm2、第一主放大管漏端开关Smd1和第二主放大管漏端开关Smd2，第一主放大管Mm1的栅端与第一偏置电压输入V1连接，第二主放大管Mm2的栅端与第二偏置电压输入V2连接，第一主放大管Mm1的源端与第二主放大管Mm2的源端相连接，第一主放大管Mm1的漏端与第一主放大管漏端开关Smd1的一端连接，第一主放大管漏端开关Smd1的另一端与共栅极单元60的源端相连接，第二主放大管Mm2的漏端与第二主放大管漏端开关Smd2的一端连接，第二主放大管漏端开关Smd2的另一端与共栅极单元60的源端连接。

具体的：当共源极单元中只有一个主放大管时，如图3所示，主放大管漏端串联的开关可以移除，此时，主放大管漏端与次放大管源端直接相连。

本实施例的源端退化阻抗网络90包括：主放大管源端电阻Rs、第一主放大管源端开关Sms1、第二主放大管源端开关Sms2、第一源端电感Ls1和第二源端电感Ls2，源端电阻Rs的一端和第一主放大管Mm1的源端连接，源端电阻Rs的另一端和第一源端电感Ls1的一端连接，第一源端电感Ls1的另一端连接到地，第一源端电感Ls1可以使用片上电感实现，也可以使用片外电感含键合线电感实现。具体的：通过调节源端阻抗不仅可以改变增益幅度，还可以调整其相位；

第一主放大管源端开关Sms1的一端和第一主放大管Mm1的源端连接，第一主放大管源端开关Sms1的另一端和源端电阻Rs的一端、第一源端电感Ls1的一端连接在同一结点，第二主放大管源端开关Sms2的一端和第一主放大管Mm1的源端连接，第二主放大管源端开关Sms2的另一端和第二源端电感Ls2的一端连接，第二源端电感Ls2的另一端连接到地，第二源端电感Ls2可以使用片上电感实现，也可以使用片外电感含键合线电感实现，电阻负反馈网络80包括：反馈电容Cf、第一反馈电阻Rf1、第一反馈开关Sf1、第二反馈电阻Rf2和第二反馈开关Sf2，反馈电容Cf的一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，反馈电容Cf的另一端和第一反馈开关Sf1的一端、第一反馈电阻Rf1的一端连接在同一结点，并从该结点分别连接到第二反馈开关Sf2的一端和第二反馈电阻Rf2的一端，第二反馈开关Sf2的另一端和第二反馈电阻Rf2的另一端连接到同一结点，并从该结点分别连接到第一输入开关Sin1的一端和第二输入开关Sin2的一端，第一输入开关Sin1的另一端和第一射频信号输入端RFIN1连接，第二输入开关Sin2的另一端和第二射频信号输入端RFIN2连接，电阻负反馈网络80中并联的开关和电阻单元数目可以是一个或多个，第p反馈电阻Rfpp为正整数和第p反馈开关Sfp构成一个并联单元，全部并联单元串接在一起，第一个并联单元的一端与反馈电容Cf的一端连接，第一个并联单元的另一端与后一个并联单元的一端连接，第p个并联单元的一端与前一个并联单元连接，第p个并联单元的另一端与第一输入端开关Sin1的一端连接，第一输入端开关Sin1的另一端与第一射频输入端RFIN1连接。

本实施例的共栅极单元60包括：第一次放大管Mc1、第二次放大管Mc2、电感负载Ld、电源VDD、电压输入VC、第二次放大管栅端开关Scg2，第一次放大管Mc1的漏端分别和电感负载Ld的一端、电阻负载支路10的一端连接，电感负载Ld的另一端和电阻负载支路10的另一端分别和电源VDD连接，第一次放大管Mc1的栅端和偏置电压输入VC连接，第一次放大管Mc1的栅端和第二次放大管栅端开关Scg2的一端连接，第二次放大管栅端开关Scg2的另一端和第二次放大管Mc2的栅端连接，第二次放大管Mc2的源端分别和第一次放大管Mc1的源端、第一主放大管Mm1的漏端连接，第二次放大管Mc2的漏端和第二次放大管漏端开关Scd2的一端连接，第二次放大管漏端开关Scd2的另一端和电源VDD连接，共栅极单元60可以并排连接多个栅长相同、栅宽成比例的次放大管，第k次放大管Mckk>1，k为正整数、第k次放大管栅端开关Scgk和第k次放大管漏端开关Scdk构成的支路视为第k条次放大管支路20，第k次放大管Mck的栅端和第k次放大管栅端开关Scgk连接，第k次放大管栅端开关Scgk的另一端和偏置电压输入VC连接，第k次放大管Mck的源端和第一次放大管Mc1的源端连接，第k次放大管Mck的漏端和第k次放大管漏端开关Scdk的一端连接。具体的：第k次放大管Mck、第k次放大管栅端开关Scgk和第k次放大管漏端开关Scdk构成的支路作为第k条次放大管支路。

第k次放大管漏端开关Scdk的另一端连接到电源VDD，共源极单元70栅极的第一偏置电压输入V1和第二偏置电压输入V2由基准产生的多路零温度系数偏置电流转换得到，通过开关选择基准偏置电流支路的数目以获得不同的偏置电压，增益越低，射频需要的工作电流越少，对应的主放大管偏置电压越小，射频信号输出端50与衰减器网络40的一端相连，衰减器网络40的另一端和输出匹配电容单元30的一端连接，输出匹配电容单元30的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，射频信号输出端50与衰减器网络40的一端相连，衰减器网络40的另一端和输出匹配电容单元30的一端连接，输出匹配电容单元30的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接。

本实施例的低噪声放大器电阻负载支路10包括：第一负载电阻Rd1、第一负载开关Sd1、第二负载电阻Rd2和第二负载开关Sd2，第一负载电阻Rd1的一端连接到电源VDD，第一负载电阻Rd1的另一端和第一负载开关Sd1的一端连接，第一负载开关Sd1的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，第二负载电阻Rd2的一端连接到电源VDD，第二负载电阻Rd2的另一端和第二负载开关Sd2的一端连接，第二负载开关Sd2的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接。

本实施例的低噪声放大器电阻负载支路10中串联的开关与电阻支路数目可以是一个或者多个，第i条串联支路，第i负载电阻Rdii为正整数的一端和连接到电源VDD，第i负载电阻Rdi的另一端和第i负载开关Sdi的一端连接，第i负载开关Sdi的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接。

本实施例的衰减器网络40中并联的开关和电阻单元数目可以是一个或多个，第j射频输出端电阻Rojj为正整数和第j射频输出端开关Soj构成一个并联单元，全部并联单元串接在一起，第一个并联单元的一端与输出匹配电容单元30的一端连接，输出匹配电容单元30的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，第一个并联单元的另一端与后一个并联单元的一端连接，第j个并联单元的一端与前一个并联单元连接，第j个并联单元的另一端和射频信号输出端50连接。

本实施例的衰减器网络40包括：第一射频输出端电阻Ro1、第一射频输出端开关So1、第二射频输出端电阻Ro2和第二射频输出端开关So2，第一射频输出端电阻Ro1的一端和输出匹配电容单元30的一端、第一射频输出端开关So1的一端连接在同一结点，输出匹配电容单元30的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，第一射频输出端电阻Ro1的另一端和第一射频输出端开关So1的另一端、第二射频输出端电阻Ro2的一端、第二射频输出端开关So2的一端连接在同一结点，第二射频输出端电阻Ro2的另一端和第二射频输出端开关So2的另一端连接在同一结点，并从该结点连接到射频信号输出端50。

本实施例的输出匹配电容单元30包括：串联电容Cs、第一串联电容Cs1、第一串联开关Ss1、第二串联电容Cs2和第二串联开关Ss2，串联电容Cs的一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，串联电容Cs的另一端和衰减器网络40的一端连接，衰减器网络40的另一端和射频信号输出端50连接，第一串联电容Cs1的一端和衰减器网络40的一端连接，衰减器网络40的另一端和射频信号输出端50连接，第一串联电容Cs1的另一端和第一串联开关Ss1的一端连接，第一串联开关Ss1的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，第二串联电容Cs2的一端和衰减器网络40的一端相连接，衰减器网络40的另一端和射频信号输出端50连接，第二串联电容Cs2的另一端和第二串联开关Ss2连接，第二串联开关Ss2的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，输出匹配电容单元30中串联的开关与电容支路数目可以是一个或者多个，第q条串联支路中第q串联电容Csqq为正整数的一端和衰减器网络40一端相连接，衰减器网络40的另一端和射频信号输出端50连接，第q串联电容Csq的另一端和第q串联开关Ssq连接，第q串联开关Ssq的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，且射频信号输入端100可以包含多个信号输入端口，构成多输入增益可调射频，多个该放大器组合使用可以拓宽射频的工作频带，r个具有r个信号输入端的增益可调射频组合使用至少可以覆盖r个不同频带r为正整数。

本实施例的射频信号输入端100包括：第一射频信号输入端RFIN1和第二射频信号输入端RFIN2、第一输入开关Sin1、第二输入开关Sin2、电阻负反馈，第一射频信号输入端RFIN1和第一主放大管Mm1的栅端连接，第二射频信号输入端RFIN2和第二主放大管Mm2的栅端连接，第一射频信号输入端RFIN1和第二射频信号输入端RFIN2分别通过第一输入开关Sin1、第二输入开关Sin2与电阻负反馈网络80连接；

射频信号输入端100数目可以是一个或者多个等于或大于两个，当射频信号输入端100的数目增加到n个n为正整数，共源极单元70中主放1入端RFINn连接到第n输入开关Sinn的一端，第n输入开关Sinn的另一端与电阻负反馈网络80连接；

共源极单元70中主放大管的数目可以是一个或者多个，与射频输入端的数目一致，当共源极单元70中只有一个主放大管时，主放大管漏端串联的开关可以移除，此时，共源极单元70漏端与共栅极单元60源端直接相连，当共源极单元70中主放大管数目增加为n个，与主放大管漏端串联的开关数目也需要相应地增加为n个，且第n主放大管Mmn的源端连接到第一主放大管Mm1的源端，第n主放大管Mmn的栅端分别和第n射频信号输入端RFINn、第n偏置电压输入Vn连接，第n主放大管Mmn的漏端连接到第n主放大管漏端开关Smdn的一端，第n主放大管漏端开关Smdn的另一端连接到的共栅极单元60源端。

具体的：需要说明的是，本实用新型中所涉及的开关未作说明时，默认处于关断状态且开关关断阻抗足够大；当开关导通时，开关导通阻抗足够小。在实际应用场景中开关的默认工作状态由设计人员自由设定。本实用新型的工作模式具体说明如下：

模式一：衰减器网络40中的开关全部导通、源端退化阻抗网络90中的开关全部导通，第一主放大管漏端开关Smd1导通，外部射频信号由第一射频信号输入端RFIN1进入LNA，经过主放大管和次放大管依次放大传输至射频信号输出端RFOUT，当电阻负载支路10中第一负载开关Sd1导通，LNA输出端负载阻抗减小，LNA增益下降，此时，若第二负载开关Sd2也导通，LNA输出端负载阻抗进一步减小，LNA增益再次下降，通过将第一负载电阻Rd1的电阻值设置为负载电感并联等效电阻的一半，将第二负载电阻Rd2的电阻值设置为第一负载电阻Rd1的一半，可使增益按3dB步长降低，也可以将第一负载电阻Rd1、第二负载电阻Rd2的电阻值按其他方式设置，使增益按指定步长降低。

模式二：衰减器网络40中的开关全部导通、源端退化阻抗网络90中的开关全部导通，第一主放大管漏端开关Smd1导通，外部射频信号由第一射频信号输入端RFIN1进入LNA，经过主放大管和次放大管依次放大传输至射频信号输出端RFOUT，当次放大管支路20中第二次放大管栅端开关Scg2导通，第二次放大管漏端开关Scd2导通，LNA输出电流减少，引起LNA增益下降，通过将第二次放大管Mc2、第一次放大管Mc1取相同栅长和相同栅宽，可使增益按3dB步长降低，也可以将第二次放大管Mc2的尺寸按其他方式设置，使增益按指定步长降低。

模式三：衰减器网络40中的开关全部导通、源端退化阻抗网络90中的开关全部导通，第一主放大管漏端开关Smd1导通，外部射频信号由第一射频信号输入端RFIN1进入LNA，经过主放大管和次放大管依次放大传输至射频信号输出端RFOUT，当衰减器网络40中第一射频输出端开关So1关断，第一射频输出端电阻Ro1起作用，LNA输出端插损增加，LNA增益下降，此时，若第二射频输出开关So2也关断，第二射频输出端电阻Ro2起作用，LNA输出端损耗进一步增加，LNA增益再次下降，通过设置第一射频输出端电阻Ro1和第二射频输出端电阻Ro2电阻值，可使增益按指定步长降低。

模式四：衰减器网络40中的开关全部导通，源端退化阻抗网络90中的开关全部导通，第一主放大管漏端开关Smd1导通，外部射频信号由第一射频信号输入端RFIN1进入LNA，经过主放大管和次放大管依次放大传输至射频信号输出端RFOUT，当源端退化阻抗网络90中的第二主放大管源端开关Sms2关断，LNA源端退化阻抗变大，LNA增益降低，此时，若第一主放大管源端开关Sms1也关断，源端电阻Rs起作用，源端退化阻抗进一步增大，LNA增益再次降低，通过设置源端电阻Rs的电阻值、第一源端电感Ls1和第二源端电感Ls2的电感值，可使增益按指定步长降低，源端阻抗还可以用来调整增益相位。

模式五：衰减器网络40中的开关全部导通、源端退化阻抗网络90中的开关全部导通，第一主放大管漏端开关Smd1导通，外部射频信号由第一射频信号输入端RFIN1进入LNA，经过主放大管和次放大管依次放大传输至射频信号输出端RFOUT，当射频信号输入端100中第一输入开关Sin1导通，电阻负反馈网络80中第一反馈开关Sf1导通，LNA输入、输出端之间的反馈电阻减小，LNA增益降低，此时，若第二反馈开关Sf2也导通，LNA输入、输出端之间的反馈电阻进一步减小，LNA增益再次降低，通过设置第一反馈电阻Rf1电阻值和第二反馈电阻Rf2电阻值，可使增益按指定步长降低。

模式六：外部射频信号由第一射频信号输入端RFIN1进入LNA，经过主放大管和次放大管依次放大传输至射频信号输出端RFOUT，第一主放大管漏端开关Smd1导通，衰减器网络40中的开关全部导通，源端退化阻抗网络90中的开关全部导通，增益可调射频获得第一射频信号输入端RFIN1作为LNA输入时的最大正增益；

模式七：外部射频信号由第一射频信号输入端RFIN1进入LNA，经过主放大管和次放大管依次放大传输至射频信号输出端RFOUT，第一输入开关Sin1导通，第一主放大管漏端开关Smd1导通，电阻负载支路10中的开关全部导通，次放大管支路20中的开关全部导通，电阻负反馈网络80中的开关全部导通，源端退化阻抗网络90中的开关全部导通，增益可调射频获得第一射频信号输入端RFIN1作为LNA输入时的最小增益，该最小增益在增益挡位足够多时，可以是负增益。

除了以上七种模式，将前五种模式中调节增益的方式结合使用，可以产生更多的增益调节模式，从而产生覆盖高正增益到低负增益的增益变化范围。需要注意的是，当增益挡位变化较大时，可能会出现增益相位不连续，通过调节输出匹配电容单元30的电容大小和源端退化阻抗网络90的阻抗大小可以减小增益相位误差，实现增益相位连续。当增益挡位调低时，需要相应地调节主放大管的偏置电压，来降低LNA的工作电流，从而实现功耗优化。另外，外部射频信号也可以从其他射频信号输入端进入LNA传输至射频信号输出端，而且将多个本实施例的中的增益可调的射频结合使用，可以构成LNABank，实现开关型多输入射频组合的增益可调，且LNA组合的增益在较宽范围内变化，同时满足增益相位连续，如图4所示，增益可调放大器有n个输入(n为正整数)，经过射频滤波器选择的指定频带的天线信号进入对应输入匹配网络，再经过增益可调射频放大以后输出，以此实现工作频带的拓宽。

由上述可知，本实用新型的创新之处主要体现在多种增益调节方式在开关控制下协同工作实现宽增益变化范围的设计上，同时，还可以拓展为多频带输入的LNA Bank，实现开关型多输入低噪声放大器组合的增益可调。

本实用新型实施例中描述的增益可调的射频主要包括：射频信号输入端100、共源极单元70、共栅极单元60、输出匹配电容单元30、射频信号输出端50和多个增益调节单元，本实用新型实施例中描述了多种增益调节方式，会衍生出多种可能的电路结构和增益调节方法。

本实用新型实施例中所描述的增益可调的射频可在IC、RFIC、数模混合IC、ASIC等多种方式上实现，制造工艺也可以是CMOS、CMOS SOI、SiGe、GaAs、pHEMT、HBT、BJT、BiCMOS等多种工艺

上述实施例可以相互结合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

Claims (10)

1.一种增益可调的低噪声放大器，其特征在于，包括：射频信号输入端(100)、射频信号输出端(50)、共源极单元(70)、共栅极单元(60)、输出匹配电容单元(30)、多个增益调节单元，射频信号输入端(100)包括：多个射频的信号输入端口，不同的信号输入端口设计不同的输入匹配网络以适应不同频带的需求，通过开关进行端口选择，该输入匹配网络在片内或片外实现；

射频信号输出端(50)为射频的信号输出端口；

共源极单元(70)作为射频的主放大管，用于放大射频输入信号，由多个晶体管并排连接构成与射频信号输入端(100)配合使用；

共栅极单元(60)作为射频的次放大管，用于输出射频信号，提高射频输出、输入信号隔离度；

输出匹配电容单元(30)用于调整射频输出匹配性能，还用于调整增益相位，保证其连续性；

多个增益调节单元，包括：低噪声放大器电阻负载支路(10)、次放大管支路(20)、衰减器网络(40)、电阻负反馈网络(80)和源端退化阻抗网络(90)，低噪声放大器不同位置处的增益调节单元由开关控制，各增益调节单元协同工作，使增益提高或降低。

2.如权利要求1所述的一种增益可调的低噪声放大器，其特征在于，共源极单元(70)包括：第一主放大管Mm1、第二主放大管Mm2、第一主放大管漏端开关Smd1和第二主放大管漏端开关Smd2，第一主放大管Mm1的栅端与第一偏置电压输入V1连接，第二主放大管Mm2的栅端与第二偏置电压输入V2连接，第一主放大管Mm1的源端与第二主放大管Mm2的源端相连接，第一主放大管Mm1的漏端与第一主放大管漏端开关Smd1的一端连接，第一主放大管漏端开关Smd1的另一端与共栅极单元(60)的源端相连接，第二主放大管Mm2的漏端与第二主放大管漏端开关Smd2的一端连接，第二主放大管漏端开关Smd2的另一端与共栅极单元(60)的源端连接。

3.如权利要求1-2任一项所述的一种增益可调的低噪声放大器，其特征在于，射频信号输入端(100)包括：第一射频信号输入端RFIN1和第二射频信号输入端RFIN2、第一输入开关Sin1、第二输入开关Sin2、电阻负反馈，第一射频信号输入端RFIN1和第一主放大管Mm1的栅端连接，第二射频信号输入端RFIN2和第二主放大管Mm2的栅端连接，第一射频信号输入端RFIN1和第二射频信号输入端RFIN2分别通过第一输入开关Sin1、第二输入开关Sin2与电阻负反馈网络(80)连接；

射频信号输入端(100)数目是一个或者多个，当射频信号输入端(100)的数目增加到n个，共源极单元(70)中主放大管的数目需要对应增加到n个，第n射频信号输入端RFINn连接到第n主放大管Mmn的栅端，第n射频信号输1入端RFINn连接到第n输入开关Sinn的一端，第n输入开关Sinn的另一端与电阻负反馈网络(80)连接；

共源极单元(70)中主放大管的数目是一个或者多个，与射频输入端的数目一致，当共源极单元(70)中只有一个主放大管时，主放大管漏端串联的开关移除，此时，共源极单元(70)漏端与共栅极单元(60)源端直接相连，当共源极单元(70)中主放大管数目增加为n个，与主放大管漏端串联的开关数目也需要相应地增加为n个且第n主放大管Mmn的源端连接到第一主放大管Mm1的源端，第n主放大管Mmn的栅端分别和第n射频信号输入端RFINn、第n偏置电压输入Vn连接，第n主放大管Mmn的漏端连接到第n主放大管漏端开关Smdn的一端，第n主放大管漏端开关Smdn的另一端连接到的共栅极单元(60)源端。

4.如权利要求3所述的一种增益可调的低噪声放大器，其特征在于，共栅极单元(60)包括：第一次放大管Mc1、第二次放大管Mc2、电感负载Ld、电源VDD、电压输入VC、第二次放大管栅端开关Scg2，第一次放大管Mc1的漏端分别和电感负载Ld的一端、电阻负载支路(10)的一端连接，电感负载Ld的另一端和电阻负载支路(10)的另一端分别和电源VDD连接，第一次放大管Mc1的栅端和偏置电压输入VC连接，第一次放大管Mc1的栅端和第二次放大管栅端开关Scg2的一端连接，第二次放大管栅端开关Scg2的另一端和第二次放大管Mc2的栅端连接，第二次放大管Mc2的源端分别和第一次放大管Mc1的源端、第一主放大管Mm1的漏端连接，第二次放大管Mc2的漏端和第二次放大管漏端开关Scd2的一端连接，第二次放大管漏端开关Scd2的另一端和电源VDD连接；

共栅极单元(60)并排连接多个栅长相同、栅宽成比例的次放大管，第k次放大管Mck、第k次放大管栅端开关Scgk和第k次放大管漏端开关Scdk构成的支路视为第k条次放大管支路(20)，第k次放大管Mck的栅端和第k次放大管栅端开关Scgk连接，第k次放大管栅端开关Scgk的另一端和偏置电压输入VC连接，第k次放大管Mck的源端和第一次放大管Mc1的源端连接，第k次放大管Mck的漏端和第k次放大管漏端开关Scdk的一端连接，第k次放大管漏端开关Scdk的另一端连接到电源VDD，共源极单元(70)栅极的第一偏置电压输入V1和第二偏置电压输入V2由基准产生的多路零温度系数偏置电流转换得到，通过开关选择基准偏置电流支路的数目以获得不同的偏置电压，增益越低，射频需要的工作电流越少，对应的主放大管偏置电压越小；

射频信号输出端(50)与衰减器网络(40)的一端相连，衰减器网络(40)的另一端和输出匹配电容单元(30)的一端连接，输出匹配电容单元(30)的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接。

5.如权利要求4所述的一种增益可调的低噪声放大器，其特征在于，输出匹配电容单元(30)包括：串联电容Cs、第一串联电容Cs1、第一串联开关Ss1、第二串联电容Cs2和第二串联开关Ss2，串联电容Cs的一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，串联电容Cs的另一端和衰减器网络(40)的一端连接，衰减器网络(40)的另一端和射频信号输出端(50)连接，第一串联电容Cs1的一端和衰减器网络(40)的一端连接衰减器网络(40)的另一端和射频信号输出端(50)连接，第一串联电容Cs1的另一端和第一串联开关Ss1的一端连接，第一串联开关Ss1的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，第二串联电容Cs2的一端和衰减器网络(40)的一端相连接衰减器网络(40)的另一端和射频信号输出端(50)连接，第二串联电容Cs2的另一端和第二串联开关Ss2连接，第二串联开关Ss2的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接；

输出匹配电容单元(30)中串联的开关与电容支路数目是一个或者多个，第q条串联支路中第q串联电容Csq的一端和衰减器网络(40)一端相连衰减器网络(40)的另一端和射频信号输出端(50)连接，第q串联电容Csq的另一端和第q串联开关Ssq连接，第q串联开关Ssq的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接；

且射频信号输入端(100)包含多个信号输入端口，构成多输入增益可调射频，多个该放大器组合使用拓宽射频的工作频带，r个具有r个信号输入端的增益可调射频组合使用至少覆盖r个不同频带。

6.如权利要求5所述的一种增益可调的低噪声放大器，其特征在于，共源极单元(70)源端退化阻抗网络(90)包括：主放大管源端电阻Rs、第一主放大管源端开关Sms1、第二主放大管源端开关Sms2、第一源端电感Ls1和第二源端电感Ls2，源端电阻Rs的一端和第一主放大管Mm1的源端连接，源端电阻Rs的另一端和第一源端电感Ls1的一端连接，第一源端电感Ls1的另一端连接到地，第一源端电感Ls1使用片上电感实现，或使用片外电感实现，第一主放大管源端开关Sms1的一端和第一主放大管Mm1的源端连接，第一主放大管源端开关Sms1的另一端和源端电阻Rs的一端、第一源端电感Ls1的一端连接在同一结点，第二主放大管源端开关Sms2的一端和第一主放大管Mm1的源端连接，第二主放大管源端开关Sms2的另一端和第二源端电感Ls2的一端连接，第二源端电感Ls2的另一端连接到地，第二源端电感Ls2使用片上电感实现，也使用片外电感实现；

电阻负反馈网络(80)包括：反馈电容Cf、第一反馈电阻Rf1、第一反馈开关Sf1、第二反馈电阻Rf2和第二反馈开关Sf2，反馈电容Cf的一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，反馈电容Cf的另一端和第一反馈开关Sf1的一端、第一反馈电阻Rf1的一端连接在同一结点，并从该结点分别连接到第二反馈开关Sf2的一端和第二反馈电阻Rf2的一端，第二反馈开关Sf2的另一端和第二反馈电阻Rf2的另一端连接到同一结点，并从该结点分别连接到第一输入开关Sin1的一端和第二输入开关Sin2的一端，第一输入开关Sin1的另一端和第一射频信号输入端RFIN1连接，第二输入开关Sin2的另一端和第二射频信号输入端RFIN2连接；

电阻负反馈网络(80)中并联的开关和电阻单元数目是一个或多个，第p反馈电阻Rfp和第p反馈开关Sfp构成一个并联单元，全部并联单元串接在一起，第一个并联单元的一端与反馈电容Cf的一端连接，第一个并联单元的另一端与后一个并联单元的一端连接，第p个并联单元的一端与前一个并联单元连接，第p个并联单元的另一端与第一输入端开关Sin1的一端连接，第一输入端开关Sin1的另一端与第一射频输入端RFIN1连接。

7.如权利要求6所述的一种增益可调的低噪声放大器，其特征在于，衰减器网络(40)包括：第一射频输出端电阻Ro1、第一射频输出端开关So1、第二射频输出端电阻Ro2和第二射频输出端开关So2，第一射频输出端电阻Ro1的一端和输出匹配电容单元(30)的一端、第一射频输出端开关So1的一端连接在同一结点，输出匹配电容单元(30)的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，第一射频输出端电阻Ro1的另一端和第一射频输出端开关So1的另一端、第二射频输出端电阻Ro2的一端、第二射频输出端开关So2的一端连接在同一结点，第二射频输出端电阻Ro2的另一端和第二射频输出端开关So2的另一端连接在同一结点，并从该结点连接到射频信号输出端(50)。

8.如权利要求7所述的一种增益可调的低噪声放大器，其特征在于，衰减器网络(40)中并联的开关和电阻单元数目是一个或多个，第j射频输出端电阻Roj和第j射频输出端开关Soj构成一个并联单元，全部并联单元串接在一起，第一个并联单元的一端与输出匹配电容单元(30)的一端连接，输出匹配电容单元(30)的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，第一个并联单元的另一端与后一个并联单元的一端连接，第j个并联单元的一端与前一个并联单元连接，第j个并联单元的另一端和射频信号输出端(50)连接。

9.如权利要求8所述的一种增益可调的低噪声放大器，其特征在于，低噪声放大器电阻负载支路(10)包括：第一负载电阻Rd1、第一负载开关Sd1、第二负载电阻Rd2和第二负载开关Sd2，第一负载电阻Rd1的一端连接到电源VDD，第一负载电阻Rd1的另一端和第一负载开关Sd1的一端连接，第一负载开关Sd1的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接，第二负载电阻Rd2的一端连接到电源VDD，第二负载电阻Rd2的另一端和第二负载开关Sd2的一端连接，第二负载开关Sd2的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接。

10.如权利要求9所述的一种增益可调的低噪声放大器，其特征在于，低噪声放大器电阻负载支路(10)中串联的开关与电阻支路数目是一个或者多个，第i条串联支路，第i负载电阻Rdi的一端和连接到电源VDD，第i负载电阻Rdi的另一端和第i负载开关Sdi的一端连接，第i负载开关Sdi的另一端和第一次放大管Mc1的漏端连接。

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