用於多頻帶低噪聲放大器的輸入匹配電路的製作方法
2023-10-08 21:58:24
專利名稱：用於多頻帶低噪聲放大器的輸入匹配電路的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及一種多頻帶低噪聲放大器，尤其是，涉及一種用於多頻帶低噪聲放大器的輸入匹配電路。
背景技術：
在如無線電話這樣的無線通信系統中，需要採用大量的電子元件用以通過無線媒介收發信號。例如，在無線電話中收發器發射和接收信號。在收發器的信號信道中與無線接口最近的一個部件稱之為收發器的前端。在收發器的前端，設置有各種元件，如天線、功率放大器(PA)、隔離器、低噪聲放大器(LNA)、和多路復用器。這些元件之中，PA或LNA包括有源元件以及用於控制輸入或輸出阻抗的內部輸入和輸出匹配電路。
匹配電路用於匹配元件之間的阻抗以避免或降低信號傳輸過程中的功率損耗。尤其是，在LNA中，採用阻抗轉移電路來維持輸入信號源與LNA所選擇的有源元件之間的最佳噪聲阻抗匹配。
由於在不同的地方共同存在有適用不同無線通信標準的系統並且這些系統都有不同的應用，因此需要接收器能夠在不同的頻帶中運行。
例如，已經提出或者投入使用了各種版本的無線LNA(WLNA)標準，如電氣和電子工程師協會(IEEE)802.11a、802.11b、以及802.11g，並且這些版本從一個到另一個都具有不同的特性。例如，802.11b運行於2.4GHz頻帶並且具有11Mbps的數據速率，802.11a支持5GHz頻帶中54Mbps的數據速率，而802.11g採用正交頻分多路復用(OFDM)具有2.4GHz頻帶中相當於54Mbps的數據速率。
在提供不同數據速率的系統共存於不同頻帶的情況下，能夠在多頻帶和多模式中運行的終端需要為用戶提供高速的數據服務以及系統之間的兼容性。
多頻帶、多模式的收發器是基於成本、附加元件的數量、以及基於其性能的切換機構來設計的。例如，可以採用對於各頻帶的獨立無線信道、不同頻帶的同步接收、從不同的頻帶中進行選擇的切換電感器、以及從不同的頻帶中進行選擇的偏流，來構建多頻帶、多模式的收發器。
圖1是常規雙頻帶接收器的方框圖。參考圖1，分別通過第一頻帶選擇濾波器112和122經兩個天線所接收的信號分別由LNA 113和123放大，通過圖像抑制濾波器114和124，由信道選擇濾波器115和125所選擇，然後轉換成公共中間頻率。該結構中，共享模數轉換器(ADC)106和數位訊號處理器(DSP)107。這樣，就需要大量昂貴的外部元件，需要更多的空間安裝這些外部元件，並且製造成本增加。由於圖像抑制和信道選擇之間存在折衷，所以每個信道需要雙重向下轉換混合，結果使得複雜性和功耗增加。
圖2是採用了常規織網結構的雙頻帶接收器的方框圖。第一本地振蕩器203的頻率設置為兩個天線共用器211和221的頻帶之間的中間值。分別連接到天線共用器211和221的頻帶選擇開關212和222執行兩個操作模式(GMS和DCS)之間的模式轉換，並靠近於備用頻帶中的無線信道以降低功耗。來自頻帶選擇開關212和222的輸出通過帶通濾波器213和223，而它們的圖像成分被抑制並且通過頻帶選擇開關205的加法或減法運算獲得一個請求信號。但是，採用常規織網結構的雙頻帶接收器不具備足夠的圖像抑制功能並且需要很大的安裝空間，使得製造成本增加。此外，雖然採用常規織網結構的雙頻帶接收器比圖1的雙頻帶接收器小，但是需要消耗很大的功率。
與這種採用兩個LNA的雙頻帶接收器不同，採用一個LNA的雙頻帶接收器已經由Sharaf，K.M.以及EIHAK，H.Y.在MWSCAS 2001，第890-893頁中的「A Compact Approach for the Design of a Dual-Band Low-Noise Amplifier」中提出。所提出的雙頻帶LNA由包括了儘可能最少的元件構成。在該方案中，頻帶選擇由三個開關進行，並且輸入/輸出匹配、增益和噪聲過濾都很佔優勢。但是，因開關引起的噪聲以及控制這些開關的複雜性使得可能出現性能退化而且安裝空間相當大。
另一種雙頻帶LNA已經由Po-Wei Lee和Hung-Wei Chiu等在ISSCC 2003，第264-366頁中的文章「A SiGe Low Noise Amplifier for2.4/5.2/5.7GHz WLANApplication」中提出。在該方案中，基極-發射極電容和Miller電容充當通過基極-集電極電容的偏流，並且輸入匹配的諧振頻率能夠通過控制輸入電容而進行改變。這樣的SiGe LNA結構提供簡單的偏壓轉換並且需要很小的安裝空間。但是，偏流的變化引起直流時的不利變化，導致性能退化。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種雙頻帶低噪聲放大器，使構成電路的元件數量最少而且不影響多頻帶信號的放大性能。
為實現上述和其它目的，提供一種多頻帶低噪聲放大器，其包括第一電晶體、輸入匹配電路、和第一電容器。第一電晶體包括電連接到第一電源的集電極、接地的發射極、以及連接到第一電感器的另一端的基極，該第一電感器具有一端作為該低噪聲放大器的輸入端。輸入匹配電路連接在第一電晶體的集電極和基極之間。第一電容器連接到第一電晶體的集電極。
結合附圖，本發明的上述和其它目的、特徵和優點將從下面的具體描述中更加清楚，其中圖1是常規雙頻帶接收器的方框圖；圖2是採用常規織網結構的雙頻帶接收器的方框圖；圖3是根據本發明優選實施例的多頻帶低噪聲放大器的電路圖；圖4是根據本發明優選實施例的多頻帶低噪聲放大器的性能測試結果的曲線圖。
具體實施例方式
現在將參考附圖對本發明優選實施例的多頻帶低噪聲放大器進行詳細描述。
圖3是根據本發明優選實施例的多頻帶低噪聲放大器的電路圖。
根據本發明優選實施例的多頻帶低噪聲放大器包括第一電感器301、第一電阻器341、第一電容器311、變抗器(varactor)350、第一電源331、第二電阻器342、第一電晶體321、第二電感器302、第二電容器312、第二電源332、第三電感器303、第三電源333、第三電容器313、第二電晶體322、第三電晶體323、第四電感器394、以及第四電容器314。
如圖3所示，第一電晶體321包括通過第二電感器302接地的發射極，通過第二電阻器342連接到第一電源331的集電極，以及連接到第一電感器301的一端的基極。第一電感器301的另一端連接到輸入節點。
級聯的第一電阻器341和第一電容器311串聯連接在第一電晶體321的基極和集電極之間。變抗器350與第一電容器311並聯連接。第一電晶體321的集電極連接到第二電容器312的輸入端。
第二電晶體322包括連接到第二電源332的基極，連接到第三電晶體323的集電極的發射極，以及通過第三電容器313連接到第三電源303的集電極。第三電晶體323包括連接到第二電容器312的輸出端的基極以及接地的發射極。
第三電感器303與第三電容器313並聯連接，級聯的第四電感器304和第四電容器314彼此串聯連接並且與第三電容器313並聯連接。
變抗器350電連接到外部控制器(未示出)並且根據外部控制器輸入的信號工作。變抗器350根據外部控制器輸入的偏壓工作。第一電容器311並聯連接到變抗器350以補償施加到變抗器350的控制電壓。
變抗器350的電容值根據外部控制器輸入的控制電壓的電平而確定，並且輸入到第一電感器301和第一電晶體321基極的阻抗的諧振頻率根據變抗器350的電容值進行轉換。從而，進行多頻帶之間的接收頻帶轉換。
串聯連接到第一電容器311的第一電阻器341用於防止電流的反向流動。
由於變抗器350電容值的很小變化可能引起輸入電容值的很大變化，所以通過控制輸入到變抗器350的偏壓能夠實現多寬帶的輸入匹配。
通過上述方式選擇的頻帶所接收的信號經過連接到第二電容器312的輸出側的噪聲消除電路並且通過輸出端RFout被輸出。這裡，噪聲消除電路由第二電晶體322、第三電晶體323、第三電感器303、第三電容器313、第四電感器304、第四電容器314、以及第三電源333構成。噪聲消除電路可以隨意設置以實現反向隔離效應。
圖4是根據本發明優選實施例的多頻帶低噪聲放大器的性能測試結果的曲線圖，其中示出了當有兩個控制電壓值施加到變抗器時S參數S11的變化。
如圖4所示，當施加0V的控制電壓到變抗器以選擇低頻帶時，S參數S11指向2.3GHz的-24dB。此時，增益為22dB並且噪聲指數為2dB。當施加1.8V的控制電壓到變抗器以選擇高頻帶時，S參數S11指向5.2GHz的-20dB。此時，增益為11.4dB並且噪聲指數為3.3dB。
如上所述，在根據本發明優選實施例的多頻帶低噪聲放大器中，具有可變電容值的變抗器被安裝在輸入端，從而很容易通過少量的偏壓控制進行頻帶切換並且使得可能由控制信號引起的噪聲達到最小。
而且，在根據本發明優選實施例的多頻帶低噪聲放大器中，由於變抗器充當並聯反饋電路，所以不影響多頻帶低噪聲放大器的噪聲消除性能。
此外，在根據本發明優選實施例的多頻帶低噪聲放大器中，相同的直流條件被施加到多頻帶。因此，能夠避免可能由直流條件的變化而引起的性能退化。
雖然本發明已經參考其某些優選實施例進行了示出和描述，但是，本領域技術人員應該理解，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以對其進行形式和細節的各種修改。
權利要求
1.一種多頻帶低噪聲放大器，包括第一電感器，具有作為低噪聲放大器的輸入的第一端；第一電晶體，包括電連接到第一電源的集電極，接地的發射極，和連接到第一電感器第二端的基極；輸入匹配電路，連接在第一電晶體的集電極和基極之間；以及第一電容器，具有連接到第一電晶體的集電極的第一端。
2.如權利要求1所述的多頻帶低噪聲放大器，其中輸入匹配電路包括變抗器。
3.如權利要求2所述的多頻帶低噪聲放大器，其中輸入匹配電路包括與變抗器並聯連接的第二電容器。
4.如權利要求2所述的多頻帶低噪聲放大器，其中輸入匹配電路包括與變抗器串聯連接的第一電阻器。
5.如權利要求3所述的多頻帶低噪聲放大器，其中輸入匹配電路包括與變抗器和第二電容器串聯連接的第一電阻器。
6.如權利要求1所述的多頻帶低噪聲放大器，進一步包括串聯連接在集電極和第一電源之間的第二電阻器。
7.如權利要求1所述的多頻帶低噪聲放大器，進一步包括串聯連接在發射極和地之間的第二電感器。
8.如權利要求1所述的多頻帶低噪聲放大器，進一步包括連接到第一電容器的第二端的反向隔離器。
9.如權利要求8所述的多頻帶低噪聲放大器，其中反向隔離器包括第二電晶體，包括連接到第二電源的基極，和通過第三電容器連接到第三電源的集電極；第三電感器，與第三電容器並聯連接；第四電感器；第四電容器，與第三電容器並聯連接；第四電感器，與第四電容器串聯連接；以及第三電晶體，包括連接到第二電晶體的發射集的集電極，連接到第一電容器的第二端的基極，和接地的發射集。
全文摘要
提供一種多頻帶低噪聲放大器，包括第一電晶體、輸入匹配電路、和第一電容器。第一電晶體包括電連接到第一電源的集電極，接地的發射極，和連接到第一電感器的另一端的基極，該第一電感器具有一端作為低噪聲放大器的輸入端。輸入匹配電路連接在第一電晶體的集電極和基極之間。第一電容器連接到第一電晶體的集電極。輸入匹配電路包括變抗器。輸入匹配電路包括連接到變抗器的第二電容器。輸入匹配電路包括連接到變抗器的第一電阻器。在該多頻帶低噪聲放大器中，具有可變電容值的變抗器設置在輸入端，從而很容易通過少量的偏壓控制實現頻帶轉換並且使得可能由控制信號引起的噪聲最小。
文檔編號H03F1/26GK1681200SQ20051007172
公開日2005年10月12日 申請日期2005年3月24日 優先權日2004年3月24日
發明者拉赫爾·巴蒂亞, 寓相炫, 方志燻, 李成洙, 李彰浩, 喬伊·拉斯卡 申請人:三星電子株式會社, 喬治亞科技研究公司