一種具有開關控制增益的低噪聲放大器的製作方法

2023-09-24 11:43:05

專利名稱：一種具有開關控制增益的低噪聲放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有開關控制增益的低噪聲放大器，特別涉及的是無線通信系統中接收裝置內的低噪聲放大器。
背景技術：
眾所周知，低噪聲放大器是無線通信設備中重要的組成部分，使用在無線接收裝置(如天線)的後端，將天線接收到的微弱信號進行放大。這就要求線路本身引入產生的噪聲要低，而放大倍數要高。當輸入的信號較強時，系統的線性度要求就較嚴格，放大器的增益不能高。
如圖1所示為已有技術的低噪聲放大器結構，在放大器間並聯一開關。開關起到旁路的作用；當接收的信號較弱時開關打開，提供增益放大；當接收的信號較強時開關關閉，保證了系統的線性度，提高了系統動態範圍效果。但其缺陷是需要匹配一隻50歐姆的負載，為了驅動該50歐姆的負載，系統的耗能將增大，且由此不能集成化。若使用CMOS技術，則將引入較大的的寄生電容，隔離度不高，當開關閉合時會造成輸入匹配失調。

發明內容
本發明的發明目的在於針對現有技術的上述不足，提出一種具有開關控制增益的低噪聲放大器，以提高無線接收裝置中的動態範圍，增加系統的集成度，降低系統的成本與功耗，保證系統的接收靈敏度，防止強信號時飽和及阻塞低噪聲放大器的後端電路。
本發明的上述目的是通過如下技術方案實現的一種具有開關控制增益低噪聲放大器，所述放大器由阻抗匹配電路連接開關控制電路並由開關控制電路分別將強弱信號送到信號放大支路及衰減支路；並且所述放大器還設有一電流偏置電路。
本發明應用於無線通信系統接收機晶片或接收機射頻前端晶片中，可顯著提高系統的動態範圍。本發明既可以通過CMOS技術實現，也可通過BiCMOS技術得以實現。本發明通過對信號支路的選擇，可以得到不同的增益，在改變增益時，放大器的輸出、輸入阻抗基本保持不變。當弱信號時開關控制打開，使信號進入信號放大支路；信號強時，開關控制關閉，使強信號流入衰減支路，由此提高了增益、降低噪聲，保證了接收靈敏度，並能令集成化，提高系統的線性度。


圖1為已有技術的低噪聲放大器結構示意圖；圖2為本發明具有開關控制增益的低噪聲放大器的線路結構簡圖；圖3為本發明具有開關控制增益的低噪聲放大器的衰減電路示意圖；圖4為本發明具有開關控制增益的低噪聲放大器的偏置電路示意圖；圖5為本發明具有開關控制增益的低噪聲放大器的開關控制電路示意圖；圖6為本發明具有開關控制增益的低噪聲放大器的詳細線路圖。
其中Lg為電感；M1為電壓-電流轉換器(NMOS電晶體)；Ls為電感；M2為電晶體；Ld為電感；M3為電晶體；Rd為電阻。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。
如圖6所示是一集成化的具有開關控制增益的低噪聲放大器，是本發明的一較佳實施例。如圖所示，所述低噪聲放大器由阻抗匹配電路連接一開關控制電路並由該開關控制電路分別將強弱信號送到信號放大支路及衰減支路，另外在所述低噪聲放大器中還設有一電流偏置電路。下面詳細說明組成所述低噪聲放大器的各組成電路的結構如圖2所示，所述阻抗匹配電路由電感Lg、電壓-電流轉換器M1的輸入電容及電感Ls組成，在固定一個射頻頻率上通過對阻抗虛部的抵消來完成50歐姆的匹配，此為窄帶匹配，可達到一定的帶外抑制作用。電壓-電流轉換器M1為NMOS電晶體，是對電路的各項指標包括噪聲係數影響最大的元件。通過對電晶體M1尺寸和偏置電流的優化可減小電路的噪聲係數，而且它的跨導與電路匹配、放大增益、電路噪聲都有直接的關係。
如圖2所示，所述信號放大支路是由電晶體M1、電晶體M2、電感Ld以及電晶體M2漏極處的總的寄生電容構成。當控制開關打開電晶體M1時，放大支路開始工作，電晶體M1負責將輸入的射頻信號轉換為電流信號；電晶體M2起隔離作用，這樣大大降低了漏柵之間寄生電容的Miller效應，輸出點的阻抗對輸入阻抗不造成影響。另外，電晶體M2提高了輸出阻抗，提高了放大器的增益。電感和寄生電容諧振在中心工作頻率點上。
如圖2所示，所述信號衰減支路包括電晶體M3、電阻Rd和電壓跟隨器(如圖3所示)。當控制開關打開電晶體M3時，電晶體M2被關閉，電晶體M1的電流流向電晶體M3，衰減支路工作。低電阻Rd用來降低放大倍數，跟隨器的輸出通過一個小電容耦合到低噪聲放大器的輸出端以提供更多的衰減。
如圖4所示，所述電流偏置電路用以提供放大器的直流偏置。其中的大電容用來濾除偏置電流中的噪聲，大電阻用來隔離射頻信號對偏置電路的影響。
如圖5所示，所述開關控制電路通過對兩個電晶體M2和M3的控制，將輸出點接到電源或接地，其中的電阻起隔離作用，電容保證了輸出點為虛地。
權利要求
1.一種具有開關控制增益的低噪聲放大器，其特徵是所述放大器由阻抗匹配電路連接開關控制電路並由開關控制電路分別將強弱信號送到信號放大支路及衰減支路；另外所述放大器還設有一電流偏置電路。
2.根據權利要求1所述的低噪聲放大器，其特徵在於所述阻抗匹配電路由電感(Lg)、電壓-電流轉換器(M1)的輸入電容及電感(Ls)組成，在固定一個射頻頻率上通過對阻抗虛部的抵消來完成50歐姆的窄帶匹配，以達到一定的帶外抑制作用。
3.根據權利要求2所述的低噪聲放大器，其特徵在於所述電壓-電流轉換器(M1)為NMOS電晶體。
4.根據權利要求1所述的低噪聲放大器，其特徵在於所述信號放大支路由電晶體(M1)、電晶體(M2)、電感(Ld)以及電晶體(M2)漏極處的總的寄生電容組成。
5.根據權利要求1所述的低噪聲放大器，其特徵在於所述信號衰減支路由電晶體(M3)、電阻(Rd)以及電壓跟隨器組成。
6.根據權利要求1所述的低噪聲放大器，其特徵在於所述電流偏置電路提供放大器的直流偏置。
7.如權利要求1所述的低噪聲放大器，其特徵在於所述開關控制電路通過對兩個電晶體M2和M3的控制，將輸出點接到電源或接地。
全文摘要
本發明公開了一種具有開關控制增益低噪聲放大器，由集成一體的阻抗匹配電路、開關控制電路、信號放大支路及信號衰減支路和電流偏置電路組成，開關控制電路根據接收信號的強弱，分別進行信號放大和信號衰減。本發明的低噪聲放大電路具有動態範圍廣、增加系統集成度和降低功耗的優點。本發明應用於無線通信系統接收機晶片或接收機射頻前端晶片中。
文檔編號H03G3/32GK1534867SQ0311601
公開日2004年10月6日 申請日期2003年3月27日 優先權日2003年3月27日
發明者張釗鋒 申請人:鼎芯半導體(上海)有限公司