可變增益低噪聲放大器的製作方法
2023-11-02 06:58:07
專利名稱：可變增益低噪聲放大器的製作方法
技術領域：
本申請涉及放大器技術領域，特別是涉及ー種可變増益低噪聲放大器。
背景技術：
隨著社會的發展，低功耗射頻技術的應用也越來越廣泛，例如乘坐公交車使用的公交卡、可以隨地上網的無線路由器以及無線鍵盤或滑鼠等等。低噪聲放大器(Low NoiseAmplifier，簡稱LNA)作為各類無線接收器射頻前端的關鍵模塊，其性能對整個系統起著決定性作用，要求低噪聲放大器不僅自身具有較低噪聲，同時還能夠提供一定的増益，從而來抑制混頻器等後續模塊的噪聲。圖I為ー種傳統的可變增益放大器的電路圖，該放大器以運算放大器為電路核心，通過調節電阻RlI和R12的值來實現增益變化，但由於無線接收器普遍要求其內部可變 増益放大器的増益與放大器的控制電壓成「分貝-線性」關係(如圖2所示)，所以該放大器需要利用ー種結構複雜、尺寸較大且功耗較高的坡度電壓生成器來產生調節增益所需要的控制電壓，這將導致該放大器整體功耗較高，由上述可知，現有這種傳統的可變增益放大器需要結構複雜、尺寸較大且功耗較高的坡度電壓生成器才可以實現對增益進行調節，而無法在低功耗的無線接收電子產品中應用，因此亟需一種能夠應用於低功耗無線接收電子產品的可變增益放大器。
發明內容
有鑑於此，本申請實施例提供一種可變増益低噪聲放大器，採用的增益控制電路結構簡單，功耗較低，可以應用於低成本低功耗無線接收電子產品中。為了實現上述目的，本申請實施例提供的技術方案如下一種可變増益低噪聲放大器，包括放大電路和控制電路，其中所述放大電路包括第一輸入負載、第一跨導輸入子電路、第一跨導輸出子電路和第一輸出負載，其中所述第一輸入負載連接在第一跨導輸入子電路的輸入端；所述第一跨導輸出子電路的輸入端與第一跨導輸入子電路的輸出端相連接，輸出端與第一輸出負載相連接；所述第一輸入負載為由第一電阻和第一 MOS管並聯而成的等效電阻；第一輸出負載為由第二電阻和第二 MOS管並聯而成的等效電阻；所述控制電路包括第二輸入負載、第二跨導輸入子電路、第二跨導輸出子電路和第二輸出負載，其中所述第二輸入負載連接在第二跨導輸入子電路的輸入端；所述第二跨導輸出子電路的輸入端與第二跨導輸入子電路的輸出端相連接，輸出端與第二輸出負載相連接；所述第一輸入負載為第三電阻，所述第二輸出負載為相串聯的第四電阻、第五電阻、第三MOS管和第四MOS管；所述第二跨導輸出子電路的ー個輸出端與第一MOS管的柵極相連接，用於控制第一輸入負載的阻值大小，另ー個輸出端與第二 MOS管的柵極相連接，用於控制第一輸出負載的阻值大小。優選地，所述第一跨導輸入子電路包括第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管和第八MOS管，其中所述第五MOS管、第六MOS管的源極相連接，並且與電源正極相連接，且第五MOS管、第六MOS管的源極與各自柵極之間均並聯ー個恆流源；所述第七MOS管的漏極與第五MOS管的柵極相連接，源極與第五MOS管的漏極相連接；所述第八MOS管的漏極與第六MOS管的柵極相連接，源極與第六MOS管的源極相連接；所述第五MOS管和第六MOS管的漏極分別通過ー個電流源與地電平相連接。優選地，所述第一 MOS管的源極與第五MOS管的漏極相連接，第一 MOS管的漏極與·第六MOS管的漏極相連接。優選地，所述第一跨導輸出子電路包括第九MOS管和第十MOS管，其中所述第九MOS管、第十MOS管的源極相連接，並且與電源正極相連接，第九MOS管的柵極與第六MOS管的柵極相連接，第十MOS管的柵極與第五MOS管的柵極相連接；所述第九MOS管的漏極與第二 MOS管的源極相連接，並且通過ー個恆流源與地電平相連接；所述第十MOS管的漏極與第二 MOS管的漏極相連接，並且通過ー個恆流源與地電平相連接。優選地，所述第二跨導輸入子電路包括第i^一 MOS管、第十二 MOS管、第十三MOS管和第十四MOS管，其中所述第十一 MOS管、第十二 MOS管的源極相連接，並且與電源正極相連接，且第十一 MOS管、第十二 MOS管的源極與各自柵極之間均並聯ー個恆流源；所述第十三MOS管的漏極與第十一 MOS管的柵極相連接，源極與第十一 MOS管的漏極相連接；所述第十四MOS管的漏極與第十二 MOS管的柵極相連接，源極與第十二 MOS管的漏極相連接；所述第十三MOS管和第十四MOS管的源極分別通過ー個電流源與地電平相連接。優選地，所述第三電阻串聯在第十一 MOS管的漏極和第十二 MOS管的漏極之間。優選地，所述第二跨導輸出子電路包括第十五MOS管和第十六MOS管，其中所述第十五MOS管、第十六MOS管的源極相連接，並且與電源正極相連接，第十五MOS管的柵極與第十二 MOS管的柵極相連接，第十六MOS管的柵極與第十一MOS管的柵極相連接；所述第十五MOS管的漏極與第一 MOS管的柵極相連接；所述第十六MOS管的漏極與第二 MOS管的漏極相連接。優選地，所述第三MOS管的漏極和柵極相連接，並且漏極通過第四電阻與第十三MOS管的漏極相連接；所述第四MOS管的漏極和柵極相連接，並且漏極通過第五電阻與第十四MOS管的漏極相連接；所述第三MOS管和第四MOS管的源極相連接。優選地，第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管和第四MOS管偏置在同一共模電壓上。由以上技術方案可以見，本申請實施例提供的該可變増益低噪聲放大器，採用相互分離的放大電路和控制電路，並且在放大電路中，採用跨導電路作為輸入部分，將輸入電壓信號轉換為電流，並且將該電流傳輸到第一輸出負載上進行輸出，通過改變放大電路中第一輸入負載與第一輸出負載的阻值的比值，就可以對放大電路的增益進行調節。由於在放大電路中沒有採用運算放大器，在對增益進行補償是較為容易，且帶寬也較容易實現，並且節約了補償電容的面積和補償帶寬所需要的電流，該放大電路的結構簡單，還能夠極大地提升電路的噪聲性能，降低了功耗。另外，控制電路的結構簡單，體積較小，省去了面積較大且功耗較高的坡度電壓生成器，不僅可以降低成本，還可以降低了功耗。因此本申請實施 例提供的該可變増益低噪聲放大器，可以應用於低成本低功耗無線接收電子產品中。
為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的ー些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為ー種傳統的可變增益低噪聲放大器的電路圖；圖2為本申請實施例提供的可變增益低噪聲放大器的結構示意圖；圖3為本申請實施例提供的放大電路的電路圖；圖4為本申請實施例提供的控制電路的電路圖。
具體實施例方式為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本申請保護的範圍。圖3為本申請實施例提供的可變增益低噪聲放大器的結構示意圖；如圖3所示,該可變增益低噪聲放大器包括放大電路100和控制電路200，放大電路100的輸入端輸入電壓信號Vip,輸出端將放大後的信號Vop輸出，控制電路200用於控制放大電路100的增益大小，其中Vref為參考電壓，Vagc為自動增益控制電路的輸出電壓，控制電路200產生ー組控制電壓Vcp和Vcn，並且將該組控制電壓輸送到放大電路中，用於調節放大電路100的增益大小。圖4為本申請實施例提供的放大電路的電路圖。如圖4所不,放大電路100包括第一輸入負載11、第一跨導輸入子電路12、第一跨導輸出子電路13和第一輸出負載14,其中第一輸入負載11連接在第一跨導輸入子電路12的輸入端；第一跨導輸出子電路13的輸入端與第一跨導輸入子電路12的輸出端相連接，輸出端與第一輸出負載14相連接；第一輸入負載11為由第一電阻Rl和第一 MOS管Ml並聯而成的等效電阻；第一輸出負載14為由第二電阻R2和第二 MOS管M2並聯而成的等效電阻。如圖4所示，第一跨導輸入子電路12包括第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7和第八MOS管M8，其中 第五MOS管、第六MOS管的源極相連接，並且與電源正極(Vdd)相連接，且第五MOS管M5、第六MOS管M6的源極與各自柵極之間均並聯ー個恆流源
Il;第七MOS管M7的漏極與第五MOS管M5的柵極相連接，源極與第五MOS管M5的漏極相連接，並且第七MOS管M7的柵極作為ー個輸入端，接入輸入信號Vip ；;第八MOS管M8的漏極與第六MOS管M6的柵極相連接，源極與第六MOS管M6的源極相連接，並且第八MOS管M8的柵極作為另ー個輸入端，接入輸入信號Vin ;第五MOS管M5和第六MOS管M6的漏極分別通過一個電流源12與地電平相連接。第一輸入負載11由第一 MOS管Ml和電阻Rl並聯而成，並且第一 MOS管Ml的源 極與第五MOS管M5的漏極相連接，第一 MOS管Ml的漏極與第六MOS管M6的漏極相連接。此外，第一 MOS管Ml的源極還可以連接第六MOS管M6的漏極上，並且第一 MOS管Ml的漏極還可以連接在第五MOS管M5的漏極上，這樣雖然第一 MOS管Ml的源極和漏極相反連接，其功能是不變的。工作在線性區的N型第一 MOS管Ml與電阻Rl構成了等效輸入電阻，並且第一 MOS管Ml的柵極電壓與控制電路200的輸出相連接，即第一輸入負載11為ー個可調電阻，並且其電阻的最大阻值由第一電阻Rl決定。第一跨導輸出子電路13包括第九MOS管M9和第十MOS管M10，其中第九MOS管M9、第十MOS管MlO的源極相連接，並且與電源正極(Vdd)相連接，第九MOS管M9的柵極與第六MOS管M6的柵極相連接，第十MOS管MlO的柵極與第五MOS管M5的柵極相連接；第九MOS管M9的漏極與第二 MOS管M2的源極相連接，並且通過ー個恆流源13與地電平相連接；第十MOS管MlO的漏極與第二 MOS管M2的漏極相連接，並且通過ー個恆流源13與地電平相連接。第一輸出負載14的結構與第一輸入負載11的結構相同，由第二電阻R2和第二MOS管M2並聯而成，另外第二 MOS管的源極和漏極只要連接在第九MOS管M9、第十MOS管MlO的漏極就可以，其功能均是相同的。在本申請實施例中，輸入電壓信號Vi在第一輸入負載11上會產生相應的信號電流，第二跨導輸出子電路13將信號電流傳輸到第一輸出負載14上,並轉化為輸出電壓信號。圖5為本申請實施例提供的控制電路的電路圖。如圖5所示，控制電路200包括第二輸入負載21、第二跨導輸入子電路22、第二跨導輸出子電路23和第二輸出負載24，其中第二輸入負載21連接在第二跨導輸入子電路22的輸入端；第二跨導輸出子電路23的輸入端與第二跨導輸入子電路22的輸出端相連接，輸出端與第二輸出負載24相連接；第一輸入負載21為第三電阻，第二輸出負載24為相串聯的第四電阻R4、第五電阻R5、第三MOS管M3和第四MOS管M4 ;第二跨導輸出子電路23的ー個輸出端與第一 MOS管Ml的柵極相連接，用於控制第一輸入負載11的阻值大小，另ー個輸出端與第二 MOS管M2的柵極相連接，用於控制第一輸出負載14的阻值大小。如圖5所示，第二跨導輸入子電路22包括第i^一 MOS管Mil、第十二 MOS管M12、第十三MOS管M13和第十四MOS管M14，其中第i^一 MOS管Mil、第十二 MOS管M12的源極相連接，並且與電源正極(Vdd)相連接，且第i^一 MOS管MlI、第十二 MOS管M12的源極與各自柵極之間均並聯ー個恆流源14 ;第十三MOS管M13的漏極與第十一 MOS管Mll的柵極相連接，源極與第十一 MOS管MlI的漏極相連接，並且第十三MOS管M13的柵極作為參考電壓輸入端，接入參考電壓Vref ;第十四MOS管M14的漏極與第十二 MOS管M12的柵極相連接，源極與第十二 MOS管M12的漏極相連接，並且第十四MOS管M14的柵極作為反饋電壓輸入端，接入自動增益控制電路的輸出電壓Vagc ;第十三MOS管M13和第十四MOS管M14的源極分別通過ー個電流源15與地電平相連接。第二輸入負載21為第三電阻R3，並且第三電阻R3串聯在第i^一 MOS管Mll的漏極和第十二 MOS管M12的漏極之間。
第二跨導輸出子電路23包括第十五MOS管M15和第十六MOS管M16，其中第十五MOS管M15、第十六MOS管M16的源極相連接，並且與電源正極(Vdd)相連接,第十五MOS管M15的柵極與第十二 MOS管M12的柵極相連接，第十六MOS管M16的柵極與第i^一MOS管Mll的柵極相連接；第十五MOS管M15的漏極作為第一控制電壓輸出端，與第一 MOS管Ml的柵極相連接，將控制電壓Vcn輸入到第一 MOS管Ml上；第十六MOS管M16的漏極作為第二控制電壓輸出端，與第二 MOS管M2的漏極相連接，將控制電壓Vcp輸入到第二 MOS管M2上。第二輸出負載24為相串聯的第四電阻R4、第五電阻R5、第三MOS管M3和第四MOS管M4，其中第三MOS管M3的漏極和柵極相連接，並且漏極通過第四電阻R4與第十三MOS管M13的漏極相連接；第四MOS管M4的漏極和柵極相連接，並且漏極通過第五電阻R5與第十四MOS管M14的漏極相連接；第三MOS管M3和第四MOS管M4的源極相連接。在本申請實施例中，第二跨導輸入子電路22作為輸入部分，將參考電壓Vref與自動增益控制電路的輸出電壓Vagc進行比較，並將比較的結果通過第三電阻R3轉化為電流。然後第十五MOS管M15和第十六MOS管M16將第三電阻R3產生的電流傳輸到第二輸出負載24上,通過第二輸出負載產生一組控制電壓Vcp和Vcn,並且該組控制電壓分別控制第一輸入負載11和第一輸出負載14的阻值大小。在第二輸出負載24中，第三MOS管M3和第四MOS管M4的的柵極與各自的六級相連接成ニ極管模式，然後再與第四電阻R4、第五電阻R5相串聯，這樣第三MOS管M3和第四MOS管M4可以保證無論エ藝、溫度、電源電壓如何變化，第一輸入負載11中的第一 MOS管Ml和第一輸出負載14中的第二MOS管M2均不會因為電壓不足而處於閉合狀態進而導致放大電路的增益失去控制。為了使得控制電壓Vcp和Vcn能夠更加有效地控制放大電路的增益，第三MOS管M3、第四MOS管M4、第一 MOS管Ml和第二 MOS管M2應該偏置在同一共模電壓Vcm上。另外，控制電路200在控制放大電路100的增益時，合理選擇第三電阻R3和第四電阻R4的阻值，就可以使得放大電路100的増益曲線更加接近一條直線。由以上技術方案可以見，本申請實施例提供的該可變増益低噪聲放大器，採用相互分離的放大電路和控制電路，並且在放大電路中，採用跨導電路作為輸入部分，將輸入電壓信號轉換為電流，並且將該電流傳輸到第一輸出負載上進行輸出，通過改變放大電路中第一輸入負載與第一輸出負載的阻值的比值，就可以對放大電路的增益進行調節。由於在放大電路中沒有採用運算放大器，在對增益進行補償是較為容易，且帶寬也較容易實現，並且節約了補償電容的面積和補償帶寬所需要的電流，該放大電路的結構簡單，還能夠極大地提升電路的噪聲性能，降低了功耗。另外，控制電路的結構簡單，體積較小，省去了面積較大且功耗較高的坡度電壓生成器，不僅可以降低成本，還可以降低了功耗。因此本申請實施例提供的該可變増益低噪聲放大器，可以應用於低成本低功耗無線接收電子產品中。以上所述僅是本申請的優選實施方式，使本領域技術人員能夠理解或實現本申請。對這些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本申請將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種可變増益低噪聲放大器，其特徵在於，包括放大電路和控制電路，其中 所述放大電路包括第一輸入負載、第一跨導輸入子電路、第一跨導輸出子電路和第一輸出負載，其中 所述第一輸入負載連接在第一跨導輸入子電路的輸入端；所述第一跨導輸出子電路的輸入端與第一跨導輸入子電路的輸出端相連接，輸出端與第一輸出負載相連接；所述第一輸入負載為由第一電阻和第一 MOS管並聯而成的等效電阻；第一輸出負載為由第二電阻和第二 MOS管並聯而成的等效電阻； 所述控制電路包括第二輸入負載、第二跨導輸入子電路、第二跨導輸出子電路和第二輸出負載，其中 所述第二輸入負載連接在第二跨導輸入子電路的輸入端；所述第二跨導輸出子電路的輸入端與第二跨導輸入子電路的輸出端相連接，輸出端與第二輸出負載相連接；所述第一輸入負載為第三電阻，所述第二輸出負載為相串聯的第四電阻、第五電阻、第三MOS管和第四MOS管；所述第二跨導輸出子電路的ー個輸出端與第一MOS管的柵極相連接，用於控制第ー輸入負載的阻值大小，另ー個輸出端與第二 MOS管的柵極相連接，用於控制第一輸出負載的阻值大小。
2.根據權利要求I所述的放大器，其特徵在於，所述第一跨導輸入子電路包括第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管和第八MOS管，其中 所述第五MOS管、第六MOS管的源極相連接，並且與電源正極相連接，且第五MOS管、第六MOS管的源極與各自柵極之間均並聯ー個恆流源； 所述第七MOS管的漏極與第五MOS管的柵極相連接，源極與第五MOS管的漏極相連接； 所述第八MOS管的漏極與第六MOS管的柵極相連接，源極與第六MOS管的源極相連接； 所述第五MOS管和第六MOS管的漏極分別通過ー個電流源與地電平相連接。
3.根據權利要求2所述的放大器，其特徵在於，所述第一MOS管的源極與第五MOS管的漏極相連接，第一 MOS管的漏極與第六MOS管的漏極相連接。
4.根據權利要求2所述的放大器，其特徵在於，所述第一跨導輸出子電路包括 第九MOS管和第十MOS管，其中 所述第九MOS管、第十MOS管的源極相連接，並且與電源正極相連接，第九MOS管的柵極與第六MOS管的柵極相連接，第十MOS管的柵極與第五MOS管的柵極相連接； 所述第九MOS管的漏極與第二 MOS管的源極相連接，並且通過ー個恆流源與地電平相連接； 所述第十MOS管的漏極與第二 MOS管的漏極相連接，並且通過ー個恆流源與地電平相連接。
5.根據權利要求I所述的放大器，其特徵在於，所述第二跨導輸入子電路包括第十一MOS管、第十二 MOS管、第十三MOS管和第十四MOS管，其中 所述第十一MOS管、第十二MOS管的源極相連接，並且與電源正極相連接，且第十一MOS管、第十二 MOS管的源極與各自柵極之間均並聯ー個恆流源； 所述第十三MOS管的漏極與第十一 MOS管的柵極相連接，源極與第十一 MOS管的漏極相連接； 所述第十四MOS管的漏極與第十二 MOS管的柵極相連接，源極與第十二 MOS管的漏極相連接； 所述第十三MOS管和第十四MOS管的源極分別通過ー個電流源與地電平相連接。
6.根據權利要求5所述的放大器，其特徵在於，所述第三電阻串聯在第十一MOS管的漏極和第十二 MOS管的漏極之間。
7.根據權利要求5所述的放大器，其特徵在於，所述第二跨導輸出子電路包括第十五MOS管和第十六MOS管，其中 所述第十五MOS管、第十六MOS管的源極相連接，並且與電源正極相連接，第十五MOS管的柵極與第十二 MOS管的柵極相連接，第十六MOS管的柵極與第十一 MOS管的柵極相連接； 所述第十五MOS管的漏極與第一 MOS管的柵極相連接；所述第十六MOS管的漏極與第ニ MOS管的漏極相連接。
8.根據權利要求7所述的放大器，其特徵在於，所述第三MOS管的漏極和柵極相連接，並且漏極通過第四電阻與第十三MOS管的漏極相連接； 所述第四MOS管的漏極和柵極相連接，並且漏極通過第五電阻與第十四MOS管的漏極相連接； 所述第三MOS管和第四MOS管的源極相連接。
9.根據權利要求I所述的放大器，其特徵在於，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管偏置在同一共模電壓上。
全文摘要
本發明公開了一種可變增益低噪聲放大器，包括放大電路和控制電路，其中所述放大電路包括第一輸入負載、第一跨導輸入子電路、第一跨導輸出子電路和第一輸出負載，所述控制電路包括第二輸入負載、第二跨導輸入子電路、第二跨導輸出子電路和第二輸出負載。該可變增益低噪聲放大器中，放大電路採用跨導電路作為輸入部分，將輸入電壓信號轉換為電流並傳輸到第一輸出負載上進行輸出，控制電路生成一組控制信號，並控制放大電路中的第一輸入負載與第一輸出負載的阻值的大小，進而可以對放大電路的增益進行調節。由於放大電路和控制電路的結構都比較簡單，使得該可變增益低噪聲放大器功耗較低，可以應用於低成本低功耗無線接收電子產品中。
文檔編號H03F1/26GK102843101SQ201110166070
公開日2012年12月26日 申請日期2011年6月20日 優先權日2011年6月20日
發明者李曉波, 孫禮中 申請人:蘇州科山微電子科技有限公司