[发明专利]一种增益可变的宽带射频低噪声放大器

说明书

技术领域

本发明属于无线通信接收机系统技术领域，涉及一种增益可变的宽带射频 低噪声放大器。

背景技术

近年来，由于无线通信市场的繁荣，射频集成电路的开发和研究得到了迅 猛发展。由于通信数据量的不断提升，多模多频与宽带通信正逐渐成为一种趋 势。多模多频接收机需要兼容多个频点，频率覆盖范围广；超宽带通信的带宽 更是达到了3-10GHz，这些都需要宽带低噪声放大器来实现对输入信号的低噪 声放大。与此同时，市场用户对无线产品的性能要求也越来越苛刻，低成本、 低功耗、小面积和高性能对无线收发机的设计提出了更高的挑战。

在宽带接收机系统中，宽带低噪声放大器是一个非常重要的模块，它必须 在很宽的频带范围内实现输入阻抗匹配和平坦的增益，其增益、噪声系数、线 性度等指标直接影响着接收机的性能。所以，宽带低噪声放大器是宽带接收机 系统设计的关键技术之一。

现有的宽带低噪声放大器一般采用无源滤波器来实现输入阻抗匹配，其电 路结构在2004年的国际固态电路会议(ISSCC 2004)上提出。如图1所示， 射频信号RFin通过由无源元件L1、C1、L2、C2和源极简并电感窄带共源放 大器构成的宽带带通滤波器，通过合理设计各无源元件的数值，可以使得该放 大器在很宽的频带范围内实现阻抗匹配。输入信号通过有源器件M1转化为电 流，主电路为由M1和M2组成的Cascode结构，放大器的负载采用了由R_L和L_L和M2漏极的负载电容C_L构成的并联峰值结构(Shunt-Peaking)，通过 电感L_L引入一个零点来补偿因电容C_L引起的增益下降。源极跟随器具有很宽 的带宽和近似为1的电压增益，M3构成的源极跟随器作为放大器的输出级， 驱动50Ω的片外负载。这就是现有的宽带低噪声放大器的电路结构和工作原 理。采用上述宽带匹配结构来实现的增益可变的宽带低噪声放大器，其优点是 放大器可以达到很宽的带宽、平坦的增益和较优的噪声性能，并且主电路采用 单级结构即可实现。缺点是需要很多无源元件，这些无源元件在片内实现会消 耗大量的芯片面积，而且由于在片实现的无源元件的品质因子较差，会恶化放 大器的噪声性能，如果采用片外元件，则会增加成本。

现有的另一种宽带低噪声放大器是采用反馈结构来实现输入阻抗匹配的。 一种采用无源滤波器和反馈结构作宽带输入匹配的可变增益宽带低噪声放大器 如图2所示，电路采用单级结构实现，采用由L1，C1构成的无源滤波器来拓 展带宽，反馈电阻Rf来实现50Ω的输入阻抗，L2调谐输入回路的谐振频率， 使其在中心频率处谐振。C2为交流耦合电容，M1是工作于线性区的可调电阻， 其栅极接控制电压Vcontrol，通过调节Vcontrol的值来改变M1的电阻值，从 而改变了电路总反馈电阻的值，进而改变了增益。其优点是能获得较宽的增益 变化范围，但以较差的输入阻抗匹配为代价，因为在增益变化时，输入阻抗并 不恒定。2006年9月20日公开了一种低噪声放大器的发明专利申请，其公开 号为CN 1835390A，其内容涉及了采用反馈结构的增益可变的宽带低噪声放大 器。电路采用多级结构，第一级用来实现阻抗匹配并引入尽可能低的噪声，后 面几级用来实现增益控制功能，其优点是可获得较优的噪声性能和输入阻抗匹 配，缺点是主放大电路采用多级结构级联实现，增加了电路复杂度，功耗较大。

综上所述，增益可变的宽带射频低噪声放大器的实现，若采用无源滤波器 的结构，虽然单级电路即可实现，结构简单，但是采用了大量无源元件增加了 成本或面积；若采用反馈结构，使用单级电路在增益变化时会严重恶化输入阻 抗匹配，而使用多级电路虽然保证了电路性能，但增加了功耗和实现复杂度。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种增益可变的宽带射 频低噪声放大器，在采用反馈结构的基础上增加了一种信号合成单元，具有可 降低射频低噪声放大器的功耗；节省芯片面积；提高低噪声放大器的线性度； 在不影响宽带输入匹配的前提下，可以控制射频低噪声放大器的增益；降低了 系统对后级电路的动态范围的要求等诸多优点。