[发明专利]放大器电路、集成电路以及射频通信单元

说明书

技术领域

本发明涉及放大器电路、集成电路以及包括放大器电路和/或集成电路的射频(Radio Frequency，RF)通信单元领域，尤其适用、但不限于用于一可变增益低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)电路中。

背景技术

通常地，RF通信接收机的领域中，接收机前端(front-end)电路的主要任务是处理由耦接于接收机前端电路的天线接收到的信号，以使后续接收电路(例如解调电路)更容易处理信号。通常，这样的前端电路包括LNA电路与混频器电路，其中低噪声放大器电路用于放大接收的RF信号，混频器电路用于执行将已放大RF信号转换为更低的中频或基频的频率变换。接着中频或基频信号可被过滤以消除干扰信号等。

因为由混频器输出的中频或基频信号的频率通常比接收的RF信号的载波频率(fRF)低很多，因此混频器电路之后的接收链(receive chain)中的各级都运行于低频或基频的信号环境中。另外，通过混频器电路之前的LNA电路以及混频器电路自身(如果利用主动混频器(active mixer)的话)提供的放大作用，使得混频器电路之后的信号电平也比接收的RF信号的信号电平大。相应地，这些低频或高频信号电平特性允许运用多种电路技术于接收链的各级的实施中，其中接收链在前端电路之后。

然而，由于接收的RF信号的操作频率高并且信号电平低，仅能够利用有限数量的电路技术来实施包含了LNA电路与混频器电路的前端电路。设计LNA电路的主要挑战在于如何降低噪声。然而，RF接收机中的LNA电路也需要提供足够大的增益与预设良好的输入阻抗，并且需要引入非常小的失真(例如LNA的性能需要设计的尽量为线性)。因此，最重要的LNA线性矩阵之一为三阶截取点(Third Order Intercept Point，IP3)。

图1为现有的LNA电路结构100的示意图，LNA电路结构100包括电感退化放大器(inductively degenerated amplifier)。图1所示的LNA电路结构100利用串联RLC谐振电路(resonance circuit)提供的电压增益以提高输入设备的栅极与源极之间出现的电压。电压的放大包括两个优势：首先其在放大器的第一噪声组件(即晶体管M1 100)之前提供放大作用；其次，放大器输入级的有效跨导(transconductance)比晶体管M1 110的跨导提高了因子‘Q’，其中因子‘Q’是输入串联谐振的质量因子。在放大器的第一噪声组件之前提供这样的放大作用的效果在于，使得放大器输出端出现的全部噪声中由放大器产生的噪声产生净减少。另外，放大器输入级的有效跨导的提高使得给定的期望增益的电流消耗降低。

然而，因为输入级建于谐振电路周围，因此输入级以较窄的带宽运行并且对于不同的频带需要进行不通的调节。为了供应较大的动态范围，例如现代通信接收机所需的范围，LNA电路通常需要提供两个或更多增益设置。对于图1所示的放大器结构，通过利用共源共栅(cascode)晶体管M2a 120与晶体管M2b 130分离信号电流来实现可程序增益设置，使得在除了最大增益设置的其他设置中，仅有部分信号电流到达放大器的输出端。

此方法的问题在于电流消耗效率低，尤其是在低增益设置的情况下。相应地，希望能够在低增益设置中降低电流消耗。然而，实施任何形式的电流降低技术都会改变晶体管M1 110的跨导。因为谐振时放大器结构100的输入阻抗是真实的，并且与晶体管M1 110的跨导成比例，因此电流降低会导致放大器输入阻抗的改变，从而导致例如与天线的不匹配。

图1所示放大器结构100的另一个问题在于其线性性能较差。输入谐振电路提供的电压放大作用可增加晶体管M1 110的栅极-源极电压的摆幅，然而在噪声方面有益的同时，其也会增加晶体管M1 110引入的失真。