[发明专利]放大器

说明书

技术领域

本发明涉及低噪声放大器。特别是但并不排它地，本发明涉及可配置的低噪声放大器电路。

背景技术

射频接收器可以被配置为在许多不同的射频频带内进行操作。例如，用于移动站（或蜂窝电话设备）的接收机可以被配置为在下述频带中的任何一个频带内操作：全球移动通信系统（GSM）、850、900、1800和/或1900、宽带码分多址（WCDMA）、高速分组接入（HSPA）和/或长期演进（LTE）1、2、3频带等。这允许包含这样的接收机的移动站在支持上述射频频带的不同子集的不同区域使用（例如，使得能够漫游）。

接收机通常包含一个或多个射频集成电路（RFIC），该一个或多个射频集成电路（RFIC）包括作为接收机中第一放大级的低噪声放大器（LNA）。例如，一个或多个LNA通常被用于放大由天线收集的射频信号，并且然后由LNA生成的放大信号被接收机中的其他部件使用。

接收机通常包括一个或多个射频（RF）滤波器，该一个或多个射频（RF）滤波器被置于天线和形成接收机的第一放大级的LNA之间。图1图示了包括RF模块100和天线130的示例性接收机。RF模块100包括RF前端模块132，该RF前端模块132进而包括对由天线130收集的射频信号进行滤波的一个或多个（多达总数n个）RF滤波器110-112。RF模块100还包括RFIC134，该RFIC134进而包括对由滤波器110-112生成的滤波信号进行放大的一个或多个（多达总数m个）LNA120-122。

从针对噪声系数的弗里斯公式可知，形成接收机的第一放大级的LNA决定了接收机的噪声因数。形成该第一级的LNA在确定接收机的输入阻抗中也具有关键作用。该LNA的输入阻抗必须与某一阻抗严格匹配，因为否则在LNA之前的RF滤波器（例如110-112）的性能将会降低。此外，LNA之前的RF滤波器通常将具有固定频率范围，这要求LNA的输入也与该频率范围匹配。

作为结果，取决于LNA结构，可能有必要利用包含LNA的RFIC外部的匹配部件来适当地设定输入阻抗和频率范围匹配。然而，这些外部匹配部件可能是昂贵的，并且在一些情况下，优选地是使用具有内部匹配能力的LNA来适当地设定其输入阻抗和频率范围匹配。

接收机性能的另一度量是其灵敏度（基准灵敏度水平），其衡量在接收机输入处的最小可检测信号水平。接收信号的信号质量通常由误比特率或吞吐量来确定。灵敏度水平S通过以下等式来确定：

S=-174dBm/Hz+10log(BW)+SNR_min+NF          (1)

其中，-174dBm/Hz是在290K的温度时来自输入源的有效噪声功率密度，BW是信道带宽，SNR_min是所需要的信噪比，并且NF是接收机噪声因数。SNR_min取决于例如目标误比特率和所使用的调制方法。

形成接收机中第一放大级的LNA之前的RF滤波器在接收机被配置成在其中操作的一些射频频带内可能具有显著的插入损耗。该插入损耗能够使得接收机更不灵敏，并且对于这些射频频带具有更高的噪声因数。由于在这些射频频带内的接收机灵敏度较差，接收机可以在其上进行操作的在发射机和接收机之间的范围被减少，从而使得蜂窝网络设计更具有挑战并且更昂贵。此外，由于诸如移动站的设备中的空间约束，连接到接收机的天线的尺寸可能受到限制，由此限制了天线的性能；这种情况在例如低于1GHz的较低频率处被恶化，在该较低频率处，由于较长的波长，天线的尺寸往往变大。因此，接收机能力可能因此降低，导致降低的链路性能。

为了减轻上述影响，LNA噪声因数应当尽可能的好。然而，在LNA之前不使用外部匹配部件并且在低电流消耗的情况下获得良好的噪声性能是挑战性的任务。此外，除了昂贵的并且耗尺寸的外部部件之外，还应当考虑包含LNA的RFIC的成本。为了使RFIC的半导体模片区域（die area）保持得小，片上电感器的数目应当被保持为最少，因为高质量的电感器需要大的模片区域，并且其尺寸不会随着集成电路的特征宽度的减小而缩小。

从以上可以看到，在设计LNA时，需要考虑很多不同的设计因素，并且同时考虑这些因素中的一些或全部可能被证明是困难的。因此，需要通过提供考虑各种设计因素的改进的方式来增强LNA的设计。

发明内容