本實(shí)用新型涉及一種LNA，尤其涉及一種用于DWT(Discrete Wavelet Transform的縮寫)系統(tǒng)接收芯片射頻前端電路，其寬帶增益可調(diào)的巴倫低噪聲放大器，屬于射頻芯片設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

LNA即低噪聲放大器，是噪聲系數(shù)很低的放大器。一般用作各類無線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，比如手機(jī)、電腦或者iPAD里面的WiFi；以及高靈敏度電子探測設(shè)備的放大電路。

目前，增益控制機(jī)制廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，通過增益控制，電路可以擴(kuò)展接收信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，降低功耗和提高線性度。尤其在最近幾年，便攜式射頻終端市場的快速發(fā)展使得功耗成為一個(gè)愈發(fā)重要的考慮因素。信號(hào)的衰減和反射現(xiàn)象的存在造成了接收器前端信號(hào)功率的變化，接收機(jī)的輸入信號(hào)變化范圍可以達(dá)到80dB以上，如從幾個(gè)微伏的小信號(hào)到幾十毫伏的大信號(hào)，低噪聲放大器LNA作為射頻接收系統(tǒng)的第一級(jí)電路應(yīng)具備接受處理大動(dòng)態(tài)范圍射頻信號(hào)的能力。增益可控既能有效地避免接收機(jī)元件的飽和，同時(shí)也可以使手持設(shè)備工作在低增益檔、低功耗的模式下，從而延長其電池壽命。在接收機(jī)中，低噪聲放大器必須向下一級(jí)電路(混頻器)輸出適當(dāng)?shù)男盘?hào)。信號(hào)過小，混頻器無法檢測；信號(hào)過大又會(huì)對(duì)混頻器造成過載，使線性度惡化。而低噪聲放大器從天線接收到的信號(hào)是一個(gè)動(dòng)態(tài)范圍很大的信號(hào)，因此LNA增益調(diào)節(jié)可控變得十分必要。

現(xiàn)代通信系統(tǒng)中絕大部分是窄帶系統(tǒng)，而使用最多的經(jīng)典的LNA窄帶結(jié)構(gòu)是使用源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，源級(jí)連接的電感產(chǎn)生輸入阻抗實(shí)部實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，且電感無噪聲貢獻(xiàn)，所以此結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)超低的噪聲，但是此種結(jié)構(gòu)只能針對(duì)窄頻段使用。針對(duì)寬帶LNA，噪聲消除技術(shù)是一種常見的實(shí)現(xiàn)方式，原理是利用同一噪聲源經(jīng)過兩路極性相反的放大器后匯合到同一節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)噪聲抵消。此種結(jié)構(gòu)為單端電路，無法抑制共模噪聲。

具體來說，現(xiàn)在的增益控制技術(shù)主要有以下幾種：

1開關(guān)負(fù)載法：主要優(yōu)點(diǎn)是增益調(diào)節(jié)不會(huì)嚴(yán)重影響電路噪聲系數(shù)，但是，增益調(diào)節(jié)步長對(duì)于負(fù)載鏈上的寄生阻抗變化十分敏感，同時(shí)可能影響電壓偏置。

2旁路開關(guān)法：信號(hào)可以從有源器件旁的另一條通路通過，此通路由開關(guān)控制，從而實(shí)現(xiàn)不同地增益控制。開關(guān)通路會(huì)引起損耗，但是只要損耗在可接受的范圍，這種技術(shù)還是可行的，而增益和線性度確實(shí)不可控制的。

3電流分離法：此法用旁路分離出放大器的輸出電流，但此電流與放大器輸出電流之和不變，所以輸出電流會(huì)變小，增益減小。這種方法電路實(shí)現(xiàn)簡單，而且功耗不變，但是在低增益檔模式下會(huì)嚴(yán)重惡化噪聲系數(shù)。

4改變偏置：此法實(shí)質(zhì)上是控制輸入管跨導(dǎo)，或者是控制放大管跨導(dǎo)，容易實(shí)現(xiàn)，增益變化時(shí)增益平坦度不會(huì)惡化，但噪聲性能會(huì)惡化，且難以精確控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于：針對(duì)上述存在的問題，提供一種無電感的增益可調(diào)的單轉(zhuǎn)雙低噪聲放大器，用于130MHz-520MHz的DWT應(yīng)用。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種寬帶增益可調(diào)的巴倫低噪聲放大器，包括LNA第一級(jí)和LNA第二級(jí)，LNA第一級(jí)包括高增益檔、中增益檔和低增益檔；其中，高增益檔和中增益檔為CG-CS(common gate-common source，共柵-共源)結(jié)構(gòu)，低增益檔為反相器結(jié)構(gòu)；LNA第二級(jí)采用差分源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)。

作為進(jìn)一步優(yōu)選，其所述LNA第一級(jí)中的高增益檔和中增益檔的噪聲消除單轉(zhuǎn)雙電路；低增益檔中的反相器和傳輸門實(shí)現(xiàn)對(duì)單端信號(hào)的單轉(zhuǎn)雙功能。

作為進(jìn)一步優(yōu)選，其所述在LNA第一級(jí)中包括晶體管M1、M2、M3、M4，開關(guān)M0、M5、M6，電阻R1、R2、R3，電容C0、C1和R4；信號(hào)分別輸入到晶體管 M1、M2，晶體管M1、M2的源級(jí)并連接入電阻R0的一端，電阻R0的另一端通過開關(guān)M0連接到地；晶體管M1、M2的柵極接可控偏置電壓，晶體管M1的漏極接入電阻R1的一端，電阻R1的另一端連接到VDD；晶體管M2的漏極接入電阻R2 的一端，電阻R2的另一端接入一個(gè)開關(guān)M5，開關(guān)M5后端的電路連接到VDD；晶體管M1、M2的漏極輸出OUTP；信號(hào)經(jīng)過電容C0、C1輸入到晶體管M3、M4的柵極，晶體管M3的源級(jí)接地，晶體管M3的漏極接入電阻R3的一端，電阻R3 的另一端連接到VDD；晶體管M4的源級(jí)接地，漏極接電阻R4的一端，R4的另一端接入一個(gè)開關(guān)M6，開關(guān)M6后端的電路連接到VDD；晶體管M3、M4漏極輸出OUTN。

作為進(jìn)一步優(yōu)選，其所述LNA第一級(jí)中包括晶體管M8、M9、M11、M12，開關(guān)M7、M10和電阻R5；晶體管M8、M9構(gòu)成的反相器，電阻R5為這個(gè)反相器提供反饋，開關(guān)M7用作晶體管M8的開關(guān)，開關(guān)M10用作晶體管M9的開關(guān)；開關(guān) M7和M9作為反相器的控制開關(guān)；晶體管M11、M12的一路分別與反相器相連，晶體管M11、M12并聯(lián)構(gòu)成傳輸門。

作為進(jìn)一步優(yōu)選，其所述LNA第二級(jí)中包括晶體管M13、M14、M15、M16、 M17、M18，電阻R8、R9、R10、R11、R12、R13和開關(guān)M19、M20；晶體管M15、 M16組成高、中增益檔的輸入對(duì)管，晶體管M15、M16的源級(jí)分別通過電阻R6、 R7接尾電流晶體管M13；晶體管M15、M16分別通過接電阻R10、R11做高增益時(shí)的負(fù)載，晶體管M15、M16通過接電阻R12、R13和開關(guān)M19、M20做非高增益時(shí)的負(fù)載。

作為進(jìn)一步優(yōu)選，其所述晶體管M17、M18組成低增益檔的輸入對(duì)管，晶體管M17、M18的源級(jí)通過電阻R8、R9接尾電流晶體管M14，晶體管M17的漏極連接復(fù)用電阻R10、R11做負(fù)載；晶體管M18的漏極連接復(fù)用電阻R11、R12做負(fù)載。

本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型所述的寬帶增益可調(diào)的巴倫低噪聲放大器通過共源和共柵電路的組合，實(shí)現(xiàn)噪聲的抵消和單轉(zhuǎn)雙電路，并通過兩級(jí)放大的結(jié)構(gòu)，保證單轉(zhuǎn)雙后信號(hào)正負(fù)兩路的匹配。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1中低噪聲放大器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2是圖1低噪聲放大器第一級(jí)中的高、中增益檔電路圖。

圖3是圖1低噪聲放大器第一級(jí)中的低增益檔電路圖。

圖4是圖1低噪聲放大器第二級(jí)的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說明。

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

實(shí)施例1：如圖1-4所示，本實(shí)施例提供一種無電感、寬帶增益可調(diào)的單轉(zhuǎn)雙低噪聲放大器，通過共源和共柵電路的組合，實(shí)現(xiàn)了噪聲的抵消和單轉(zhuǎn)雙電路，并通過兩級(jí)放大的結(jié)構(gòu)，保證單轉(zhuǎn)雙后信號(hào)正負(fù)兩路的匹配。體現(xiàn)在CG-CS 混合的噪聲消除結(jié)構(gòu)和針對(duì)不同增益要求的電路結(jié)構(gòu)復(fù)用和改變。

具體來說，如圖1所示：LNA第一級(jí)實(shí)現(xiàn)單轉(zhuǎn)雙的低噪聲放大，LNA第二級(jí)實(shí)現(xiàn)隔離緩沖放大。LNA第一級(jí)整體有三個(gè)增益檔，分別為：高增益30dB、中增益檔15dB和低增益檔6dB，三個(gè)增益檔在每一級(jí)電路里面都有相應(yīng)的增益控制結(jié)構(gòu)。在LNA第一級(jí)里，高增益和中增益檔使用CG-CS結(jié)構(gòu)，低增益檔使用反相器結(jié)構(gòu)。在LNA第二級(jí)里，均采用差分源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)。

LNA第一級(jí)中的高增益和中增益檔實(shí)現(xiàn)電路連接關(guān)系如圖2所示，高增益和中增益檔的噪聲消除單轉(zhuǎn)雙電路。信號(hào)輸入到用作射頻跨導(dǎo)管的N型金屬氧化物晶體管M1、M2，晶體管M1、M2的源級(jí)并連接入電阻R0的一端，電阻R0的另一端通過開關(guān)M0連接到地，晶體管M1、M2的柵極接可控偏置電壓，晶體管M1 的漏極接入電阻R1的一端，電阻R1的另一端連接到VDD；晶體管M2的漏極接入電阻R2的一端，電阻R2的另一端接入一個(gè)開關(guān)M5，開關(guān)M5后端的電路連接到VDD；晶體管M1、M2的漏極輸出OUTP。信號(hào)同時(shí)經(jīng)過電容C0、C1輸入到晶體管M3、M4的柵極，晶體管M3的源級(jí)接地，晶體管M3的漏極接入電阻R3的一端，電阻R3的另一端連接到VDD；晶體管M4的源級(jí)接地，漏極接電阻R4的一端，R4的另一端接入一個(gè)開關(guān)M6，開關(guān)M6后端的電路連接到VDD；晶體管 M3、M4漏極輸出OUTN。

LNA第一級(jí)中的低增益檔實(shí)現(xiàn)電路連接關(guān)系如圖3所示，晶體管M8、M9構(gòu)成的反相器，電阻R5為這個(gè)反相器提供反饋，開關(guān)M7用作晶體管M8的開關(guān)，開關(guān)M10用作晶體管M9的開關(guān)；開關(guān)M7和M9作為反相器的控制開關(guān)。晶體管 M11、M12的一路分別與反相器相連，晶體管M11、M12并聯(lián)構(gòu)成傳輸門。反相器和傳輸門實(shí)現(xiàn)對(duì)單端信號(hào)的單轉(zhuǎn)雙功能。

LNA第二級(jí)實(shí)現(xiàn)電路連接關(guān)系圖4所示，通過晶體管M15、M16組成高、中增益檔的輸入對(duì)管，晶體管M15、M16的源級(jí)分別通過電阻R6、R7接尾電流晶體管M13。晶體管M15、M16分別通過接電阻R10、R11做高增益時(shí)的負(fù)載，晶體管M15、M16通過接電阻R12、R13和開關(guān)M19、M20做非高增益時(shí)的負(fù)載。晶體管M17、M18組成低增益檔的輸入對(duì)管，晶體管M17、M18的源級(jí)通過電阻R8、 R9接尾電流晶體管M14，晶體管M17的漏極連接復(fù)用電阻R10、R11做負(fù)載；晶體管M18的漏極連接復(fù)用電阻R11、R12做負(fù)載。

在本實(shí)用新型中，電路有高中低三種工作方式，高增益模式時(shí)，電路第一部分的晶體管M2、M4、M5、M6、M7、M10、M11、M12由控制電路關(guān)斷，第二部分的晶體管M14、M19、M20由控制電路關(guān)斷，信號(hào)由第一部分晶體管M1、M3差分放大，負(fù)載為電阻R1、R3，進(jìn)入第二部分由晶體管M15、M16緩沖放大，負(fù)載為R10、R11。

中增益檔模式時(shí)，電路第一部分的晶體管M1、M3關(guān)斷，第二部分的晶體管 M14關(guān)斷，信號(hào)由第一部分的晶體管M2、M4差分放大，晶體管R1、R2、R3、R4 并聯(lián)形成負(fù)載，進(jìn)入第二部分由晶體管M15、M16緩沖放大，晶體管R10、R11、 R12、R13并聯(lián)形成負(fù)載。

低增益檔模式時(shí)，電路由第一部分的晶體管M0、M1、M2、M3、M4、M5、M6 關(guān)閉，信號(hào)經(jīng)由反相器和傳輸門到達(dá)第二部分，第二部分的晶體管M13關(guān)閉，信號(hào)經(jīng)由晶體管M17、M18放大，晶體管R10、R11、R12、R13并聯(lián)形成負(fù)載。

在低噪放第一部分實(shí)現(xiàn)噪聲消除的方法是，通過CG-CS電路。輸入信號(hào)在共柵級(jí)同向放大，共源級(jí)反相放大，而輸入噪聲在共柵級(jí)和共源級(jí)電路均反向放大，通過設(shè)置CG-CS電路的gm和R，達(dá)到最佳的噪聲消除和信號(hào)放大。

在本具體實(shí)現(xiàn)中，在高增益模式下，共柵的晶體管M1和共源的M3組成噪聲抵消信號(hào)放大電路，為了實(shí)現(xiàn)輸入電路匹配，gm1＝1/Rin。為了實(shí)現(xiàn)最佳的噪聲消除和信號(hào)放大，選擇電路參數(shù)：gm3＝2*gm1，R1＝2*gm3。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。