CN112468099A - 一种射频前端及其低噪声放大器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种射频前端及其低噪声放大器，包括第一MOS管、第二MOS管、第一偏置支路、第二偏置支路、信号输入电路、信号输出电路、并联反馈回路和上拉电感。第一偏置支路与第一MOS管的栅极电连接；第二偏置支路与第二MOS管的栅极电连接；信号输入电路的一端与第一MOS管的栅极信号连接；第一MOS管的源极接地、漏极与第二MOS管的源极电连接；并联反馈回路连接在第二MOS管的漏极与第一MOS管的栅极之间；上拉电感的一端与第二MOS管的漏极电连接；信号输出电路的一端与第二MOS管的漏极信号连接。由于并联反馈电路的加入，可以使带宽有效提升，优化带内增益平坦度，改善输入输出匹配。

Description

一种射频前端及其低噪声放大器

技术领域

本申请涉及通信技术领域，更具体地说，涉及一种射频前端及其低噪声放大器。

背景技术

低噪声放大器作为射频接收链路的一部分，位于接收***最前端，与射频天线相连，其性能好坏决定了整个接收***的好坏，所以要求低噪声放大器有好的噪声性能，以及足够的增益从而抑制后面各模块的噪声。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种视视频前端电路及其低噪声放大器，用于射频前端，其自身拥有低的噪声系数，同时可提供足够的增益，以抑制后接模块的噪声。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种低噪声放大器，应用于射频前端，所述低噪声放大器包括第一MOS管、第二MOS管、第一偏置支路、第二偏置支路、信号输入电路、信号输出电路、并联反馈回路和上拉电感，其中：

所述第一偏置支路与所述第一MOS管的栅极电连接，用于向所述第一MOS管的栅极提供直流偏置电压；

所述第二偏置支路与所述第二MOS管的栅极电连接，用于向所述第二MOS管的栅极提供直流偏置电压；

所述信号输入电路的一端与所述第一MOS管的栅极信号连接、另一端用于接收外部输入的待放大的射频信号；

所述第一MOS管的源极接地、漏极与所述第二MOS管的源极电连接；

所述并联反馈回路的一端与所述第二MOS管的漏极电连接、另一端与所述第一MOS管的栅极电连接；

所述上拉电感的一端与所述第二MOS管的漏极电连接、另一端用于接收驱动电压；

所述信号输出电路的一端与所述第二MOS管的漏极信号连接、另一端用于向后续电路输出放大后的射频信号。

可选的，所述并联反馈回路包括串联连接的反馈电容和反馈电阻。

可选的，所述第一偏置支路包括第一电阻和第一电容，其中：

所述第一电阻的一端用于接收偏置电压、且与所述第一电容的一端电连接，所述第一电阻的另一端与所述第一MOS管的栅极电连接；

所述第一电容的另一地接地。

可选的，所述第二偏置支路包括第三电容，其中：

所述第三电容的一端用于接收偏置电压、且与所述第二MOS管的栅极电连接，所述第三电容的另一端接地。

可选的，所述信号输出电路包括第四电容，其中：

所述第四电容的一端与所述第二MOS管的漏极信号连接、另一用于输出经过放大的射频信号。

一种射频前端电路，设置有如上所述的低噪声放大器。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种射频前端及其低噪声放大器，包括第一MOS管、第二MOS管、第一偏置支路、第二偏置支路、信号输入电路、信号输出电路、并联反馈回路和上拉电感。第一偏置支路与第一MOS管的栅极电连接；第二偏置支路与第二MOS管的栅极电连接；信号输入电路的一端与第一MOS管的栅极信号连接、另一端用于接收射频信号；第一MOS管的源极接地、漏极与第二MOS管的源极电连接；并联反馈回路的一端与第二MOS管的漏极电连接、另一端与第一MOS管的栅极电连接；上拉电感的一端与第二MOS管的漏极电连接、另一端用于接收驱动电压；信号输出电路的一端与第二MOS管的漏极信号连接、用于输出放大后的射频信号。由于并联反馈电路的加入，可以使该低噪声放大器有效提升带宽和带内增益平坦度，改善了输入输出匹配，能够为射频前端电路提供足够的增益，以抑制后接模块的噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种实施例的结构图；

图2为本申请提供的另一种实施例结构图；

图3为本申请实施例的低噪声放大器的LNA增益VS频率的仿真效果图；

图4为本申请实施例的低噪声放大器的LNA噪声VS频率的仿真效果图；

图5为本申请实施例的低噪声放大器的LNA输入输出反射损耗VS频率的仿真效果图；

图6为本申请实施例的低噪声放大器的LNA稳定系数VS频率的仿真效果图；

图7为本申请实施例的低噪声放大器的LNA OIP3线性度VS频率的仿真效果图；

图8为本申请的低噪声放大器的实物在显微镜下的效果图；

图9为本申请的低噪声放大器的S参数测试的效果图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例的一种低噪声放大器的电路图。

如图1所示，本实施例提供的低噪声放大器应用于射频前端电路，用于为射频前端电路提供足够高的增益和低的噪声系数，该放大器包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第一偏置支路10、第二偏置支路20、信号输入电路30、信号输出电路40、并联反馈回路50和上拉电感Ld。

第一偏置支路与第一MOS管的栅极电连接，用于接收并向第一MOS管的栅极提供直流偏置电压；该第一偏置支路包括第一电阻R1和第一电容C1，如图2所示。第一电阻的一端用于接收偏置电压VB1、且与第一电容的一端电连接，第一电阻的另一端与第一MOS管的栅极电连接；第一电容的另一地接地。

第二偏置支路与第二MOS管的栅极电连接，用于向第二MOS管的栅极提供直流偏置电压；如图2所示，第二偏置支路包括第三电容C3，第三电容的一端用于接收偏置电压VB2、且与第二MOS管的栅极电连接，第三电容的另一端接地。

信号输入电路的一端与第一MOS管的栅极信号连接、另一端作为信号输入端RFin，用于接收外部输入的待放大的射频信号。如图2所示，该信号输入电路包括第二电容C2，该第二电容的一端用于作为该信号输入端，另一端与第一MOS管的栅极连接。

第一MOS管的源极接地、漏极与第二MOS管的源极电连接。

并联反馈回路的一端与第二MOS管的漏极电连接、另一端与第一MOS管的栅极电连接；如图2所示，该并联反馈电路包括反馈电容Cf和反馈电阻Rf，两者串联连接。其中该反馈电容起到隔离直流的作用，反馈电阻的大小决定了反馈电路的反馈深度。

上拉电感的一端与第二MOS管的漏极电连接、另一端用于接收驱动电压VDD。

信号输出电路的一端与第二MOS管的漏极信号连接、另一端用于向后续电路输出放大后的射频信号。如图2所示，该信号输出电路包括第四电容C4，第四电容的一端与第二MOS管的漏极信号连接、另一用于作为信号输出端RFout，用于向后续电路输出经过放大的射频信号。

该低噪声放大器在N41-N77频段噪声系数为0.5-0.9dB，输出三阶交调点29-32dBm增益24dB，输出1dB压缩点P1dB 17-20dBm。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种低噪声放大器，包括第一MOS管、第二MOS管、第一偏置支路、第二偏置支路、信号输入电路、信号输出电路、并联反馈回路和上拉电感。第一偏置支路与第一MOS管的栅极电连接；第二偏置支路与第二MOS管的栅极电连接；信号输入电路的一端与第一MOS管的栅极信号连接、另一端用于接收射频信号；第一MOS管的源极接地、漏极与第二MOS管的源极电连接；并联反馈回路的一端与第二MOS管的漏极电连接、另一端与第一MOS管的栅极电连接；上拉电感的一端与第二MOS管的漏极电连接、另一端用于接收驱动电压；信号输出电路的一端与第二MOS管的漏极信号连接、用于输出放大后的射频信号。由于并联反馈电路的加入，可以使该低噪声放大器有效提升带宽和带内增益平坦度，改善了输入输出匹配，能够为射频前端电路提供足够的增益，以抑制后接模块的噪声。

第一MOS管作为共源极用于把电压信号转换成电流，第二MOS管作为共栅极输入信号为电流，小信号电流流过Ld产生输出电压。上述电路构成Cascode结构，其具有高增益，隔离度好，线性度高，稳定性好的特点，另外Cascode结构可以降低结电容的米勒效应对带宽的影响。共源级旨在获得最佳的噪声系数，输入阻抗匹配，和目标电流下的最佳P1dB；共栅极旨在不影响其他性能指标的前提下获得较好的最佳IIP3、输出匹配和P1dB。

本实施例中的输入源级晶体管决定电路电流大小，在选择偏置时首先是让MOS管工作在饱和区，进而根据目标工作电流噪声系数改变偏置，cascode级的偏置对电流整体电路电流大小影响不大，可以首先确保共栅级晶体管工作在饱和区，然后根据后面线性度优化进行相应调整。

在匹配输入端时，首先在匹配时将输入阻抗匹配到50欧姆近确保电路的增益能够看到，其次协调噪声和增益，因为设计的是基站应用的低噪声放大器所以对噪声性能要求较高在折衷平衡时会确保噪声性能不受太多干扰。在选择choke电感时要根据电路工作的频率以及共栅级漏端电容的大小来确定，这个电感的Q对电路噪声大小影响不大在选取时可以折衷面积大小。反馈电阻大小决定了电路反馈系数的大小这里需要根据电路要求的增益大小和噪声大小以及匹配的好坏进行调整。

图3～7为本实施例的低噪声放大器的多个仿真效果图。图8为该低噪声放大器的实物在显微镜下的效果图，该效果图仅用于使本领域技术人员有个直观的印象，其清晰度对本技术方案没有影响。其中，图9为该低噪声放大器的噪声测试的效果图。

实施例二

本实施例还提供了一种射频前端电路，该射频前端电路设置有上一实施例中提供的低噪声放大器。该低噪声放大器包括第一MOS管、第二MOS管、第一偏置支路、第二偏置支路、信号输入电路、信号输出电路、并联反馈回路和上拉电感。第一偏置支路与第一MOS管的栅极电连接；第二偏置支路与第二MOS管的栅极电连接；信号输入电路的一端与第一MOS管的栅极信号连接、另一端用于接收射频信号；第一MOS管的源极接地、漏极与第二MOS管的源极电连接；并联反馈回路的一端与第二MOS管的漏极电连接、另一端与第一MOS管的栅极电连接；上拉电感的一端与第二MOS管的漏极电连接、另一端用于接收驱动电压；信号输出电路的一端与第二MOS管的漏极信号连接、用于输出放大后的射频信号。由于并联反馈电路的加入，可以使该低噪声放大器有效提升带宽和带内增益平坦度，改善了输入输出匹配，能够为射频前端电路提供足够的增益，以抑制后接模块的噪声。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种低噪声放大器，应用于射频前端，其特征在于，所述低噪声放大器包括第一MOS管、第二MOS管、第一偏置支路、第二偏置支路、信号输入电路、信号输出电路、并联反馈回路和上拉电感，其中：

所述第一偏置支路与所述第一MOS管的栅极电连接，用于向所述第一MOS管的栅极提供直流偏置电压；

所述第二偏置支路与所述第二MOS管的栅极电连接，用于向所述第二MOS管的栅极提供直流偏置电压；

所述信号输入电路的一端与所述第一MOS管的栅极信号连接、另一端用于接收外部输入的待放大的射频信号；

所述第一MOS管的源极接地、漏极与所述第二MOS管的源极电连接；

所述并联反馈回路的一端与所述第二MOS管的漏极电连接、另一端与所述第一MOS管的栅极电连接；

所述上拉电感的一端与所述第二MOS管的漏极电连接、另一端用于接收驱动电压；

所述信号输出电路的一端与所述第二MOS管的漏极信号连接、另一端用于向后续电路输出放大后的射频信号。

2.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述并联反馈回路包括串联连接的反馈电容和反馈电阻。

3.如权利要求1所述的低噪声放大电路，其特征在于，所述第一偏置支路包括第一电阻和第一电容，其中：

所述第一电阻的一端用于接收偏置电压、且与所述第一电容的一端电连接，所述第一电阻的另一端与所述第一MOS管的栅极电连接；

所述第一电容的另一地接地。

4.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第二偏置支路包括第三电容，其中：

所述第三电容的一端用于接收偏置电压、且与所述第二MOS管的栅极电连接，所述第三电容的另一端接地。

5.如权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述信号输出电路包括第四电容，其中：

所述第四电容的一端与所述第二MOS管的漏极信号连接、另一用于输出经过放大的射频信号。

6.一种射频前端电路，其特征在于，设置有如权利要求1～5任一项所述的低噪声放大器。

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