CN115333493B - 射频低噪声放大器电路及射频芯片 - Google Patents

射频低噪声放大器电路及射频芯片 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种射频低噪声放大器电路及射频芯片，包括依次连接的信号输入端、输入匹配电路、放大电路、输出匹配电路以及信号输出端，还包括与放大电路并联的增益调节电路，增益调节电路包括：第十晶体管、第十一晶体管、第十二晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电容；第十晶体管的源极、第十一晶体管的源极和第十二晶体管的源极相互连接并接地；第十晶体管的漏极与第一电阻的第一端连接，第十一晶体管的漏极与第二电阻的第一端连接，第十二晶体管的漏极与第三电阻的第一端连接；第一电阻的第二端、第二电阻的第二端以及第三电阻的第二端皆连接至第四电容的第一端。本发明的射频低噪声放大器电路及芯片增益灵活可调，安全性高。

Description

射频低噪声放大器电路及射频芯片
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种射频低噪声放大器电路及射频芯片。
背景技术
随着人类进入信息化时代，无线通信技术有了飞速发展，从手机，无线局域网，蓝牙等已成为社会生活和发展不可或缺的一部分。无线通信技术的进步离不开射频电路和微波技术的发展。目前，在无线收发***中，射频放大器是重要的组成部分之一。
现有的射频低噪声放大器为固定增益，射频接收链路的增益靠后级可变增益放大器进行调节，以适配不同功率大小的输入信号。5G新空***频***平台需求位于最前端的低噪声放大器也要实现增益可调节，以达到更宽的输入动态范围，同时可以降低后级中频放大电路的复杂度。
然而，现有技术的射频低噪声放大器电路的增益调节效果差，适配率低，适应范围小。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明提出一种增益灵活可调、回波损耗小、安全性高的射频低噪声放大器电路及射频芯片，以解决上述技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种射频低噪声放大器电路，包括依次连接的信号输入端、输入匹配电路、放大电路、输出匹配电路以及信号输出端，还包括与所述放大电路并联的增益调节电路，所述增益调节电路包括：
第十晶体管、第十一晶体管、第十二晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电容；
所述第十晶体管的源极、所述第十一晶体管的源极和所述第十二晶体管的源极相互连接并接地；所述第十晶体管的漏极与所述第一电阻的第一端连接，所述第十一晶体管的漏极与所述第二电阻的第一端连接，所述第十二晶体管的漏极与所述第三电阻的第一端连接；
所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端以及所述第三电阻的第二端皆连接至所述第四电容的第一端；所述第四电容的第二端作为所述增益调节电路的输入端连接至所述放大电路。
优选的，所述放大电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管；
所述第一晶体管的源极、所述第二晶体管的源极和所述第三晶体管的源极相互连接形成共源输入结构并连接至所述输入匹配电路，所述第一晶体管的漏极、所述第二晶体管的漏极和所述第三晶体管的漏极分别连接至所述第四晶体管的源极、所述第五晶体管的源极和所述第六晶体管的源极，所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极和所述第三晶体管的栅极相互连接并连接至所述输入匹配电路；
所述第四晶体管的漏极、所述第五晶体管的漏极和所述第六晶体管的漏极相互连接后分别连接至所述输出匹配电路的输入端和所述增益调节电路的输入端。
优选的，所述放大电路还包括第七晶体管，所述第七晶体管的源极分别与所述第四晶体管的漏极连接，所述第七晶体管的漏极连接至所述输出匹配电路的输入端。
优选的，所述输出匹配电路包括第一电感、第一电容及第二电容；
所述第一电感的第一端连接至电源电压，所述第一电感的第二端作为所述输出匹配电路的输入端连接至所述第七晶体管的漏极；
所述第一电容与所述第一电感并联；
所述第二电容的第一端连接至所述第一电感的第二端，所述第二电容的第二端连接至所述信号输出端。
优选的，所述输入匹配电路包括第一输入匹配网络和第二输入匹配网络，所述第一输入匹配网络的输入端与所述信号输入端连接，所述第一输入匹配网络的输出端与所述第一晶体管的栅极连接；所述第二输入匹配网络的输出端接地，所述第二输入匹配网络的输入端与所述第一晶体管的源极连接。
优选的，所述第一输入匹配网络包括第二电感和第三电容，所述第二电感的第一端作为所述第一输入匹配网络的输入端与所述信号输入端连接，所述第二电感的第二端与所述第三电容的第一端连接，所述第三电容的第二端与所述第一晶体管的栅极连接。
优选的，所述第二输入匹配网络包括第八晶体管、第九晶体管、第三电感和第四电感；所述第八晶体管的源极和所述第九晶体管的源极相互连接并接地，所述第九晶体管的漏极与所述第三电感的第一端连接，所述第八晶体管的漏极与所述第三电感的第二端连接，所述第四电感的第一端连接至所述第三电感的第二端，所述第四电感的第二端与所述第二晶体管的源极连接。
优选的，所述第三电感和所述第四电感串联形成所述第二晶体管的源极电感。
第二方面，本发明实施例还提供一种射频芯片，包括上述的射频低噪声放大器电路。
与相关技术相比，本发明的实施例中，通过输入匹配电路将信号输入端输入的输入信号输入到放大电路，通过放大电路将输入信号进行放大到输出匹配电路，通过输出匹配电路将放大电路输出的放大信号进行输出；通过增益调节电路的端与放大电路的另一端连接，用于将放大信号进行增益调节，增益调节电路的另一端接地；通过将增益调节电路的所述第十晶体管的源极、所述第十一晶体管的源极和所述第十二晶体管的源极相互连接并接地；所述第十晶体管的漏极与所述第一电阻的第一端连接，所述第十一晶体管的漏极与所述第二电阻的第一端连接，所述第十二晶体管的漏极与所述第三电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端以及所述第三电阻的第二端皆连接至所述第四电容的第一端；所述第四电容的第二端作为所述增益调节电路的输入端连接至所述放大电路。通过放大电路对输入信号进行放大，使得其总电流越大，增益越高，通过增益调节电路的第十晶体管、第十一晶体管、第十二晶体管分别和第一电阻、第二电阻、第三电阻组成衰减支路，使得导通支路越多，增益越低，这样使得射频低噪声放大器电路增益可调，可以实现增益大小的配置调节，以适配不同功率大小的射频输入信号。
附图说明
下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：
图1为本发明实施例中射频低噪声放大器电路的模块图；
图2为本发明实施例中射频低噪声放大器电路的结构示意图。
其中，100、射频低噪声放大器电路，1、信号输入端，2、输入匹配电路，21、第一输入匹配网络，22、第二输入匹配网络，3、放大电路，4、输出匹配电路，5、增益调节电路，6、信号输出端。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1-2所示，本发明实施例提供的一种射频低噪声放大器电路100，包括依次连接的信号输入端1、输入匹配电路2、放大电路3、输出匹配电路4、增益调节电路5以及信号输出端6。
信号输入端1用于连接单端的输入信号；
所述输入匹配电路2的一端与所述信号输入端1连接，用于将所述输入信号进行匹配输出。输入匹配电路2将接收的输入信号进行匹配处理后得到匹配信号，将匹配信号发送到放大电路3的一端。
所述放大电路3的一端与所述输入匹配电路2的另一端串联，用于将所述输入信号进行放大。将输入匹配电路2输出的匹配信号进行放大处理，从而使得芯片的增益升高。
所述输出匹配电路4的一端与所述放大电路3的另一端连接，用于将所述放大电路3输出的放大信号进行输出。
所述增益调节电路5的一端与所述放大电路3的另一端连接，用于将所述放大信号进行增益衰减调节，所述增益调节电路5的另一端接地。通过与射频放大电的另一端连接，将输出的放大信号进行衰减，使得增益降低，这样能便于调节芯片的增益大小。
所述信号输出端6与所述输出匹配电路4的另一端连接，用于输出信号。
具体的，通过所述输入匹配电路2将信号输入端1输入的所述输入信号进行匹配输出到放大电路3，通过所述放大电路3将所述输入信号进行放大到输出匹配电路4，通过所述输出匹配电路4的一端与所述放大电路3的另一端连接，用于将所述放大电路3输出的放大信号进行输出；通过所述增益调节电路5的端与所述放大电路3的另一端连接，用于将所述放大信号进行增益调节，所述增益调节电路5的另一端接地；所述信号输出端6与所述输出匹配电路4的另一端连接，用于输出信号。通过放大电路3对输入信号进行放大，使得其总电流越大，增益越高，通过增益调节电路5对放大电路3形成衰减支路，使得增益越低，这样使得射频低噪声放大器电路100增益可调，可以实现增益大小的配置调节，以适配不同功率大小的射频输入信号。
在本实施例中，所述增益调节电路5包括第十晶体管M10、第十一晶体管M11、第十二晶体管M12、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电容C4，所述第十晶体管M10的漏极与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第十一晶体管M11的漏极与第二电阻R2的第一端连接，所述第十二晶体管M12的漏极与第三电阻R3的第一端连接，所述第十晶体管M10的源极、所述第十一晶体管M11的源极和所述第十二晶体管M12的源极相互连接并接地，所述第一电阻R1的第二端、所述第二电阻R2的第二端和所述第三电阻R3的第二端皆连接至所述第四电容C4的第一端，所述第四电容C4的第二端作为所述增益调节电路5的输入端连接放大电路3。通过将第十晶体管M10、第十一晶体管M11、第十二晶体管M12的栅极连接数字控制逻辑电路，可以有效控制第十晶体管M10、第十一晶体管M11、第十二晶体管M12的导通或截止，进而控制增益的大小，控制效果良好。
具体的，通过将第四电容C4的第二端连接第七晶体管M7的源极，第四电容C4的第二端通过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3分别与第十晶体管M10、第十一晶体管M11、第十二晶体管M12串联接地，当第十晶体管M10、第十一晶体管M11、第十二晶体管M12导通时，会有一部分小信号电流旁路到接地，可以实现增益的降低调节。这样通过对放大管数目、电感感值、电阻阻值的切变，实现增益调节。
在本实施例中，所述放大电路3包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5和第六晶体管M6。所述第一晶体管M1的源极、所述第二晶体管M2的源极和所述第三晶体管M3的源极相互连接形成共源输入结构并连接至所述输入匹配电路2，所述第一晶体管M1的漏极、所述第二晶体管M2的漏极和所述第三晶体管M3的漏极分别连接至所述第四晶体管M4的源极、所述第五晶体管M5的源极和所述第六晶体管M6的源极串联，所述第一晶体管M1的栅极、所述第二晶体管M2的栅极和所述第三晶体管M3的栅极相互连接并连接至所述输入匹配电路2，所述第四晶体管M4的漏极、所述第五晶体管M5的漏极和所述第六晶体管M6的漏极连接后分别与所述输出匹配电路4的输入端和所述增益调节电路5的输入端连接。
其中，第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3均为输入共源放大晶体管，第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3分别受第四晶体管M4、第五晶体管M5和第六晶体管M6控制，从而实现放大支路的调节。
具体的，通过输入匹配电路2输出的输入信号到第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3的栅极连接，通过第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3进行3导通支路信号放大，利用分别与第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3连接的第四晶体管M4、第五晶体管M5和第六晶体管M6进行分别控制放大，使得导通支路越多，放大器总电流越大，增益越高。
可选的，上述的导通支路不仅仅是3支路，还可以是单支路，2支路，4支路等，支路越多，放大器总电流越大，增益越高。具体可根据实际情况进行选择，这里不再一一描述。
在本实施例中，所述放大电路3还包括第七晶体管M7，所述第七晶体管M7的源极分别与所述第四晶体管M4的漏极、所述第五晶体管M5的漏极和所述第六晶体管M6的漏极连接，所述第七晶体管M7的漏极连接至所述输出匹配电路4的输入端。
其中，第七晶体管M7为共栅组态放大管，通过将所述第七晶体管M7的源极分别与所述第四晶体管M4的漏极、所述第五晶体管M5的漏极和所述第六晶体管M6的漏极连接，所述第七晶体管M7的漏极与所述输出匹配电路4的一端连接，从而起到分压和输入输出隔离作用，安全性高。
在本实施例中，所述输出匹配电路4包括第一电感Ld、与所述第一电感Ld并联的第一电容C1及第二电容C2，所述第一电感Ld和所述第一电容C1并联后的第二端连接电源电压VDD，所述第一电感Ld和所述第一电容C1的一端与所述第七晶体管M7的漏极连接，所述第二电容C2的第一端与所述第一电容C1的第一端连接，所述第二电容C2的第二端与所述信号输出端6连接。
其中，第一电感Ld为扼流电感，用于滤波、振荡、稳定电流和抑制电磁波干扰的作用。通过将第一电感Ld和第一电容C1组成LC滤波电路，起到滤波和抗干扰的效果。
可选的，输出匹配电路4用于将放大器的输出阻抗匹配到和负载一致的50欧姆，抗干扰性能强。
具体的，通过第七晶体管M7将放大信号传输到第一电感Ld和第一电容C1的第一端上，通过第一电感Ld和第一电容C1并联，使得第一电感Ld和第一电容C1的谐振在工作频段上，可以起到选频的作用。利用第二电容C2将输出的直流信号隔断，起到隔直的效果。
在本实施例中，所述输入匹配电路2包括第一输入匹配网络21和第二输入匹配网络22，所述第一输入匹配网络21的输入端与所述信号输入端1连接，所述第一输入匹配网络21的输出端与所述第一晶体管M1的栅极连接，所述第二输入匹配网络22的输出端接地，所述第二输入匹配网络22的输入端与所述第一晶体管M1的源极连接。通过第一输入匹配网络21进行输入信号匹配到放大电路3，通过第二输入匹配网络22用于控制第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3的源极切换，增益档位切换方便。
在本实施例中，所述第一输入匹配网络21包括第二电感Lg和与所述第二电感Lg串联的第三电容C3，所述第二电感Lg的第一端作为所述第一输入匹配网络21的输入端与所述信号输入端1连接，所述第二电感Lg的第二端与所述第三电容C3的第一端连接，所述第三电容C3的第二端与所述第一晶体管M1的栅极连接。通过信号输入端1将输入信号输入到第二电感Lg，通过第二电感Lg输出到第三电容C3将直流信号隔离，将交流信号输出到第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3的栅极，通过第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3将输入信号进行放大，分别从第四晶体管M4、第五晶体管M5和第六晶体管M6进行输出到输出匹配电路4。同时，将第二电感Lg和第一晶体管M1的栅极的第三电容串联，使得第一输入匹配网络21谐振在工作频点，实现放大器的低噪音输入匹配。
在本实施例中，所述第二输入匹配网络22包括第八晶体管M8、第九晶体管M9、第三电感Ls1和第四电感Ls0，所述第八晶体管M8的源极和所述第九晶体管M9的源极相互连接并接地，所述第九晶体管M9的漏极与所述第三电感Ls1的第一端连接，所述第八晶体管M8的漏极与所述第三电感Ls1的第二端连接后与所述第四电感Ls0的第一端连接，所述第四电感Ls0的第二端与所述第二晶体管M2的源极连接。
在本实施例中，第四电感Ls0和第三电感Ls1为源极电感。
具体的，第四电感Ls0和第三电感Ls1为源极电感，其为输入匹配提供一个实部阻抗。当在高增益挡位时候，第八晶体管M8导通，第九晶体管M9关闭，只有第四电感Ls0起作用。在低增益挡位时候，第八晶体管M8关闭，第九晶体管M9导通，源极总电感为第四电感Ls0和第三电感Ls1相串联总感值，即实现了降低增益作用，又补偿了低增益挡位状态下晶体管跨导降低造成的输入阻抗实部减小，实现了低增益挡位也能有比较好的输入回波损耗性能。增益档位灵活可调，同时满足在各个增益挡位下，输入输出回波损耗没有恶化，安全性高。
实施例二
本发明实施例还提供一种射频芯片，包括上述实施例一的射频低噪声放大器电路100。通过上述的射频低噪声放大器电路100，使得芯片能够实现增益大小的配置调节，以适配不同功率大小的射频输入信号。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (7)

1.一种射频低噪声放大器电路，包括依次连接的信号输入端、输入匹配电路、放大电路、输出匹配电路以及信号输出端，其特征在于，还包括与所述放大电路串联的增益调节电路，所述增益调节电路包括：
第十晶体管、第十一晶体管、第十二晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电容；
所述第十晶体管的源极、所述第十一晶体管的源极和所述第十二晶体管的源极相互连接并接地；所述第十晶体管的漏极与所述第一电阻的第一端连接，所述第十一晶体管的漏极与所述第二电阻的第一端连接，所述第十二晶体管的漏极与所述第三电阻的第一端连接；所述第十晶体管的栅极、所述第十一晶体管的栅极及所述第十二晶体管的栅极分别连接数字控制逻辑电路；
所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端以及所述第三电阻的第二端皆连接至所述第四电容的第一端；所述第四电容的第二端作为所述增益调节电路的输入端连接至所述放大电路；
所述输入匹配电路包括第一输入匹配网络和第二输入匹配网络，所述第一输入匹配网络的输入端与所述信号输入端连接，所述第二输入匹配网络的输出端接地；
所述放大电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管；
所述第一晶体管的源极、所述第二晶体管的源极和所述第三晶体管的源极相互连接形成共源输入结构并连接至所述第二输入匹配网络的输入端，所述第一晶体管的漏极、所述第二晶体管的漏极和所述第三晶体管的漏极分别连接至所述第四晶体管的源极、所述第五晶体管的源极和所述第六晶体管的源极，所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极和所述第三晶体管的栅极相互连接并连接至所述第一输入匹配网络的输出端；
所述第四晶体管的漏极、所述第五晶体管的漏极和所述第六晶体管的漏极相互连接后分别连接至所述输出匹配电路的输入端和所述增益调节电路的输入端。
2.根据权利要求1所述的射频低噪声放大器电路，其特征在于，所述放大电路还包括第七晶体管，所述第七晶体管的源极分别与所述第四晶体管的漏极连接，所述第七晶体管的漏极连接至所述输出匹配电路的输入端。
3.根据权利要求2所述的射频低噪声放大器电路，其特征在于，所述输出匹配电路包括第一电感、第一电容及第二电容；
所述第一电感的第一端连接至电源电压，所述第一电感的第二端作为所述输出匹配电路的输入端连接至所述第七晶体管的漏极；
所述第一电容与所述第一电感并联；
所述第二电容的第一端连接至所述第一电感的第二端，所述第二电容的第二端连接至所述信号输出端。
4.根据权利要求1所述的射频低噪声放大器电路，其特征在于，所述第一输入匹配网络包括第二电感和第三电容，所述第二电感的第一端作为所述第一输入匹配网络的输入端与所述信号输入端连接，所述第二电感的第二端与所述第三电容的第一端连接，所述第三电容的第二端与所述第一晶体管的栅极连接。
5.根据权利要求1所述的射频低噪声放大器电路，其特征在于，所述第二输入匹配网络包括第八晶体管、第九晶体管、第三电感和第四电感；所述第八晶体管的源极和所述第九晶体管的源极相互连接并接地，所述第九晶体管的漏极与所述第三电感的第一端连接，所述第八晶体管的漏极与所述第三电感的第二端连接，所述第四电感的第一端连接至所述第三电感的第二端，所述第四电感的第二端与所述第二晶体管的源极连接。
6.根据权利要求5所述的射频低噪声放大器电路，其特征在于，所述第三电感和所述第四电感串联形成所述第二晶体管的源极电感。
7.一种射频芯片，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的射频低噪声放大器电路。
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