一種具有頻段切換功能的低噪聲放大器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種具有頻段切換功能的低噪聲放大器，屬于集成電路設(shè)計領(lǐng)域，采用并聯(lián)兩支路來增加版圖中聯(lián)線的寬度的同時，在兩支路之間引入電容，從而實現(xiàn)不同頻段之間匹配的切換。在兩支路中分別引入開關(guān)控制的電容，從而實現(xiàn)工作頻率點的切換?，F(xiàn)有多頻段低噪聲放大器每個頻段都需要輸入匹配和輸出匹配各一個，而每個匹配都需要單獨的電感和電容，這樣在設(shè)計上就增加了芯片面積的成本，本方案可以有效的降低芯片面積。本實用新型由于采用切換電容的方法來切換頻段，因此在保持較性能的同時大大降低了面積，同時輸入輸出匹配方法也大大降低了面積。
【專利說明】
一種具有頻段切換功能的低噪聲放大器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及集成電路設(shè)計領(lǐng)域，具體的來說是涉及一種具有頻段切換功能的低噪聲放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]低噪聲放大器(LNA，Low Noise Amplifier)—般用作射頻接收機的前端，是必不可少的一個部分。由于其應(yīng)用環(huán)境一般是無線通訊或者GPS定位導(dǎo)航，這些信號都是很微弱的，因此需要其降低自身噪聲對信號的干擾，提高輸出信噪比。在具體設(shè)計中就要求降低電路的噪聲系數(shù)(NF)同時盡可能的提高功率增益，此外還要考慮輸入輸出匹配、線性度等其他指標(biāo)，這樣才能保證整個接收機具有良好的質(zhì)量。隨著無線通信的快速發(fā)展，對低噪聲放大器的要求也越來越高，除了性能方面外，現(xiàn)在越來越多的是往多頻段發(fā)展，怎樣適應(yīng)多頻段的低噪聲放大器成為研究的主要方向。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型需要解決的是低噪聲放大器實現(xiàn)頻段切換，并且在不影響性能的情況下，盡量減少低噪聲放大器所占用的面積的問題，提供一種具有頻段切換功能的低噪聲放大器。
[0004]本實用新型通過以下技術(shù)方案解決上述問題:
[0005]—種具有頻段切換功能的低噪聲放大器，包括輸入級電路、偏置電路、第一放大器、第一中間級電路、第二放大器和輸出級電路；
[0006]輸入級電路的輸入端接輸入信號，輸出端接第一放大器的輸入端;第一放大器的輸出端經(jīng)第一中間級電路與第二放大器連接;第二放大器的輸出端與輸出級電路的輸入端連接;偏置電路的輸出端分別與第一放大器、和第二放大器連接。
[0007]為了達到兩個頻段匹配，上述方案中，優(yōu)選的是輸入級電路包括第一電容Cl、第一電感L1、第一晶體管Ml、第二晶體管M2和第二電容C2;所述第一電容Cl一端接輸入信號，另一端接第一電感LI的一端;第一電感LI另一端分別連接第一晶體管Ml和第二晶體管M2的漏極連接，且與第一放大器連接;第一晶體管Ml的源極經(jīng)第二電容C2與第一放大器連接;第二晶體管M2直接與第一放大器相連接;從而減少了匹配電感的數(shù)量，從而減小整個芯片的面積。
[0008]上述方案中，優(yōu)選的是偏置電路包括第一電阻Rl、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第三晶體管M3;第一電阻Rl—端與電源相連接，另一端分別與第二電阻R2和第三電阻R3的一端連接;第二電阻R2的另一端與第二放大器連接;第三電阻R3的另一端分別連接到第三晶體管M3的漏極和柵極及第四電阻R4的一端;第四電阻R4的另一端經(jīng)第五電阻R5與輸入級電路連接。
[0009]上述方案中，優(yōu)選的是第一放大器包括第四晶體管M4、第五晶體管M5、第二電感L2;第四晶體管M4的柵極與輸入級電路的第一電感LI的一端連接，源極經(jīng)第二電感L2接地，漏極與第一中間電路連接;第五晶體管M5的柵極與輸入級電路的第二電容C2的一端以及輸入級電路的第二晶體管M2的源極相連接，其源極接地，漏極與第一中間電路連接。
[0010]上述方案中，優(yōu)選的是第二放大器包括第十晶體管M10，第十一晶體管Mil;第十晶體管M1的源極與第一中間級電路相連接，漏極與輸出級電路連接，柵極分別與偏置電路的第二電阻R2—端和第一中間級電路連接;第十一晶體管Mll的源極與第一中間級電路連接，漏極與輸出級電路連接，柵極分別與偏置電路的第二電阻R2—端和第一中間級電路連接。[0011 ] 上述方案中，優(yōu)選的是輸出級電路包括第六電阻R6、第七電阻R7、第^^一電容Cl 1、第十二電容C12;第六電阻R6—端與第二放大器的第十晶體管MlO漏極連接，另一端接高電平;第七電阻R7—端與第二放大器105的第十一晶體管Mll漏極相連接，另一端接高電平;第i^一電容Cl I一端與第二放大器的第十晶體管MlO漏極相連，另一端接輸出接口 ；第十二電容C12—端與第二放大器的第十一晶體管Mll漏極相連接，另一端接輸出接口。
[0012]為了大大減少了芯片面積，上述方案中，優(yōu)選的是第一中間級電路包括第三電感L3、第四電感L4、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、第七電容C7、第八電容C8、第九電容C9、第十電容Cl O、第六晶體管M6、第七晶體管M7、第八晶體管M8和第九晶體管M9;第三電感L3的一端連接到第一放大器的第四晶體管M4的漏極，另一端連接到第二放大器的第十晶體管MlO的源極;第四電感L4的一端連接到第一放大器的第五晶體管M5的漏極，另一端連接到第二放大器的第i^一晶體管Ml I的源極;第三電容C3的一端接第三電感L3的一端，另一端接地；第四電容C4的一端接第三電感L3的一端，另一端接第六晶體管M6的源極;第六晶體管M6的漏極接第三電感L3的一端;第五電容C5的一端接第三電感L3的一端，另一端接第七晶體管M7的源極;第七晶體管M7的漏極接第三電感L3的另一端;第六電容C6的一端接第三電感L3的一端，另一端接第二放大器的第十晶體管MlO的柵極;第七電容C7的一端接第四電感L4的一端，另一端接第二放大器的第十晶體管MlO的柵極;第八電容C8的一端接第四電感L4的一端，另一端接第八晶體管M8的源極;第八晶體管M8的漏極接第四電感L4的另一端;第九電容C9的一端接第四電感L4的一端，另一端接第九晶體管M9的源極;第九晶體管M9的漏極接第四電感L4的另一端;第十電容ClO的一端接第四電感L4的一端，另一端接地。
[0013]本實用新型的優(yōu)點與效果是:
[0014]1、本實用新型采用并聯(lián)兩支路來增加版圖中聯(lián)線的寬度的同時，在兩支路之間引入電容，從而實現(xiàn)不同頻段之間匹配的切換；
[0015]2、進一步的，在輸入級電路的輸入端分別用兩個開關(guān)管Ml和M2控制電容的大小，可以達到匹配，從而減少了匹配電感的數(shù)量，從而減小整個芯片的面積
[0016]3、本實用新型在第一中間級電路通過開關(guān)管M6、M7、M8和M9改變電容的大小來達到要求的工作頻率，從而大大減少了芯片面積。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2為本實用新型電路原理圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合實施例對本實用新型作進一步說明。
[0020]—種具有頻段切換功能的低噪聲放大器，如圖1所示，包括輸入級電路、偏置電路、第一放大器、第一中間級電路、第二放大器和輸出級電路。
[0021]輸入級電路的輸入端接輸入信號，輸出端接第一放大器的輸入端;第一放大器的輸出端經(jīng)第一中間級電路與第二放大器連接;第二放大器的輸出端與輸出級電路的輸入端連接;偏置電路的輸出端分別與第一放大器、和第二放大器連接;低噪聲放大器可以應(yīng)用于射頻接收機中，如GPS和北斗雙系統(tǒng)的接收機中。
[0022]在具體電路中，輸入級電路包括第一電容Cl、第一電感L1、第一晶體管Ml、第二晶體管M2和第二電容C2 ο第一電容Cl一端接輸入信號，另一端接第一電感LI的一端;第一電感LI另一端分別連接第一晶體管Ml和第二晶體管M2的漏極連接，且與第一放大器連接;第一晶體管Ml的源極經(jīng)第二電容C2與第一放大器連接；第二晶體管M2直接與第一放大器相連接。輸入級電路的輸入端為了達到兩個頻段匹配，分別用兩個開關(guān)管Ml和M2控制電容的大小，以達到匹配。這樣減少了匹配電感的數(shù)量，從而減小整個芯片的面積。
[0023]偏置電路包括第一電阻Rl、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第三晶體管M3;第一電阻Rl—端與電源相連接，另一端分別與第二電阻R2和第三電阻R3的一端連接;第二電阻R2的另一端與第二放大器連接;第三電阻R3的另一端分別連接到第三晶體管M3的漏極和柵極及第四電阻R4的一端;第四電阻R4的另一端經(jīng)第五電阻R5與輸入級電路連接。
[0024]第一放大器包括第四晶體管M4、第五晶體管M5、第二電感L2;第四晶體管M4的柵極與輸入級電路的第一電感LI的一端連接，源極經(jīng)第二電感L2接地，漏極與第一中間電路連接;第五晶體管M5的柵極與輸入級電路的第二電容C2的一端以及輸入級電路的第二晶體管M2的源極相連接，其源極接地，漏極與第一中間電路連接。
[0025]第二放大器包括第十晶體管MlO，第^^一晶體管MlI;第十晶體管MlO的源極與第一中間級電路相連接，漏極與輸出級電路連接，柵極分別與偏置電路的第二電阻R2—端和第一中間級電路連接;第十一晶體管Mll的源極與第一中間級電路連接，漏極與輸出級電路連接，柵極分別與偏置電路的第二電阻R2—端和第一中間級電路連接。
[0026]輸出級電路包括第六電阻R6、第七電阻R7、第^^一電容Cl 1、第十二電容C12;第六電阻R6—端與第二放大器的第十晶體管MlO漏極連接，另一端接高電平;第七電阻R7—端與第二放大器105的第^^一晶體管Ml I漏極相連接，另一端接高電平;第^^一電容Cl I一端與第二放大器的第十晶體管MlO漏極相連，另一端接輸出接口 ；第十二電容C12—端與第二放大器的第十一晶體管Mll漏極相連接，另一端接輸出接口。
[0027]第一中間級電路包括第三電感L3、第四電感L4、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、第七電容C7、第八電容C8、第九電容C9、第十電容C10、第六晶體管M6、第七晶體管M7、第八晶體管M8和第九晶體管M9;第三電感L3的一端連接到第一放大器的第四晶體管M4的漏極，另一端連接到第二放大器的第十晶體管MlO的源極;第四電感L4的一端連接到第一放大器的第五晶體管M5的漏極，另一端連接到第二放大器的第十一晶體管Mll的源極;第三電容C3的一端接第三電感L3的一端，另一端接地;第四電容C4的一端接第三電感L3的一端，另一端接第六晶體管M6的源極;第六晶體管M6的漏極接第三電感L3的一端;第五電容C5的一端接第三電感L3的一端，另一端接第七晶體管M7的源極;第七晶體管M7的漏極接第三電感L3的另一端;第六電容C6的一端接第三電感L3的一端，另一端接第二放大器的第十晶體管MlO的柵極;第七電容C7的一端接第四電感L4的一端，另一端接第二放大器的第十晶體管MlO的柵極;第八電容C8的一端接第四電感L4的一端，另一端接第八晶體管M8的源極;第八晶體管M8的漏極接第四電感L4的另一端;第九電容C9的一端接第四電感L4的一端，另一端接第九晶體管M9的源極;第九晶體管M9的漏極接第四電感L4的另一端；第十電容Cl O的一端接第四電感L4的一端，另一端接地。
[0028]以上所有用到的晶體管襯底級都接地。
[0029]本實用新型的工作過程:
[0030]輸入信號從輸入級電路輸入，其中第一電容CI起到隔直流的作用，第一電感LI和第二電感L2對輸入進行匹配。偏置電路為每一級晶體管提供偏置電壓。然后信號經(jīng)過第一放大器的第四晶體管M4和第五晶體管M5完成信號放大;第一中間級電路通過第三電感L3與第四電容C4或第五電容C5的組合;第四電感L4與第八電容C8或第九電容C9的組合，將工作頻率分別固定在不同工作頻率。第三電容C3和第十電容Cl O分別接地，以提供第二放大器的交流地。然后信號經(jīng)過第二放大器的第十晶體管MlO和第十一晶體管Mll完成二次放大；最后經(jīng)過輸出級電路輸出，其中電阻R6和R7完成輸出匹配。
[0031]當(dāng)工作在第一頻段時，輸入級電路的第一晶體管Ml的柵極不接電壓;第二晶體管M2的柵極接高電平;第一中間級電路的第六晶體管M6和第八晶體管M8的柵極接高電平;第七晶體管M7和第九晶體管M9的柵極不接電壓。此時輸入匹配和輸出匹配都匹配到第一工作頻段，并且工作頻率點也匹配到第一頻段，低噪聲放大器在這一頻段正常工作。
[0032]當(dāng)工作在第二頻段時，輸入級電路的第一晶體管Ml的柵極接高電平;第二晶體管M2的柵極不接電壓;第一中間級電路的第六晶體管M6和第八晶體管M8的柵極不接電壓;第七晶體管M7和第九晶體管M9的柵極接高電平。此時輸入匹配和輸出匹配都匹配到第二工作頻段，并且工作頻率點也匹配到第二頻段，低噪聲放大器在這一頻段正常工作。
[0033]現(xiàn)有多頻段低噪聲放大器每個頻段都需要輸入匹配和輸出匹配各一個，而每個匹配都需要單獨的電感和電容，這樣在設(shè)計上就增加了芯片面積的成本，本方案可以有效的降低芯片面積。
[0034]本實用新型由于采用切換電容的方法來切換頻段，因此在保持較性能的同時大大降低了面積，同時輸入輸出匹配方法也大大降低了面積?？梢詮V泛的應(yīng)用于多頻段接收機中。并且采用并聯(lián)兩支路來增加版圖中聯(lián)線的寬度的同時，在兩支路之間引入電容，從而實現(xiàn)不同頻段之間匹配的切換。在兩支路中分別引入開關(guān)控制的電容，從而實現(xiàn)工作頻率點的切換?，F(xiàn)有多頻段低噪聲放大器每個頻段都需要輸入匹配和輸出匹配各一個，而每個匹配都需要單獨的電感和電容，這樣在設(shè)計上就增加了芯片面積的成本，本方案可以有效的降低芯片面積。本發(fā)明專利由于采用切換電容的方法來切換頻段，因此在保持較性能的同時大大降低了面積，同時輸入輸出匹配方法也大大降低了面積。
[0035]以上已對本實用新型創(chuàng)造的較佳實施例進行了具體說明，但本實用新型并不限于實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實用新型創(chuàng)造精神的前提下還可以作出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種具有頻段切換功能的低噪聲放大器，其特征在于:包括輸入級電路、偏置電路、第一放大器、第一中間級電路、第二放大器和輸出級電路； 輸入級電路的輸入端接輸入信號，輸出端接第一放大器的輸入端；第一放大器的輸出端經(jīng)第一中間級電路與第二放大器連接;第二放大器的輸出端與輸出級電路的輸入端連接;偏置電路的輸出端分別與第一放大器、和第二放大器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有頻段切換功能的低噪聲放大器，其特征在于:所述輸入級電路包括第一電容Cl、第一電感L1、第一晶體管Ml、第二晶體管M2和第二電容C2;所述第一電容Cl一端接輸入信號，另一端接第一電感LI的一端;第一電感LI另一端分別連接第一晶體管Ml和第二晶體管M2的漏極連接，且與第一放大器連接;第一晶體管Ml的源極經(jīng)第二電容C2與第一放大器連接;第二晶體管M2直接與第一放大器相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有頻段切換功能的低噪聲放大器，其特征在于:所述偏置電路包括第一電阻Rl、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第三晶體管M3;第一電阻Rl—端與電源相連接，另一端分別與第二電阻R2和第三電阻R3的一端連接;第二電阻R2的另一端與第二放大器連接;第三電阻R3的另一端分別連接到第三晶體管M3的漏極和柵極及第四電阻R4的一端;第四電阻R4的另一端經(jīng)第五電阻R5與輸入級電路連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有頻段切換功能的低噪聲放大器，其特征在于:所述第一放大器包括第四晶體管M4、第五晶體管M5、第二電感L2;第四晶體管M4的柵極與輸入級電路的第一電感LI的一端連接，源極經(jīng)第二電感L2接地，漏極與第一中間電路連接;第五晶體管M5的柵極與輸入級電路的第二電容C2的一端以及輸入級電路的第二晶體管M2的源極相連接，其源極接地，漏極與第一中間電路連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有頻段切換功能的低噪聲放大器，其特征在于:所述第二放大器包括第十晶體管MlO，第^^一晶體管Ml I;第十晶體管MlO的源極與第一中間級電路相連接，漏極與輸出級電路連接，柵極分別與偏置電路的第二電阻R2—端和第一中間級電路連接;第十一晶體管Mll的源極與第一中間級電路連接，漏極與輸出級電路連接，柵極分別與偏置電路的第二電阻R2—端和第一中間級電路連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有頻段切換功能的低噪聲放大器，其特征在于:所述輸出級電路包括第六電阻R6、第七電阻R7、第^^一電容C11、第十二電容C12;第六電阻R6—端與第二放大器的第十晶體管MlO漏極連接，另一端接高電平;第七電阻R7—端與第二放大器105的第^^一晶體管Mll漏極相連接，另一端接高電平;第^^一電容Cll 一端與第二放大器的第十晶體管MlO漏極相連，另一端接輸出接口；第十二電容C12—端與第二放大器的第^^一晶體管MlI漏極相連接，另一端接輸出接口。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有頻段切換功能的低噪聲放大器，其特征在于:所述第一中間級電路包括第三電感L3、第四電感L4、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、第七電容C7、第八電容C8、第九電容C9、第十電容C10、第六晶體管M6、第七晶體管M7、第八晶體管M8和第九晶體管M9;第三電感L3的一端連接到第一放大器的第四晶體管M4的漏極，另一端連接到第二放大器的第十晶體管MlO的源極;第四電感L4的一端連接到第一放大器的第五晶體管M5的漏極，另一端連接到第二放大器的第十一晶體管Mll的源極;第三電容C3的一端接第三電感L3的一端，另一端接地;第四電容C4的一端接第三電感L3的一端，另一端接第六晶體管M6的源極;第六晶體管M6的漏極接第三電感L3的一端;第五電容C5的一端接第三電感L3的一端，另一端接第七晶體管M7的源極;第七晶體管M7的漏極接第三電感L3的另一端;第六電容C6的一端接第三電感L3的一端，另一端接第二放大器的第十晶體管MlO的柵極;第七電容C7的一端接第四電感L4的一端，另一端接第二放大器的第十晶體管MlO的柵極;第八電容C8的一端接第四電感L4的一端，另一端接第八晶體管M8的源極;第八晶體管M8的漏極接第四電感L4的另一端;第九電容C9的一端接第四電感L4的一端，另一端接第九晶體管M9的源極;第九晶體管M9的漏極接第四電感L4的另一端;第十電容ClO的一端接第四電感L4的一端，另一端接地。
【文檔編號】H03F3/195GK205647445SQ201620433337
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】岳宏衛(wèi), 王豪, 韋保林, 徐衛(wèi)林, 段吉海, 韋雪明
【申請人】桂林電子科技大學(xué)