低噪声放大器及射频芯片

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，尤其是涉及一种低噪声放大器及射频芯片。

背景技术

低噪声放大器是无线通信系统的关键组成部分，其主要应用于无线通信系统接收机的射频前端，对接收系统的性能起关键作用。随着能信性能要求的不断提高，一些通信系统要求低噪声放大通路具有信号旁路功能，当系统需要或低噪声放大通路出现异常时，可以通过内部切换开关切换到旁路状态，给上行信号提供最佳通路，以保证基站正常工作。

相关技术的低噪声放大器作为接收机中关键的一环，其性能直接影响接收机整体的性能（增益，功耗，噪声系数、线性度，面积等）。在智能终端应用中，如果天线输入信号的强度非常大，此时低噪声放大器不再要求较高的增益，甚至需要衰减。而旁路结构作为一个纯无源的结构，具有许多放大模式下不可比拟的优点，比如较高的线性度，较低的噪声，极低的功耗等。

然，上述的相关技术中，在一些sub3G（5G频段）的应用中，常常具有多个输入口，占用面积大，从而导致旁路的成本增加；同时，多个输入口其调节控制效果差，使得整体性能不佳。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种低噪声放大器，通过不同电容的容值的接入来进行不同频段的匹配，经与功率放大电路共用的输出匹配电路和衰减网络后输出；以解决现有的低噪声放大器多频段和多衰减档位调节效果差，成本高，整体性能差的问题。

为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供了一种低噪声放大器，所述低噪声放大器包括依次电连接的信号输入端、功率放大电路、输出匹配电路、衰减网络和信号输出端；所述低噪声放大器还包括旁路电路，所述旁路电路的输入端连接所述信号输入端，所述旁路电路的第一输出端连接所述功率放大电路的输入端，所述旁路电路的第二输出端连接所述功率放大电路的输出端；

所述旁路电路包括旁路开关电路和旁路匹配电路，所述旁路开关电路的输入端作为所述旁路电路的输入端，所述旁路开关电路的第一输出端作为所述旁路电路的第一输出端，所述旁路开关电路的第二输出端连接所述旁路匹配电路的输入端，所述旁路匹配电路的输出端作为所述旁路电路的第二输出端；

所述旁路开关电路包括第一旁路开关单元和第二旁路开关单元；所述第一旁路开关单元的输入端和所述第二旁路开关单元的输入端连接并共同作为所述旁路开关电路的输入端，所述第一旁路开关单元的输出端作为所述旁路开关电路的第二输出端，所述第二旁路开关单元的输出端作为所述旁路开关电路的第一输出端；

所述旁路匹配电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第一开关晶体管和第二开关晶体管；所述第一电容的第一端分别连接所述第二电容的第一端和所述第三电容的第一端，所述第一电容的第二端分别连接所述第一开关晶体管的漏极和所述第二开关晶体管的漏极，所述第二电容的第二端连接所述第一开关晶体管的源极，所述第三电容的第二端连接所述第二开关晶体管的源极，所述第一开关晶体管的栅极和所述第二开关晶体管的栅极分别用于连接外部逻辑控制电路；所述第一电容的第一端作为所述旁路匹配电路的输入端，所述第一电容的第二端作为所述旁路匹配电路的输出端。

优选的，所述第一旁路开关单元包括第三开关晶体管、第四开关晶体管、第五开关晶体管、第六开关晶体管、第七开关晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

所述第三开关晶体管的源极与所述第一电阻的第一端连接并共同作为所述第一旁路开关单元的输入端；所述第三开关晶体管的漏极分别连接所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端和所述第四开关晶体管的源极，所述第四开关晶体管的漏极分别连接所述第二电阻的第二端、所述第五开关晶体管的源极、所述第三电阻的第一端、所述第五电阻的第一端和所述第七开关晶体管的漏极；所述第七开关晶体管的源极与所述第五电阻的第二端连接并共同接地；所述第五开关晶体管的漏极分别连接所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第一端和所述第六开关晶体管的源极，所述第六开关晶体管的漏极与所述第四电阻的第二端连接并共同作为所述第一旁路开关单元的输出端；

所述第三开关晶体管的栅极、所述第四开关晶体管的栅极、所述第五开关晶体管的栅极、所述第六开关晶体管的栅极和所述第七开关晶体管的栅极分别用于连接所述外部逻辑控制电路。

优选的，所述第二旁路开关单元包括第八开关晶体管、第九开关晶体管、第十开关晶体管、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第八开关晶体管的漏极连接所述第七电阻的第一端，所述第八开关晶体管的源极分别连接所述第九开关晶体管的漏极、所述第七电阻的第二端和所述第八电阻的第一端，所述第九开关晶体管的源极与所述第八开关的第二端连接并共同接地；

所述第十开关晶体管的源极分别连接所述第六电阻的第一端和所述第八开关晶体管的漏极，所述第十开关晶体管的漏极与所述第六电阻的第二端连接并共同作为所述第二旁路开关单元的输出端，所述第十开关晶体管的源极作为所述第二旁路开关单元的输入端；

所述第八开关晶体管的栅极、所述第九开关晶体管的栅极及所述第十开关晶体管的栅极分别用于连接所述外部逻辑控制电路。

优选的，所述功率放大电路包括第一放大器和第二放大器；所述第一放大器的栅极作为所述功率放大电路的输入端，所述第一放大器的源极接地，所述第一放大器的漏极连接所述第二放大器的源极，所述第二放大器的漏极作为所述功率放大电路的输出端，所述第二放大器的栅极用于连接外部偏置电路。

优选的，所述输出匹配电路包括第一输出匹配网络和第二输出匹配网络；所述第一输出匹配网络的输入端作为所述输出匹配电路的输入端，所述第一输出匹配网络的输出端连接所述第二输出匹配网络的输入端，所述第二输出匹配网络的输出端作为所述输出匹配电路的输出端；

所述第一输出匹配网络包括第一电感、第四电容、第五电容、第十一开关晶体管和第十二开关晶体管；

所述第一电感的第一端分别连接所述第十一开关晶体管的源极和第十二开关晶体管的源极；所述第一电感的第二端分别连接电源电压、第五电容的第一端和第六电容的第二端，所述第五电容的第二端连接所述第十一开关晶体管的漏极，所述第六电容的第二端连接所述第十二开关晶体管的漏极；所述第一电感的第一端作为所述第一输出匹配网络的输入端，所述第十二开关晶体管的源极作为所述第一输出匹配网络的输出端；

所述第十一开关晶体管的栅极和所述第十二开关晶体管的栅极分别用于连接所述外部逻辑控制电路；

所述第二输出匹配网络包括第六电容、第七电容、第八电容、第十三开关晶体管和第十四开关晶体管；

所述第六电容的第一端分别连接所述第七电容的第一端和所述第八电容的第一端，所述第六电容的第二端分别连接所述第十三开关晶体管的漏极和所述第十四开关晶体管的漏极；所述第七电容的第二端连接所述第十三开关晶体管的源极，所述第八电容的第二端连接所述第十四开关晶体管的源极；

所述第十三开关晶体管的栅极和所述第十四开关晶体管的栅极分别用于连接所述外部逻辑控制电路。

优选的，所述旁路开关电路包括多个，多个所述旁路开关电路的第一端连接所述信号输入端，所述旁路开关电路的第一输出端连接所述功率放大电路的输入端，所述旁路开关电路的第二输出端连接所述旁路匹配电路的输入端。

第二方面，本发明提供一种射频芯片，所述射频芯片包括上述的低噪声放大器。

与现有技术相比，本发明中的低噪声放大器，通过将旁路开关电路的第一旁路开关单元的输入端和第二旁路开关单元的输入端连接并共同作为旁路开关电路的输入端，第一旁路开关单元的输出端作为旁路开关电路的第二输出端，第二旁路开关单元的输出端作为旁路开关电路的第一输出端；将第一电容的第一端分别连接第二电容的第一端和第三电容的第一端，第一电容的第二端分别连接第一开关晶体管的漏极和第二开关晶体管的漏极，第二电容的第二端连接第一开关晶体管的源极，第三电容的第二端连接第二开关晶体管的源极，第一开关晶体管的栅极和第二开关晶体管的栅极分别用于连接外部逻辑控制电路；第一电容的第一端作为旁路匹配电路的输入端，第一电容的第二端作为旁路匹配电路的输出端。通过不同容值的接入来进行不同频段的匹配，输入信号经旁路开关，经匹配电容与功率放大电路的放大模式下共用的输出匹配电路和衰减网络后输出，利用衰减网络为其提供不同的衰减量，适应现代通信接收机中不同增益档位的需求；同时，该低噪声放大器结构简单易实现，占用面积小，节约成本，整体性能良好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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它的附图，其中：

图1为本发明实施列提供的低噪声放大器的整体电路图；

图2为图1的局部放大图一；

图3为图1的局部放大图二。

图中，100、低噪声放大器，1、信号输入端，2、功率放大电路，3、输出匹配电路，31、第一输出匹配网络，32、第二输出匹配网络，4、衰减网络，5、信号输出端；6、旁路电路，61、旁路开关电路，611、第一旁路开关单元，612、第二旁路开关单元，62、旁路匹配电路。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅附图1-图3所示，本发明实施例提供了一种低噪声放大器100，所述低噪声放大器100包括依次电连接的信号输入端1（RFIN1）、功率放大电路2、输出匹配电路3、衰减网络4和信号输出端5（RFOUT）；所述低噪声放大器100还包括旁路电路6，所述旁路电路6的输入端连接所述信号输入端1，所述旁路电路6的第一输出端连接所述功率放大电路2的输入端，所述旁路电路6的第二输出端连接所述功率放大电路2的输出端。

所述旁路电路6包括旁路开关电路61和旁路匹配电路62，所述旁路开关电路61的输入端作为所述旁路电路6的输入端，所述旁路开关电路61的第一输出端作为所述旁路电路6的第一输出端，所述旁路开关电路61的第二输出端连接所述旁路匹配电路62的输入端，所述旁路匹配电路62的输出端作为所述旁路电路6的第二输出端。

可选的，所述旁路电路6包括多个，优先为2个。

所述旁路开关电路61包括第一旁路开关单元611和第二旁路开关单元612；所述第一旁路开关单元611的输入端和所述第二旁路开关单元612的输入端连接并共同作为所述旁路开关电路61的输入端，所述第一旁路开关单元611的输出端作为所述旁路开关电路61的第二输出端，所述第二旁路开关单元612的输出端作为所述旁路开关电路61的第一输出端。通过第一旁路开关单元611输出不同的判断实现旁路模式控制。通过第二旁路开关单元612输出不同的信号，用于对功率放大电路2实现放大模块的输入开关控制。将旁路模式和放大模式共用一个输出匹配电路3和衰减网络4，减少了器件数量节约了面积。

所述旁路匹配电路62包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一开关晶体管M1和第二开关晶体管M2；所述第一电容C1的第一端分别连接所述第二电容C2的第一端和所述第三电容C3的第一端，所述第一电容C1的第二端分别连接所述第一开关晶体管M1的漏极和所述第二开关晶体管M2的漏极，所述第二电容C2的第二端连接所述第一开关晶体管M1的源极，所述第三电容C3的第二端连接所述第二开关晶体管M2的源极，所述第一开关晶体管M1的栅极和所述第二开关晶体管M2的栅极分别用于连接外部逻辑控制电路；所述第一电容C1的第一端作为所述旁路匹配电路62的输入端，所述第一电容C1的第二端作为所述旁路匹配电路62的输出端。通过外部逻辑控制电路控制第一开关晶体管M1和第二开关晶体管M2，从而通过不同容值的接入来进行不同频段的匹配，输入信号经旁路开关，经匹配电容与功率放大电路2的放大模式下共用的输出匹配电路3和衰减网络4后输出，利用衰减网络4为其提供不同的衰减量，适应现代通信接收机中不同增益档位的需求；同时，该低噪声放大器100结构简单易实现，占用面积小，节约成本，整体性能良好。

本实施例中，所述第一旁路开关单元611包括第三开关晶体管M3、第四开关晶体管M4、第五开关晶体管M5、第六开关晶体管M6、第七开关晶体管M7、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5。

所述第三开关晶体管M3的源极与所述第一电阻R1的第一端连接并共同作为所述第一旁路开关单元611的输入端；所述第三开关晶体管M3的漏极分别连接所述第一电阻R1的第二端、所述第二电阻R2的第一端和所述第四开关晶体管M4的源极，所述第四开关晶体管M4的漏极分别连接所述第二电阻R2的第二端、所述第五开关晶体管M5的源极、所述第三电阻R3的第一端、所述第五电阻R5的第一端和所述第七开关晶体管M7的漏极；所述第七开关晶体管M7的源极与所述第五电阻R5的第二端连接并共同接地GND；所述第五开关晶体管M5的漏极分别连接所述第三电阻R3的第二端、所述第四电阻R4的第一端和所述第六开关晶体管M6的源极，所述第六开关晶体管M6的漏极与所述第四电阻R4的第二端连接并共同作为所述第一旁路开关单元611的输出端。

所述第三开关晶体管M3的栅极、所述第四开关晶体管M4的栅极、所述第五开关晶体管M5的栅极、所述第六开关晶体管M6的栅极和所述第七开关晶体管M7的栅极分别用于连接所述外部逻辑控制电路。

其中，第三开关晶体管M3、所述第四开关晶体管M4、所述第五开关晶体管M5、所述第六开关晶体管M6和所述第七开关晶体管M7组成高隔离开关，接在开关源极和漏极两端的相应电阻为其提供直流工作点。通过外部连接控制电路分别对第三开关晶体管M3、所述第四开关晶体管M4、所述第五开关晶体管M5、所述第六开关晶体管M6和所述第七开关晶体管M7进行控制，实现良好的开关控制效果。

本实施例中，所述第二旁路开关单元612包括第八开关晶体管M8、第九开关晶体管M9、第十开关晶体管M10、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8。

所述第八开关晶体管M8的漏极连接所述第七电阻R7的第一端，所述第八开关晶体管M8的源极分别连接所述第九开关晶体管M9的漏极、所述第七电阻R7的第二端和所述第八电阻R8的第一端，所述第九开关晶体管M9的源极与所述第八开关的第二端连接并共同接地GND。

所述第十开关晶体管M10的源极分别连接所述第六电阻R6的第一端和所述第八开关晶体管M8的漏极，所述第十开关晶体管M10的漏极与所述第六电阻R6的第二端连接并共同作为所述第二旁路开关单元612的输出端，所述第十开关晶体管M10的源极作为所述第二旁路开关单元612的输入端。

所述第八开关晶体管M8的栅极、所述第九开关晶体管M9的栅极及所述第十开关晶体管M10的栅极分别用于连接所述外部逻辑控制电路。

通过将第十开关晶体管M10作为功率放大电路2实现放大模式下的输入开关，隔断功率放大电路2带来的非线性电容，提高旁路模式下的线性度，且缩小了射频输入端到地寄生电容大小，更利于旁路模式下的匹配；第八开关晶体管M8和第九开关晶体管M9为输入端并联到地的开关，为不同输入口提供更高的隔离度。

本实施例中，所述功率放大电路2包括第一放大器M01和第二放大器M02；所述第一放大器M01的栅极作为所述功率放大电路2的输入端，所述第一放大器M01的源极接地GND，所述第一放大器M01的漏极连接所述第二放大器M02的源极，所述第二放大器M02的漏极作为所述功率放大电路2的输出端，所述第二放大器M02的栅极用于连接外部偏置电路。将第一放大器M01和第二放大器M02组成共源共栅放大管，通过隔断共源共栅放大管带来的非线性电容，提高旁路模式下的线性度。

优选的，第一放大器M01的源极连接电感后接地GND，利于通过旁路模式的线性度。

其中，第一放大器M01和第二放大器M02均为MOS管。

本实施例中，所述输出匹配电路3包括第一输出匹配网络31和第二输出匹配网络32；所述第一输出匹配网络31的输入端作为所述输出匹配电路3的输入端，所述第一输出匹配网络31的输出端连接所述第二输出匹配网络32的输入端，所述第二输出匹配网络32的输出端作为所述输出匹配电路3的输出端。

本实施例中，所述第一输出匹配网络31包括第一电感L1、第四电容C4、第五电容C5、第十一开关晶体管M11和第十二开关晶体管M12。

所述第一电感L1的第一端分别连接所述第十一开关晶体管M11的源极和第十二开关晶体管M12的源极；所述第一电感L1的第二端分别连接电源电压VDD、第五电容C5的第一端和第六电容C6的第二端，所述第五电容C5的第二端连接所述第十一开关晶体管M11的漏极，所述第六电容C6的第二端连接所述第十二开关晶体管M12的漏极；所述第一电感L1的第一端作为所述第一输出匹配网络31的输入端，所述第十二开关晶体管M12的源极作为所述第一输出匹配网络31的输出端。

所述第十一开关晶体管M11的栅极和所述第十二开关晶体管M12的栅极分别用于连接所述外部逻辑控制电路。

本实施例中，所述第二输出匹配网络32包括第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第十三开关晶体管M13和第十四开关晶体管M14。

所述第六电容C6的第一端分别连接所述第七电容C7的第一端和所述第八电容C8的第一端，所述第六电容C6的第二端分别连接所述第十三开关晶体管M13的漏极和所述第十四开关晶体管M14的漏极；所述第七电容C7的第二端连接所述第十三开关晶体管M13的源极，所述第八电容C8的第二端连接所述第十四开关晶体管M14的源极。

所述第十三开关晶体管M13的栅极和所述第十四开关晶体管M14的栅极分别用于连接所述外部逻辑控制电路。

其中，通过将第一电感L1、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8，并利用相应的第十一开关晶体管M11、第十二开关晶体管M12、第十三开关晶体管M13和第十四开关晶体管M14进行切换控制，通过不同容值的接入来进行不同频段的匹配。通过衰减网络4为其提供不同的衰减量，适应现代通信接收机中不同增益档位的需求。

优选的，第一开关晶体管M1至第十四开关晶体管M14均为MOS管。

本实施例中，所述旁路开关电路61包括多个，多个所述旁路开关电路61的输入端连接所述信号输入端1，所述旁路开关电路61的第一输出端连接所述功率放大电路2的输入端，所述旁路开关电路61的第二输出端连接所述旁路匹配电路62的输入端。从而实现多频段多衰减档位的控制，提高旁路模式的线性度。

实施例二

本发明提供一种射频芯片，所述射频芯片包括上述的低噪声放大器100。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。