低噪声放大器及射频接收机

技术领域

本发明涉及射频放大器技术领域，特别是涉及一种低噪声放大器及射频接收机。

背景技术

低噪声放大器作为接收机系统中的第一个有源模块，其对于整个系统的性能起着至关重要的作用。首先，低噪声放大器接收的是较微弱的信号，若接收到的信号的幅度与电路内部噪声信号幅度大小相近时，输出的有用信号就会受到噪声信号的影响甚至被淹没，因此低噪声放大器需要同时满足高增益和低噪声系数两个指标。其次，低噪声放大器作为天线和射频滤波器的后一级，其输入阻抗必须与射频滤波器50Ω特征阻抗相匹配，以减少对输入信号的反射，获得最大传输功率。最后，低噪声放大器的线性度也会直接影响接收机的动态范围和灵敏度。此外，宽带通信技术迅速发展，低噪声放大器也需要具有较大的工作带宽。

如图1所示，现有的低噪声放大器，电路核心部分主要由输入匹配电容C1，共源管M1、共栅管M2、输出匹配电容C2、源级电感和漏级电感组成。但是由于未采取有效的拓宽频段的手段，使得低噪声放大器无法适应不同频段的输出匹配需求。

发明内容

基于此，有必要针对现有的低噪声放大器无法适应不同频段的输出匹配需求的问题，提供一种能够适应不同频段的输出匹配需求的低噪声放大器及射频接收机。

一种低噪声放大器，包括：

输入匹配电路；

放大单元，与所述输入匹配电路连接；

输出匹配电路，与所述放大单元连接，且所述输出匹配电路包括第一状态及第二状态；

当所述输出匹配电路处于所述第一状态时，所述输出匹配电路的增益的谐振点为第一频率；

当所述输出匹配电路处于所述第二状态时，所述输出匹配电路的增益的谐振点为第二频率；

其中，所述第一频率高于所述第二频率。

通过采用上述的低噪声放大器，在需要输出匹配电路的工作频率处于高频段范围时，将输出匹配电路调整至第一状态即可，而在需要输出匹配电路的工作频率处于中频段范围时，将输出匹配电路调整至第二状态即可。如此，有效地拓宽了低噪声放大器的频段，使得该低噪声放大器能够适应不同频段的输出匹配需求，且确保该低噪声放大器兼顾不同频段的性能。

在其中一个实施例中，所述输出匹配电路包括第一输出匹配电容、第一支路及第二支路，所述第一输出匹配电容的一端、所述第一支路的一端及所述第二支路的一端同时与所述放大单元连接，所述第一支路的另一端接地，所述第二支路的另一端与所述第一输出匹配电容的另一端连接，所述第一支路和所述第二支路均包括通路状态及开路状态，且所述第一支路和所述第二支路还与寄存器连接，所述寄存器用于控制所述第一支路和所述第二支路在所述通路状态和所述开路状态之间切换；

当所述第一支路和所述第二支路均处于所述通路状态时，所述输出匹配电路的增益的谐振点为所述第一频率；

当所述第一支路和所述第二支路均处于所述开路状态时，所述输出匹配电路的增益的谐振点为所述第二频率。

在其中一个实施例中，所述第一支路包括第二输出匹配电容及第一开关，所述第二输出匹配电容的一端同时与所述放大单元、所述第二支路的一端及所述第一输出匹配电容的一端连接，所述第二输出匹配电容的另一端与所述第一开关的一端连接，所述第一开关的另一端与所述第一输出匹配电容的另一端连接，所述第一开关还与所述寄存器连接，所述寄存器用于控制所述第一开关闭合和断开；

当所述第一开关闭合时，所述第一支路处于所述通路状态；

当所述第一开关断开时，所述第一支路处于所述开路状态。

在其中一个实施例中，所述第二支路包括第三输出匹配电容及第二开关，第三输出匹配电容的一端同时与所述放大单元、所述第一支路的一端及所述第一输出匹配电容的一端连接，所述第三输出匹配电容的另一端与所述第二开关连接，所述第二开关的另一端接地，所述第二开关还与所述寄存器连接，所述寄存器用于控制所述第二开关闭合和断开；

当所述第二开关闭合时，所述第二支路处于所述通路状态；

当所述第二开关断开时，所述第二支路处于所述开路状态。

在其中一个实施例中，所述输入匹配电路包括输入匹配电容及电阻，所述输入匹配电容同时与所述放大单元及所述电阻的一端连接，所述电阻的另一端与第一电源连接。

在其中一个实施例中，所述放大单元包括第一晶体管、第二晶体管、第一电感及第二电感，所述输入匹配电路与所述第一晶体管的栅极连接，所述第一晶体管的源极与所述第一电感的一端连接，所述第一晶体管的漏极与所述第二晶体管的源极连接，所述第一电感的另一端接地，所述第二晶体管的栅极与第二电源连接，所述第二晶体管的漏极与所述输出匹配电路及所述第二电感的一端连接，所述第二电感的另一端第三电源连接。

在其中一个实施例中，所述低噪声放大器包括多条所述输入匹配电路，所述放大单元包括多个所述第一晶体管；

每一所述输入匹配电路与对应的一所述第一晶体管的栅极连接，多个所述第一晶体管的漏极同时与所述第一电感的一端连接，多个所述第一晶体管的漏极同时与所述第二晶体管的源极连接。

一种射频接收机，包括上述的低噪声放大器。

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为现有技术中低噪声放大器的电路结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的低噪声放大器的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图2所示，本发明一实施例提供的低噪声放大器，包括输入匹配电路10、放大单元及输出匹配电路20。

输入匹配电路10及输出匹配电路20同时与放大单元连接，输出匹配电路20包括第一状态及第二状态。

当输出匹配电路20处于第一状态时，输出匹配电路20的增益的谐振点为第一频率；当输出匹配电路20处于第二状态时，输出匹配电路20的增益的谐振点为第二频率，且第一频率高于第二频率。

需要说明的是，在本实施例中，第一频率为2.5GHz，第二频率为2GHz。当输出匹配电路20的增益的谐振点为2.5GHz时，即输出匹配电路20的中心频率为2.5GHz，此时工作频率范围是2.3GHz-2.7GHz，为高频段，而当输出匹配电路20的增益的谐振点为2GHz时，即输出匹配电路20的中心频率为2GHz，此时工作频率的范围是1.8GHz-2.2GHz，为中频段。

通过采用上述的低噪声放大器，在需要输出匹配电路20的工作频率处于高频段范围时，将输出匹配电路20调整至第一状态即可，而在需要输出匹配电路20的工作频率处于中频段范围时，将输出匹配电路20调整至第二状态即可。如此，有效地拓宽了低噪声放大器的频段，使得该低噪声放大器能够适应不同频段的输出匹配需求，且确保该低噪声放大器兼顾不同频段的性能。

需要解释的是，上述实施例中的低噪声放大器是通过切换输出匹配电路20的状态实现进入不同的工作频率范围，即上述的高频段和中频段，通过该方式实现宽频段(1.8GHz-2.7GHz)的工作范围，可根据输出需求设定合适的工作频率范围，不会牺牲S22和S21，可确保不同频段的性能。

在一些实施例中，输入匹配电路10包括输入匹配电容C1及电阻R，输入匹配电容C1同时与放大单元及电阻R的一端连接，输入匹配电容C1用于隔离外部的直流电压和内部的电压，电阻R的另一端与第一电源Vb1连接，以通过第一电源Vb1提供个放大单元一个直流偏置电压。

在一些实施例中，放大单元包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第一电感Ls及第二电感Ld，输入匹配电路10与第一晶体管M1的栅极连接，第一晶体管M1的源极与第一电感Ls的一端连接，第一晶体管M1的漏极与第二晶体管M2的源极连接，第一电感Ls的另一端接地GND，第二晶体管M2的栅极与第二电源Vb2连接，第二晶体管M2的漏极与输出匹配电路20及第二电感Ld的一端连接，第二电感Ld的另一端第三电源VDD连接。

实际应用中，第一晶体管M1的栅极同时与输入匹配电容C1以及电阻R远离第一电源Vb1的一端连接，第一电源Vb1用于提供给第一晶体管M1一个直流偏置电压。

在一些实施例中，低噪声放大器包括多条输入匹配电路10，放大单元包括多个第一晶体管M1，每一输入匹配电路10与对应的一第一晶体管M1的栅极连接，多个第一晶体管M1的源极同时与第一电感Ls连接，多个第一晶体管M1的漏极同时与第二晶体管M2的源极连接。

可以理解的是，不同的输入匹配电路10中直流偏置电压的大小可不同，根据输入信号进行调整即可。

需要说明的是，图2所示的实施例中，低噪声放大器包括四条输入匹配电路10，放大单元包括四个第一晶体管M1，而四个第一晶体管M1的源极与一个第一电感Ls连接，且第一电感Ls位于中间位置。采用该方式时，对于左边两路输入而言，左边一段的金属线的电流方向与第一电感Ls的绕向相反，故左边两路的电感会存在一部分抵消，而右边一段的金属线的电流方向与第一电感Ls的绕向相同，故右边两路的电感会存在一定程度的增强。因此，该方式会导致第一电感Ls布左边两路输入和右边两路输入的源极退化电感量相差较大，从而使得四路输入的增益性能差异较大。

故在其他实施例中，放大单元包括至少两个第一电感Ls，多个第一晶体管M1分别至少两组，每组包括至少两个第一晶体管M1，且每组的至少两个第一晶体管M1的源极同时与对应的一个第一电感Ls的一端连接，第一电感Ls的另一端仍接地GND。如此，有效地缩短了第一晶体管M1的源极之间的金属线的长度，减小了金属线对第一电感Ls的影响，使得多路输入的电感量以及增益性能相差较小。

在一些实施例中，输出匹配电路20包括第一输出匹配电容C2、第一支路21及第二支路22，第一输出匹配电容C2的一端、第一支路21的一端以及第二支路22的一端同时与放大单元连接，具体与第二晶体管M2的漏极连接。第一支路21的另一端接地GND，第二支路22的另一端与第一输出匹配电容C2的另一端连接，即第二支路22与第一输出匹配电容C2并联。

第一支路21和第二支路22均包括通路状态及开路状态，且第一支路21和第二支路22还均与寄存器连接，寄存器用于控制第一支路21和第二支路22在通路状态和开路状态之间切换。

当第一支路21和第二支路22均处于通路状态时，输出匹配电路20的增益的谐振点为第一频率；当第一支路21和第二支路22均处于开路状态时，输出匹配电路20的增益的谐振点为第二频率。

在一些实施例中，第一支路21包括第二输出匹配电容C3及第一开关SW1，第二输出匹配电容C3的一端同时与第二晶体管M2的漏极、第二支路22的一端及第一输出匹配电容C2的一端连接，第二输出匹配电容C3的另一端与第一开关SW1的一端连接，第一开关SW1的另一端与第一输出匹配电容C2的另一端连接，第一开关SW1还与寄存器连接，寄存器用于控制第一开关SW1闭合和断开。

当第一开关SW1闭合时，第一支路21处于通路状态；当第一开关SW1断开时，第一支路21处于开路状态。

进一步地，第二支路22包括第三输出匹配电容C4及第二开关SW2，第三输出匹配电容C4的一端同时与第二晶体管M2的漏极、第一支路21的一端及第一输出匹配电容C2的一端连接，第三输出匹配电容C4的另一端与第二开关SW2连接，第二开关SW2的另一端接地，第二开关SW2还与寄存器连接，寄存器用于控制第二开关SW2闭合和断开。

当第二开关SW2闭合时，第二支路22处于通路状态；当第二开关SW2断开时，第二支路22处于开路状态。

需要解释的是，输出匹配电路20可以等效为一个LC并联谐振网络，而且其谐振频率大小与√LC成反比，故电容越大谐振频率大小越低。

在第一开关SW1和第二开关SW2断开时，电容为单独的第一输出匹配电容C2，此时选用合适的电容可使得谐振频率为2.5GHz，而在第一开关SW1和第二开关SW2闭合后，第二输出匹配电容C3和第三输出匹配电容C4加入电路，会导致√LC增大，故会导致谐振频率降低，而选用合适的电容可使得谐振频率下降至2GHz。由此可以理解的是，可通过选择合适的电容调整第一频率和第二频率的大小，在此不作限制。

具体到图2所示的实施例中，第二输出匹配电容C3的加入可降低谐振频率，而第三输出匹配电容C4的加入可以降低Q值，从而增加平坦度。

本发明还涉及一种射频接收机，该射频接收机包括上述实施例中的低噪声放大器。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。