射频放大器

技术领域

本申请涉及电路技术领域，具体涉及一种射频放大器。

背景技术

射频前端电路作为射频接收机的关键模块，其功耗在系统功耗中占较大比重，而射频放大器的功耗决定射频前端电路的功耗，因此，降低系统功耗的关键在于降低射频放大器的功耗。

图1为一种现有的射频放大器的结构示意图。如图1所示，该射频放大器包括偏置模块10、输入级模块20、输出级模块30。其中，偏置模块10由电阻Rref、NMOS管Ninb组成，电阻Rref接参考电流Iref；输入级模块20由耦合电阻Rg、输入耦合电容Cg、输入耦合电感Lg、NMOS管Nin、反馈电感Ls组成，用于将输入RFin信号进行初步放大；输出级模块30由输出耦合电容Co、偏置电阻Rb、NMOS管Mo、电容Cb、负载电感觉Ld组成，用于将输入级模块30用于将输入级模块20的输出进一步放大并输出RFout信号。

图1所示的射频放大器的偏置模块固定、功耗固定、增益固定，无法降低射频前端电路的功耗。

发明内容

为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种射频放大器。该技术方案如下：

一方面，本申请实施例提供了一种射频放大器，包括增益功耗编程控制模块、输入级模块、输出级模块、直通/关断低功耗控制模块；

增益功耗编程控制模块与直通/关断低功耗控制模块、输入级模块分别连接，直通/关断低功耗控制模块与输入级模块、输出级模块分别连接；

增益功耗编程控制模块包括n个并联的增益功耗编程控制单元，每个增益功耗编程控制单元接收控制信号和使能信号；增益功耗编程控制模块用于根据使能信号和n个控制信号控制射频放大器的处于增益模式、直通模式、关断模式中的任意一种；

输入级模块包括NMOS管Nin，输入级模块用于接收射频输入信号；

直通/关断低功耗控制模块接基准偏置电压，直通/关断低功耗控制模块包括一个或门、一个与门、一个开关单元、NMOS管Mm，或门的输入端与增益功耗编程控制模块连接，与门的输入端接收使能信号，与门的输出端与开关单元的第一端连接，开关单元的第二端与NMOS管Nin连接，或门的输出端与NMOS管Mm连接，NMOS管Mm与输入级模块中的NMOS管Nin连接；

输出级模块包括NMOS管Mo，NMOS管Mo与开关单元的第三端连接，NMOS管Mo与NMOS管Mm连接，输出级模块接电源电压，输出级模块输出射频输出信号。

可选的，当使能信号EN＝1，n个增益功耗编程控制单元接收的控制信号均为Ctrl＝0时，射频放大器偏置关闭，开关单元导通，射频放大器为直通模式；

当使能信号EN＝0时，射频放大器偏置关闭，开关单元关断，射频放大器为关断模式。

可选的，在增益功耗编程控制模块中，每个增益功耗编程控制单元包括NMOS管Ninbi、NMOS管M1i、NMOS管M2i、反相器invi、与门andi；

在每个增益功耗编程控制单元中，NMOS管Ninbi的漏极通过电阻Rref接参考电流Iref，NMOS管Ninbi的栅极与输入级模块中管的NMOS管Nin连接，NMOS管M1i的漏极与电阻Rref连接，NMOS管M1i的源极与NMOS管Ninbi的栅极连接，NMOS管M2i的漏极与NMOS管Ninbi的栅极连接，NMOS管M1i的栅极通过反相器invi与NMOS管M2i的栅极连接，与门andi的输出端与NMOS管M1i的栅极连接，与门andi的输入端接收控制信号Ctrl[i]和使能信号EN，与门andi的输出端还与直通/关断低功耗控制模块中的或门连接。

可选的，在输入级模块中，NMOS管Nin的栅极通过耦合电阻Rg与增益功耗编程控制模块连接，NMOS管Nin的栅极通过耦合电容Cg、耦合电感Lg接收射频输入信号RFin，NMOS管Nin的漏极与NMOS管Mm的源极连接，NMOS管Nin的源极通过反馈电感Ls接射频地。

可选的，在输出级模块中，NMOS管Mo的源极与NMOS管Mm的漏极连接，NMOS管Mo的漏极通过负载电阻Ld接电源电压，NMOS管Mo的漏极接耦合电容Co输出射频输出信号，NMOS管Mo的栅极通过电容Cb接电源电压，NMOS管Mo的栅极通过电阻Rb与直通/关断低功耗控制模块连接，NMOS管Mo的漏极通过耦合电容Co与开关单元的第三端连接。

可选的，直通/关断低功耗控制模块还包括反相器invb、反相器inv、NMOS管M7、NMOS管M8；NMOS管M7的漏极接基准偏置电压Vb，NMOS管M7的源极与NMOS管M8的漏极连接，NMOS管M7的栅极通过反相器invb与NMOS管M8的栅极连接，NMOS管M7的源极与输出级模块中NMOS管Mo的栅极连接；

NMOS管M7的栅极与反相器inv的输入端连接，反相器inv的输出端和与门and的输入端连接；

或门的输入端与每个增益功耗编程控制单元连接，或门的输出端与反相器inv的输入端连接，或门的输出端通过电阻R1与NMOS管Mm的栅极连接。

可选的，在直通/关断低功耗控制模块中，开关单元中包括2个串联开关控制支路和1个并联开关控制支路；

一个串联开关控制支路的一端与NMOS管Mo连接，另一个串联开关控制支路的一端与NMOS管Nin连接，2个串联开关控制支路与与门and的输出端连接，与门and的输出端还通过反相器invs连接并联开关控制支路，并联开关控制支路的一端与2个串联开关控制支路的另一端连接，并联开关控制支路的另一端接地。

可选的，当开关单元为关断状态时，2个串联开关控制支路的开关信号均为关断信号，并联开关控制支路的开关信号为导通信号；

当开关单元为导通状态时，2个串联开关控制支路的开关信号均为导通信号，并联开关控制支路的开关信号为关断信号。

可选的，第i个增益功耗编程控制单元中NMOS管Ninbi的尺寸权重为2

本申请技术方案，至少包括如下优点：

本申请实施例提供的射频放大器，包括增益功耗编程控制模块、输入级模块、输出级模块、直通/关断低功耗控制模块；增益功耗编程控制模块与直通/关断低功耗控制模块、输入级模块分别连接，直通/关断低功耗控制模块与输入级模块、输出级模块分别连接；增益功耗编程控制模块包括n个并联的增益功耗编程控制单元，每个增益功耗编程控制单元接收控制信号和使能信号；增益功耗编程控制模块根据使能信号和n个控制信号控制射频放大器的处于增益模式、直通模式、关断模式中的任意一种；解决了目前射频放大器的功耗和增益固定的问题；达到了优化增益功耗能效比，降低射频放大器功耗，降低系统功耗的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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是一种现有的射频放大器的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种射频放大器的结构框图；

图3是本申请实施例提供的一种射频放大器的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种3-bits射频放大器的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的另一种3-bits射频放大器的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种3-bits射频放大器对应的增益变化曲线图；

图7是本申请实施例提供的一种3-bits射频放大器对应的功耗变化曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，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不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参考图2，其示出了本申请实施例提供的射频放大器的结构框图，该射频放大器包括增益功耗编程控制模块210、输入级模块230、输出级模块240、直通/关断低功耗控制模块220。

输入级模块230接收射频输入信号RFin，输出级模块240输出射频输出信号RFout。

增益功耗编程控制模块210与直通/关断低功耗控制模块220、输入级模块230分别连接，直通/关断低功耗控制模块220与输入级模块230、输出级模块240分别连接。

增益功耗编程控制模块210接参考电流Iref，输出级模块240接电源电压Vdd，直通/关断低功耗控制模块220接基准偏置电压Vb。

增益功耗编程控制模块210包括n个并联的增益功耗编程控制单元，每个增益功耗编程控制单元的结构相同。

每个增益功耗编程控制单元接收使能信号EN和控制信号Ctrl[i]；i＝1,2,...,n；i为整数。

增益功耗编程控制模块210根据使能信号EN和控制信号Ctrl控制射频放大器处于直通模式、关断模式、增益模式中的任意一种。

在增益模式下，通过控制信号Ctrl调整射频放大器的增益，优化增益功耗能效比；在直通模式或关断模式下，进行低功耗控制，关闭放大器偏置，增加电源-地阻抗，进一步地降低漏电功耗，实现直通模式和关断模式的低功耗控制；提升了射频放大器的功耗效率，降低了系统功耗。

输入级模块230包括NMOS管Nin。

直通/关断低功耗控制模块220包括一个或门or、一个与门and、一个开关单元SPST、NMOS管Mm。或门or的输入端与增益功耗编程控制模块210连接，与门and的输入端接收使能信号EN，与门and的输出端与开关单元SPST的第一端连接，开关单元SPST的第二端与NMOS管Nin连接，或门or的输出端与NMOS管Mm连接；NMOS管Mm与输入级模块中的NMOS管Nin连接；或门or的输出端还和与门and的输入端连接。

输出级模块240包括NMOS管Mo，NMOS管Mo与开关单元SPST的第三端连接，NMOS管Mo与NMOS管Mm连接。

当使能信号EN＝1，n个增益功耗编程控制单元接收的控制信号均为Ctrl＝0时，射频放大器偏置关闭，直通/关断低功耗控制模块220中的开关单元导通，射频放大器为直通模式；当使能信号EN＝1，n个增益功耗编程控制单元接收的控制信号不是全部为Ctrl＝0时，射频放大器为增益模式，通过调整各个增益功耗编程控制单元接收的控制信号Ctrl的值，调整射频放大器的增益；当使能信号EN＝0时，射频放大器偏置关闭，直通/关断低功耗控制模块220的开关单元关断，射频放大器为关断模式。控制信号Ctrl的取值为0或1。

其中，射频放大器偏置为输入级模块230中NMOS管Nin和输出级模块240中NMOS管Mo的栅极偏置。

在射频放大器为关断模式或直通模式时，射频放大器偏置关闭，降低了射频放大器的功耗；此外，由于NMOS管Nin和NMOS管Mo之间存在一个NMOS管Mm，从电源电压Vdd到地之间为3个NMOS管，相较于电源电压Vdd到地之间有2个NMOS管的情况，电源到地的阻抗增加，进一步地降低了漏电功耗。

图3示例性地示出了本申请实施例提供的射频放大器的结示意图。

如图3所示，在增益功耗编程控制模块210中，每个增益功耗编程控制单元包括NMOS管Ninbi，NMOS管M1i、NMOS管M2i，反相器invi、与门andi，i的取值范围为1至n，i为整数。

在每个增益功耗编程控制单元中，NMOS管Ninbi的漏极通过电阻Rref接参考电流Iref，NMOS管Ninbi的栅极与输入级模块230中NMOS管Nin连接。

NMOS管Ninbi与NMOS管Nin构成电流镜。

NMOS管Ninbi的源极接地。

NMOS管M1i的漏极与电阻Rref连接，NMOS管M1i的源极与NMOS管Ninbi的栅极连接，NMOS管M2i的漏极与NMOS管Ninbi的栅极连接，NMOS管M1i的栅极通过反相器invi与NMOS管M2i的栅极连接。NMOS管M2i的源极接地。

与门andi的输出端与NMOS管M1i的栅极连接，与门andi的输入端接收控制信号Ctrl[i]和使能信号EN，与门andi的输出端还与直通/关断低功耗控制模块220中的或门or连接。

如图3所示，在输入级模块230中，NMOS管Nin的栅极通过耦合电阻Rg与增益功耗编程控制模块连接，具体地，每个增益功耗编程控制单元中的NMOS管Ninbi的栅极均与耦合电阻Rg连接。

NMOS管Nin的栅极通过耦合电容Cg、耦合电感Lg接收射频输入信号RFin，NMOS管Nin的源极通过反馈电感Ls接射频地RF GND。NMOS管Nin的漏极与直通/关断低功耗控制模块220中的NMOS管Mm的源极连接。

如图3所示，在输出级模块240中，NMOS管Mo的源极与直通/关断低功耗控制模块220中的NMOS管Mm的漏极连接，NMOS管Mo的漏极通过负载电阻Ld接电源电压Vdd，NMOS管Mo的漏极接耦合电容Co输出射频输出信号RFout，NMOS管Mo的栅极通过电容Cb接所述电源电压Vdd，NMOS管Mo的栅极通过电阻Rb与直通/关断低功耗控制模块220连接，NMOS管Mo的漏极通过耦合电容Co与开关单元SPST的第三端连接。

如图3所示，直通/关断低功耗控制模块还包括反相器invb、反相器inv、NMOS管M7、NMOS管M8。

NMOS管M7的漏极接基准偏置电压Vb，NMOS管M7的源极与NMOS管M8的漏极连接，NMOS管M7的栅极通过反相器invb与NMOS管M8的栅极连接，NMOS管M7的源极与输出级模块240中NMOS管Mo的栅极连接。

NMOS管M7的栅极与反相器inv的输入端连接，反相器inv的输出端和与门and的输入端连接。

或门or的输出端与反相器inv的输入端连接。

或门or的输入端与每个增益功耗编程控制单元连接，或门or的输出端通过电阻R1与NMOS管Mm的栅极连接。

开关单元SPST的一端和与门and的输出端连接，开关单元SPST的第二端与NMOS管Nin的栅极连接，开关单元SPST的第三端与NMOS管Mo的漏极连接。

在增益功耗编程控制模块210中，第i个增益功耗编程控制单元中NMOS管Ninbi的尺寸权重为2

以增益功耗编程控制模块中包括3个增益功耗编程控制单元为例，即i的取值为1，2，3。请参考图4，其示出了本申请实施例提供的一种射频放大器的结构示意图，该射频放大器包括3-bits增益功耗编程控制模块310。

该射频放大器的增益功耗采用3位控制，增益功耗编程控制单元3#中NMOS管Ninb3的尺寸权重为4，增益功耗编程控制单元2#中NMOS管Ninb2的尺寸权重为2，增益功耗编程控制单元1#中NMOS管Ninb1的尺寸权重为1；实现“7--0”8种变化的增益功耗编程控制。

如图4所示，NMOS管Ninb1的栅极、NMOS管Ninb2的栅极、NMOS管Ninb3的栅极均与输入级模块230中的耦合电阻Rg连接。图4中的“W”指的是NMOS管的宽度。

可选的，在直通/关断低功耗控制模块中，开关单元包括2个串联开关控制支路和1个并联开关控制支路。

一个串联开关控制支路的一端与输出级模块中的NMOS管Mo连接，另一个串联开关控制支路的一端与输入级模块中的NMOS管Nin连接，并联开关控制支路的一端还与2个串联开关控制支路的另一端连接，并联开关控制支路的另一端接地；每个串联开关控制支路均与并联开关控制支路连接。与门and的输出端与2个串联开关控制支路分别连接，与门and的输出端连接每个串联开关控制支路的控制端；与门and的输出端还与并联开关控制支路连接，与门and的输出端连接并联开关控制支路的控制端。

当开关单元SPST为关断状态时，2个串联开关控制支路的开关信号均为关断信号，并联开关控制支路的开关信号为导通信号；NMOS管Nin和NMOS管Mo分别和开关单元断开，并联开关控制支路与地接通。

当开关单元SPST为导通状态时，2个串联开关控制支路的开关信号均为导通信号，并联开关控制支路的开关信号为关断信号；NMOS管Nin和NMOS管Mo分别和开关单元接通，并联开关控制支路不与地接通。

通过对开关单元SPST采用串并联结构，在开关单元SPST为关断状态时，并联开关控制支路接地，优化串联开关控制支路的关断米勒电容效应对增益模式下射频性能的影响。

需要说明的是，本申请实施例对SPST单元中的串联开关控制支路和并联开关控制支路的具体电路结构不作限定。

以图4所示的射频放大器为例，射频放大器中直通/关断低功耗控制模块220中开关单元SPST包括2个串联开关控制支路和1个并联开关控制支路，如图5所示。在开关单元SPST中，SW1为一个串联开关控制支路输出的开关控制信号，SW2为另一个串联开关控制支路输出的开关控制信号，SW3为并联开关控制支路输出的开关控制信号，SW1用于控制开关单元SPST与NMOS管Mo的连接状态，SW2用于控制开关单元SPST与NMOS管Nin的连接状态，SW3用于控制并联开关控制支路是否接地。

在一个例子中，对图4或图5所示的一种3-bits射频放大器进行仿真，得到图6所示的增益变化曲线图和图7所示的功耗变化曲线图。

图6中曲线61对应的控制信号为Ctrl＝001，曲线62对应的控制信号为Ctrl＝010，曲线63对应的控制信号为Ctrl＝011，曲线64对应的控制信号为Ctrl＝100，曲线65对应的控制信号为Ctrl＝101，曲线66对应的控制信号为Ctrl＝110，曲线67对应的控制信号为Ctrl＝111，曲线68对应的控制信号为Ctrl＝000。从图6可以看出，射频放大器的增益从18dB到直通模式的-2dB范围内逐渐变化。

从图7可以看出，射频放大器的功耗从5mA到0(直通模式)逐渐变化。

本申请实施例提供的射频放大器，包括增益功耗编程控制模块、输入级模块、输出级模块、直通/关断低功耗控制模块，增益功耗编程控制模块与直通/关断低功耗控制模块、输入级模块分别连接，直通/关断低功耗控制模块与输入级模块、输出级模块分别连接；增益功耗编程控制模块包括n个并联的增益功耗编程控制单元，每个增益功耗编程控制单元接收控制信号和使能信号，通过增益功耗编程控制模块输入的能信号和控制信号，调整输入级偏置电流镜镜像比、控制输入级偏置电压、调整射频放大器的功耗和增益，实现射频放大器的增益功耗可数字编程控制，优化增益功耗能效比，以及根据使能信号和控制信号控制直通/关断低功耗控制单元，控制射频放大器工作在直通模式或关断模式，当射频放大器为直通模式或关断模式时，关闭放大器偏置，增加电源-地的阻抗，进一步降低射频放大器的漏电功耗。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。