采用负载可控阵列提升多增益档低噪声放大器线性度电路的制作方法

1.本发明属于低噪声放大器技术领域，特别是涉及采用负载可控阵列提升多增益档低噪声放大器线性度电路。


背景技术：

2.线性度是射频电路的一项重要指标。理想情况下，射频电路模块对小信号的响应可以看作是线性的放大或者衰减。然而在实际情况中，电路非线性的存在使得信号产生增益压缩，减敏阻塞，互调交调等一系列恶化信号质量的问题。低噪声放大器作为接收机系统的第一级放大器，需要提供较大的动态范围，根据天线端接收信号的强度大小，工作在不同增益下。当接收信号较强时，低噪声放大器不需要提供较大增益，但是需要有较好的线性度来处理大信号。因此线性度也是该电路模块一个很重要的指标，衡量线性度优劣的指标有很多，其中一个定义简洁，应用广泛的指标是1db压缩点。
3.现有的常见的低噪声放大器增益控制结构，是通过低噪声放大器输出端的串联衰减网络实现增益控制，通过选择不同的衰减网络组合，实现很大的增益衰减，再结合主放大器的增益，可以实现21至-12db的动态范围。然而该实现的技术方案存在的问题是低增益档的线性度较差，在增益下降的过程中，输入1db压缩点没有提升。因此，针对以上问题，提供采用负载可控之列提升多增益低噪声放大器线性度电路具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明提供了采用负载可控阵列提升多增益档低噪声放大器线性度电路，解决了以上问题。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明的采用负载可控阵列提升多增益档低噪声放大器线性度电路，包括主放大电路，所述主放大电路包括依次串联的射频输入端口、输入匹配电感、输入隔直流电容、第一共源共栅管、第二共源共栅管、负载电感、电源电压端，所述第一共源共栅管上连接有源级退化电感；
7.所述电源电压端与射频输出端口之间连接有可编程电阻阵列以及输出匹配电容；
8.所述可编程电阻阵列由四路电阻以及四路开关分别串联构成四组通路；所述四路电阻具体为第一路电阻、第二路电阻、第三路电阻、第四路电阻；所述四路开关具体为第一路开关、第二路开关、第三路开关、第四路开关；每一路上的电阻阻值不同，按照一定比例设置参数，所述四路开关采用mos管作为开关，所述mos管也具有一定的导通电阻，其阻值与开关尺寸成反比；通过四路开关进行编程控制，可调整输出阻抗大小，进而改变增益。
9.进一步地，每一路上的电阻阻值比例具体为：第四路电阻＝2倍第三路电阻＝4倍第二路电阻＝8倍第一路电阻。
10.进一步地，每一路上的开关尺寸与四路电阻相对应，具体为:第一路开关＝2倍第二路开关＝4倍第三路开关＝8倍第四路开关，保持每一路开关导通电阻与实际电阻阻值比
例一致。
11.进一步地，通过调整可编程电阻阵列的负载电阻阻值，增益可调低噪声放大器可以实现8.5db的动态范围。
12.本发明相对于现有技术包括有以下有益效果：
13.本发明通过控制可编程负载电阻，实现主放大器增益变化，相比使用输出端衰减器的方案，该方案能够提高低噪声放大器的线性度，仿真结果显示低增益档的输入p1db有明显提升，该方案同时可以与串联衰减器，可编程电流偏置结合，实现低噪放更大的增益动态范围；本发明通过调整可编程电阻阵列阻值，增益放大器可以实现9db动态范围，通过配合其他增益控制方案，如偏置电流调整，最终实现-12db～18db的大增益动态范围，线性度优于输出衰减方案。
14.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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他的附图。
16.图1为本发明具体实施例采用负载可控阵列提升多增益档低噪声放大器线性度电路的结构框图；
17.图2为图1中可编程电阻阵列的结构图；
18.图3为一种可行的低噪声放大器增益控制电路图；
19.图4为本具体实施例使用可编程电阻网络的低噪声放大器的增益动态范围仿真结果图；
20.图5为两种增益控制方案的线性度仿真结果图；
21.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
22.rfin-射频输入端口，lg-输入匹配电感，c1-输入隔直流电容，m1-第一共源共栅管，m2-第二共源共栅管，ld-负载电感，vdd-电源电压端，rbank-可编程电阻阵列，c2-输出匹配电容，rfout-射频输出端口，r21-第一路电阻，r22-第二路电阻，r23-第三路电阻，r24-第四路电阻，s1-第一路开关，s2-第二路开关，s3-第三路开关，s4-第四路开关。
具体实施方式
23.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它实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“串联”、“输入端”、“输出端”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件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发明的限制。
25.如图3所示，为一种常见的低噪声放大器增益控制方案，该结构通过低噪声放大器
输出端的串联衰减网络实现增益控制，通过选择不同的衰减网络组合，可以实现很大的增益衰减，再结合主放大器的增益，可以实现21到-12db的动态范围。然而该实现方案存在的问题是低增益档的线性度较差，在增益下降的过程中，输入1db压缩点没有提升。也为了解决上述问题，本发明提出如下技术方案：
26.本技术方案用于lte系统，属于射频集成电路领域。设计电路由包括可编程负载电阻的主放大电路以及电流偏置电路组成。通过控制可编程负载电阻，实现主放大器增益变化。相比使用输出端衰减器的方案，该方案能够提高低噪声放大器的线性度，仿真结果显示低增益档的输入p1db有明显提升。该方案同时可以与串联衰减器，可编程电流偏置结合，实现低噪放更大的增益动态范围。
27.请参阅图1-2以及图4-5所示，本发明的采用负载可控阵列提升多增益档低噪声放大器线性度电路，包括主放大电路，主放大电路包括依次串联的射频输入端口rfin、输入匹配电感lg、输入隔直流电容c1、第一共源共栅管m1、第二共源共栅管m2、负载电感ld、电源电压端vdd，第一共源共栅管m1上连接有源级退化电感ls；
28.电源电压端vdd与射频输出端口rfout之间连接有可编程电阻阵列rbank以及输出匹配电容c2，可编程电阻阵列rbank是实现低噪放增益变化以及线性度提升的核心模块；
29.可编程电阻阵列rbank由四路电阻以及四路开关分别串联构成四组通路；四路电阻具体为第一路电阻r21、第二路电阻r22、第三路电阻r23、第四路电阻r24；四路开关具体为第一路开关s1、第二路开关s2、第三路开关s3、第四路开关s4；每一路上的电阻阻值不同，按照一定比例设置参数，通过4比特控制字控制开关的导通与关断，可以产生16种负载阻值；四路开关采用mos管作为开关，mos管也具有一定的导通电阻，其阻值与开关尺寸成反比；通过四路开关进行编程控制，可调整输出阻抗大小，进而改变增益，相比图3所示的输出衰减网络方案，本方案可以显著提升低噪放的线性度。
30.其中，每一路上的电阻阻值比例具体为：第四路电阻r24＝2倍第三路电阻r23＝4倍第二路电阻r22＝8倍第一路电阻r21。
31.其中，每一路上的开关尺寸与四路电阻相对应，具体为:第一路开关s1＝2倍第二路开关s2＝4倍第三路开关s3＝8倍第四路开关s4，保持每一路开关导通电阻与实际电阻阻值比例一致。
32.如图4所示，其中，通过调整可编程电阻阵列rbank的负载电阻阻值，增益可调低噪声放大器可以实现8.5db的动态范围；其横轴为频率范围，纵轴为该频率对应的增益。从上至下一共标注了a,b,c,d,e,f六条增益曲线，对应的是使用不同控制字的增益。最高增益如曲线a所示，中心频率增益为21.25db，此时的控制字为0000，对应s1-s4全关。最低增益如曲线f所示，中心频率增益为12.78db，此时的控制字为1111，对应s1-s4全开。b,c,d,e分别对应控制字为1110,1011,0111,0010，可以实现中间增益的选择。在实际应用中，可编程负载电阻阵列可以与其他增益控制方案一起，实现多达40db的动态范围。
33.如图5所示，比较了两种增益控制方案下低噪放的线性度，其横坐标为输入信号功率，纵坐标为输出信号功率，可以看到在高输入功率的情况下出现增益压缩的现象，按照1db增益压缩的定义标注出了两条曲线的输入1db压缩点。在相同的增益下，红线所示是本专利提出的使用可编程电阻阵列的方案，绿线所示是使用输出衰减网络的方案，可以看出，本专利所使用的方案具有线性度更优的特点，在相同的增益下，线性度提高6.7db。
34.由此可知，本技术方案包括共源共栅管，可编程电阻阵列，输出负载电感，输入匹配网络，源级退化电感；通过调整可编程电阻阵列阻值，增益放大器可以实现9db动态范围，通过配合其他增益控制方案，如偏置电流调整，最终实现-12db～18db的大增益动态范围；其中，可编程电阻阵列由4路电阻开关串联通路组成，每一路开关均可单独控制导通与关断，从而实现不同负载电阻阻值。若4个开关全部断开，则此时电阻不接入主放大电路，低噪放拥有最大增益，若4个开关全部关断，则此时所有电阻均接入主放大电路，负载阻值最小，低噪放拥有最小增益，从而实现9db动态范围。在该情况下，线性度优于输出衰减方案。
35.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。