一种改进增益衰减方案的多增益控制低噪声放大器的制作方法

1.本发明属于射频低噪声放大器技术领域，特别是涉及一种改进增益衰减方案的多增益控制低噪声放大器。


背景技术：

2.在接收机系统中，低噪声放大器是接收前端的最重要模块之一。它位于天线和射频滤波器的后一级，必须对射频滤波器表现为一个50欧姆的负载特性以保证最大的功率传输，其噪声特性将直接影响整个系统的噪声性能，进而决定接收机的灵敏度和动态工作范围。与普通放大器相比，低噪声放大器一方面可以减小系统的杂波干扰，提高系统的灵敏度；另一方面放大系统的信号，保证系统工作的正常运行。在多级相连的系统中，第一级噪声系数占重要的比重，后续各级模块噪声由于前级增益提高，其影响将大大减小。同时，为了减小后级电路的设计难度，lna不仅要有低的噪声系数，还要能提供高的增益。此外，为了满足lte系统中很大的动态范围要求，低噪声放大器需要提供多种增益模式，其中最低增益模式需要提供-12db。当然，在增益从最高增益档向低增益档衰减时，需要保证线性度不会随着增益衰减而恶化。同时，不能让系统因为增益的衰减而引入过多的噪声。目前增益可变的lna备受市场关注。
3.现有的可实现增益控制的低噪声放大器的结构，该结构包含一个射频功率检测器、开关电路以及主放大电路。当输入信号的功率较低时，经过检测器的检测和判断，开关信号使得开关晶体管工作在线性区，形成衰减。当检测器检测到信号功率较大时，在使开关晶体管工作在线性区的基础上，开启输出晶体管并使其工作在线性区，与开关晶体管同时完成信号衰减。但该结构较为复杂，因为引入了功率检测器，且电路的功耗较高。与此同时，该结构仅有两种衰减方案，可调范围较小。于是我们提出了新的增益控制方案。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种改进增益衰减方案的多增益控制低噪声放大器，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.本发明的一种改进增益衰减方案的多增益控制低噪声放大器，包括增益放大器、旁路结构以及可编程的电阻衰减网络；
7.所述电阻衰减网络连接于增益放大器的后端，信号先经过增益放大器的放大，电阻衰减网络引入的噪声就不会被放大，从而改善整个电路的噪声系数；所述电阻衰减网络用于实现在增益衰减的同时，没有增加噪声，且位于输出端的电阻衰减网络输出匹配更容易接近50ohm；且所述电阻衰减网络在输出端，使得输出阻抗更接近匹配的状态；
8.所述增益放大器两侧并联有第一开关；
9.所述电阻衰减网络包括连接于输入端以及输出端之间的三个支路；第一支路上安装有第二开关；第二支路上依次串联有第三开关、第一电阻、第二电阻、第四开关，且位于第
一电阻与第二电阻之间连接有接地的第三电阻；第三支路上依次串联有第五开关、第四电阻、第五电阻、第六开关，且位于第四电阻、第五电阻之间连接有第六电阻。
10.进一步地：当所述第一开关断开，所述第二开关导通时，信号经过增益放大器的放大，再经过电阻衰减网络的衰减，即可实现从最高增益档衰减，实现增益控制。
11.进一步地，当所述第一开关导通时，第二开关会关断，这样增益放大器就不会产生功耗，信号将经过第一开关直接经过电阻衰减网络的衰减，因为没有经过amp的放大，此时就可产生负增益，实现信号的衰减，大大增加了系统的增益范围。
12.进一步地，当第二开关导通时，信号直接传送到输出端，没有衰减；
13.当第二开关关断同时导通第三开关、第四开关，关断第五开关、第六开关，信号就会从导通的通路，经过第一电阻、第二电阻以及第三电阻的影响，产生3db的衰减；
14.当第二开关、第三开关、第四开关关断同时导通第五开关、第六开关,信号流经第四电阻、第五电阻以及第六电阻，产生6db的衰减；
15.整个电路可产生三种衰减，分别为0db、3db和6db，大大提高了增益控制的精度。
16.进一步地，所述第一电阻与第二电阻相等。
17.本发明相对于现有技术包括有以下有益效果：
18.本发明的结构设计，使通过控制旁路的通断情况、电阻衰减网络，即可实现很高的增益动态范围；通过控制开关的关断和导通，信号经过主放大电路的电路，搭配电阻衰减网络，可实现增益衰减，并精确控制该衰减；并且，在主放大电路不工作，可降低电路的功耗，信号直接被送到衰减模块，可产生负增益；使得信号在链路中经过电阻衰减网络的衰减，不会引入较大的噪声；电阻衰减网络置于增益放大器的后面，还有利于输出匹配的优化，因为会有电阻网络的引入，使得输出阻抗更易做到阻抗匹配；电阻衰减网络内为并联的电阻结构，当需要更精确的衰减控制时，可在此基础上，增加衰减的模块，这样就可以实现更大的增益衰减和更准确的增益控制。
19.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
20.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。
21.图1为本发明一种改进增益衰减方案的多增益控制低噪声放大器的结构图；
22.图2为图1中电阻衰减网络att的电路示意图；
23.图3为现有的增益可控低噪声放大器电路示意图；
24.图4为本发明具体实施例中电阻衰减网络att工作在三种状态时的s21仿真曲线；
25.图5为本发明具体实施例中电阻衰减网络att工作在三种状态时的nf仿真曲线；
26.图6为本发明具体实施例中电阻衰减网络att工作在三种状态时的s22仿真曲线。
具体实施方式
27.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。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“串联”、“并联”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。
29.如图3所示，为一种现有的可实现增益控制的低噪声放大器的结构，该结构包含一个射频功率检测器、开关电路以及主放大电路。当输入信号的功率较低时，经过检测器的检测和判断，开关信号使得开关晶体管工作在线性区，形成衰减。当检测器检测到信号功率较大时，在使开关晶体管工作在线性区的基础上，开启输出晶体管并使其工作在线性区，与开关晶体管同时完成信号衰减。但该结构较为复杂，因为引入了功率检测器，且电路的功耗较高。与此同时，该结构仅有两种衰减方案，可调范围较小。于是我们提出了新的增益控制方案。
30.如图1-2以及图4-6所示，为一种常见的可变增益低噪声放大器的结构，该结构包括增益放大器amp、旁路结构bypass以及可编程的电阻衰减网络att；
31.电阻衰减网络att连接于增益放大器amp的后端，信号先经过增益放大器amp的放大，电阻衰减网络att引入的噪声就不会被放大，从而改善整个电路的噪声系数；电阻衰减网络att用于实现在增益衰减的同时，没有增加噪声，且位于输出端的电阻衰减网络att输出匹配更容易接近50ohm；且所述电阻衰减网络att在输出端，使得输出阻抗更接近匹配的状态；
32.增益放大器amp两侧并联有第一开关s1；
33.电阻衰减网络att包括连接于输入端input以及输出端output之间的三个支路；第一支路上安装有第二开关s2；第二支路上依次串联有第三开关s31、第一电阻r31、第二电阻r32、第四开关s32，且位于第一电阻r31与第二电阻r32之间连接有接地的第三电阻r33；第三支路上依次串联有第五开关s61、第四电阻r61、第五电阻r62、第六开关s62，且位于第四电阻r61、第五电阻r62之间连接有第六电阻r63。
34.其中，当第一开关s1断开，第二开关s2导通时，信号经过增益放大器amp的放大，再经过电阻衰减网络att的衰减，即可实现从最高增益档衰减，实现增益控制。
35.其中，当第一开关s1导通时，第二开关s2会关断，这样增益放大器amp就不会产生功耗，信号将经过第一开关s1直接经过电阻衰减网络att的衰减，因为没有经过amp的放大，此时就可产生负增益，实现信号的衰减，大大增加了系统的增益范围。
36.其中，当第二开关s2导通时，信号直接传送到输出端，没有衰减；
37.当第二开关s2关断同时导通第三开关s31、第四开关s32，关断第五开关s61、第六开关s62，信号就会从导通的通路，经过第一电阻r31、第二电阻r32以及第三电阻r33的影响，产生3db的衰减；
38.当第二开关s2、第三开关s31、第四开关s32关断同时导通第五开关s61、第六开关s62,信号流经第四电阻r61、第五电阻r62以及第六电阻r63，产生6db的衰减；
39.整个电路可产生三种衰减，分别为0db、3db和6db，大大提高了增益控制的精度。
40.其中，第一电阻r31与第二电阻r32相等。
41.如图4所示，为衰减模块工作在三种状态时的s21仿真曲线。在频率为3.4ghz时，曲线a、b、c分别对应amp工作时的三种衰减效果下的s21。当衰减器提供0db的衰减时，电路增益为21db,当衰减器提供3db衰减时，电路增益为18db,当衰减器提供6db衰减时，电路增益为15db。曲线d、e、f分别对应amp不工作时的三种衰减效果下的s21。当衰减器提供0db的衰减时，电路增益为0db，当衰减器提供3db衰减时，电路增益为-3db，当衰减器提供6db的衰减时，电路增益为-6db。
42.如图5所示，为衰减模块工作在三种状态时的nf仿真曲线。在频率为3.8ghz时，当衰减器提供0db的衰减时，电路的噪声系数nf为0.62db，当衰减器提供3db的衰减时，电路的nf为0.65db，当衰减器提供6db衰减时，电路的nf为0.72db。从仿真结果可以清晰的看出，该模块的引入没有使噪声恶化，噪声系数的变化仅为增益的变化所引起的。
43.如图6所示，为衰减模块工作在三种状态时的s22仿真曲线。在频率为3.7ghz时，当衰减器提供0db的衰减时，电路的s22为-10db，当衰减器提供3db的衰减时，电路的s22为-12db，当衰减器提供6db衰减时，电路的s22为-15db。三种状态下的s22均小于-10db。
44.有益效果：
45.本发明的结构设计，使通过控制旁路的通断情况、电阻衰减网络，即可实现很高的增益动态范围；通过控制开关的关断和导通，信号经过主放大电路的电路，搭配电阻衰减网络，可实现增益衰减，并精确控制该衰减；并且，在主放大电路不工作，可降低电路的功耗，信号直接被送到衰减模块，可产生负增益；使得信号在链路中经过电阻衰减网络的衰减，不会引入较大的噪声；电阻衰减网络置于增益放大器的后面，还有利于输出匹配的优化，因为会有电阻网络的引入，使得输出阻抗更易做到阻抗匹配；电阻衰减网络内为并联的电阻结构，当需要更精确的衰减控制时，可在此基础上，增加衰减的模块，这样就可以实现更大的增益衰减和更准确的增益控制。
46.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。