可切换电容电路和低噪声放大器的制作方法

1.本实用新型涉及射频技术领域，尤其涉及一种可切换电容电路和低噪声放大器。


背景技术：

2.目前，在通过低噪声放大器的传输路径进行射频信号传输时，为了适应传输不同频率大小的射频信号，需在传输路径上设置可切换电容电路，保证低噪声放大器在工作频段内，对输出阻抗进行灵活调节，以满足阻抗匹配需求。然而现有的可切换电容电路在使低噪声放大器工作在多个不同的工作频率时，无法对可切换电容电路的电容值进行精准调节，从而影响满足实际需求。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例提供一种可切换电容电路和低噪声放大器，以解决无法对可切换电容电路呈现的电容值进行精准调节的问题。
4.一种可切换电容电路，包括n个并联的切换支路，每一所述切换支路包括串联连接的第一电容和第一开关器件，每一所述切换支路的第一端共接形成所述可切换电容电路的输入端，每一所述切换支路的第二端共接形成所述可切换电容电路的输出端；n个并联的所述切换支路，被配置为对所述可切换电容电路所呈现出的目标电容值进行切换时，使所述目标电容值呈线性变化，其中，n≧2。
5.进一步地，n个并联的所述切换支路中第i个所述切换支路处于关断状态时，第i个所述切换支路所呈现的电容值满足：
6.c
1i
＝2
i-1c11
，1≦i≦n，其中，c
11
为第1个所述切换支路处于关断状态时，第1个所述切换支路所呈现的电容值，c
1i
为第i个所述切换支路处于关断状态时，第i个所述切换支路所呈现的电容值。
7.进一步地，每一所述切换支路处于关断状态时所呈现的电容值为所述第一电容的电容值和所述第一开关器件在关断状态下的等效电容的电容值的总和。
8.进一步地，所述第i个所述切换支路中的第一电容的电容值满足：c
11i
＝2
i-1c111
，其中，c
111
为第1个所述切换支路中的第一电容的电容值，c
11i
为第i个所述切换支路中的第一电容的电容值。
9.进一步地，所述第i个所述切换支路中的第一开关器件在关断状态下的等效电容的电容值满足：
10.c
12i
＝2
i-1c121
，其中，c
121
为第1个所述切换支路中的第一开关器件在关断状态下的等效电容的电容值，c
12i
为第i个所述切换支路中的第一开关器件在关断状态下的等效电容的电容值。
11.进一步地，所述第一开关器件在关断状态下的等效电容与所述第一开关器件的栅宽相关联。
12.进一步地，所述第i个所述切换支路中的第一开关器件的栅宽满足：mi＝2
i-1
m1，其
中，m1为第1个所述切换支路中的第一开关器件的栅宽，mi为第i个所述切换支路中的第一开关器件的栅宽。
13.进一步地，所述第一开关器件为场效应晶体管；所述第一电容的第一端与所述可切换电容电路的输入端相连，所述第一电容的第二端与所述场效应晶体管的源极相连，所述场效应晶体管的漏极与所述可切换电容电路的输出端相连；
14.或者，所述场效应晶体管的源极与所述可切换电容电路的输入端相连，所述场效应晶体管的漏极与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述可切换电容电路的输出端相连；
15.其中，所述场效应晶体管的栅极为第一控制端。
16.一种低噪声放大器，包括上述的可切换电容电路。
17.进一步地，所述低噪声放大器包括第一级功率放大器和第二级功率放大器；
18.所述第一级功率放大器的第一端耦合至低噪声放大器的信号输入端，所述第一级功率放大器的第二端与所述第二级功率放大器的第三端相连，所述第一级功率放大器的第三端接地，所述第二级功率放大器的第一端为第二控制端，所述第二级功率放大器的第二端与所述可切换电容电路的输入端相连，所述可切换电容电路的输出端与低噪声放大器的信号输出端相连。
19.上述可切换电容电路和低噪声放大器，可切换电容电路，包括n个并联的切换支路，每一切换支路包括串联连接的第一电容和第一开关器件，每一切换支路的第一端共接形成可切换电容电路的输入端，每一切换支路的第二端共接形成可切换电容电路的输出端；n个并联的切换支路，被配置为对可切换电容电路所呈现出的目标电容值进行切换时，使目标电容值呈线性变化，其中，n≧2。本技术通过控制n个并联的切换支路中的第一开关器件的导通/关断状态，以对可切换电容电路所呈现出的目标电容值进行切换，且通过考虑第一开关器件在关断状态下的等效电容的电容值，使可切换电容电路呈现的目标电容值呈线性变化，从而实现更精准灵活地调整可切换电容电路呈现的目标电容值。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本实用新型一实施例中可切换电容电路的一电路示意图；
22.图2是本实用新型一实施例中低噪声放大器的一电路示意图。
23.图中：10、第一级功率放大器；20、第二级功率放大器；30、可切换电容电路；31、切换支路；311、第一电容；312、第一开关器件。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获
得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.应当理解的是，本实用新型能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。
26.应当明白，当元件或层被称为“在
…
上”、“与
…
相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在
…
上”、“与
…
直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本实用新型教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
27.空间关系术语例如“在
…
下”、“在
…
下面”、“下面的”、“在
…
之下”、“在
…
之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在
…
下面”和“在
…
下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
28.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本实用新型的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
29.为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本实用新型提出的技术方案。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。
30.本实施例提供一种可切换电容电路30，该可切换电容电路30可应用在射频放大器中。可选地，该射频放大器包括但不限于低噪声放大器、功率放大器和增益放大器。该可切换电容电路30应用在射频放大器中，便于精准地调整射频放大器中的电容值。可选地，该可切换电容电路30可设置在射频放大器的输入路径、输出路径或其他任意需要设置可调电容的电路节点中。作为优选地，该可切换电容电路30设置在射频放大器的输出路径上，通过调整可切换电容电路30所呈现的电容值,使射频放大器工作在多个不同的工作频率，可实现在射频放大器的工作频段内，对射频放大器的输出阻抗进行更精准的阻抗调节，从而保证射频信号的传输质量。
31.本实施例以可切换电容电路30应用在低噪声放大器中为例进行说明，如图2所示。需要说明的是，该可切换电容电容也可以应用在其他射频放大器中，并根据实际需求对可
切换电容电路30的目标电容值进行切换，便能够使射频放大器工作在多个不同的工作频率，实现在射频放大器的工作频段内，对射频放大器的输出阻抗进行更精准的阻抗调节，以满足射频放大器的阻抗匹配需求。
32.在一具体实施例中，如图2所示，低噪声放大器包括第一级功率放大器10和第二级功率放大器20。第一级功率放大器10的第一端耦合至低噪声放大器的信号输入端，第一级功率放大器10的第二端与第二级功率放大器20的第三端相连，第一级功率放大器10的第三端接地，该第一级功率放大器10被配置为接收信号输入端输入的射频输入信号，对射频输入信号进行第一级放大，输出第一射频放大信号。第二级功率放大器20的第一端为用于控制第二级功率放大器20的控制端，第二级功率放大器20的第二端耦合至低噪声放大器的信号输出端，该第二级功率放大器20被配置为对第一射频放大信号进行第二级放大，输出第二射频放大信号。在本实施例中，通过将可切换电容电路30的输入端与第二级功率放大器20的第二端相连，将可切换电容电路30的输出端与信号输出端相连，便能精准地通过调整可切换电容电路30的目标电容值，使低噪声放大器工作在多个不同的工作频率，实现在低噪声放大器的工作频段内，对低噪声放大器的输出阻抗进行更精准的阻抗调节，以满足低噪声放大器的阻抗匹配需求。
33.可选地，该第一级功率放大器10和第二级功率放大器20可以为hbt晶体管或场效应晶体管。示例性地，第一级功率放大器10/第二级功率放大器20的第一端为基极或栅极，第一级功率放大器10/第二级功率放大器20的第二端为集电极或源极，第一级功率放大器10/第二级功率放大器20的第三端为发射极或漏极。
34.可选地，该可切换电容电路30还可以设置在信号输入端与第一级功率放大器10的第一端之间，被配置为防止直流信号泄露至第一级功率放大器10的第一端，起隔直作用。
35.本实施例提供一种可切换电容电路30，如图1所示，包括n个并联的切换支路31，每一切换支路31包括的串联连接的第一电容311和第一开关器件312，每一切换支路31的第一端共接形成可切换电容电路30的输入端，每一切换支路31的第二端共接形成可切换电容电路30的输出端；n个并联的切换支路31，被配置为对可切换电容电路30所呈现出的目标电容值进行切换时，使目标电容值呈线性变化，其中，n≧2。
36.在一具体实施例中，可切换电容电路30包括n个并联的切换支路31，每一切换支路31的第一端共接形成可切换电容电路30的输入端，每一切换支路31的第二端共接形成可切换电容电路30的输出端。在本实施例中，通过控制n个并联的切换支路31中的第一开关器件312的工作状态，以对可切换电容电路30所呈现出的目标电容值进行切换，且通过利用第一开关器件312在关断状态下的等效电容的电容值，使可切换电容电路30呈现的目标电容值呈线性变化，从而实现更精准灵活地调整可切换电容电路30呈现的目标电容值。
37.在一实施例中，n个并联的切换支路31中第i个切换支路31处于关断状态时，第i个切换支路31所呈现的电容值满足：c
1i
＝2
i-1c11
，1≦i≦n，其中，c
11
为第1个切换支路31处于关断状态时，第1个切换支路31所呈现的电容值，c
1i
为第i个切换支路31处于关断状态时，第i个切换支路31所呈现的电容值。
38.在一具体实施例中，可通过控制n个并联的切换支路31的工作状态，从而对可切换电容电路30的目标电容值进行切换。具体地，该工作状态包括导通状态和关断状态。
39.在一具体实施例中，可切换电容电路30设置在低噪声放大器的输出路径，即设置
在第二级功率放大器20的第二端与信号输出端之间，n个并联的切换支路31中处于导通状态的切换支路31在低噪声放大器的输出路径中导通，处于关断状态的切换支路31在低噪声放大器的输出路径中关断，因此，可切换电容电路30呈现的目标电容值为n个并联的切换支路31中所有处于关断状态的切换支路31和处于导通状态的切换支路31并联后呈现的电容值，由于n个并联的切换支路31中每个切换支路31只有两种状态，即导通状态和关断状态，因此，n个并联的切换支路31一共有2n种状态组合方式，故可切换电容电路30可呈现的目标电容值有2n种。在对2n种目标电容值进行切换时，由于第i个切换支路31所呈现的电容值满足：c
1i
＝2
i-1c11
，因此，能够在对2n种目标电容值进行切换时，使目标电容值呈线性变化。
40.在本实施例中，通过使n个并联的切换支路31中第i个切换支路31处于关断状态时，第i个切换支路31所呈现的电容值满足：c
1i
＝2
i-1c11
，便能够够在对2n种目标电容值进行切换时，使目标电容值呈线性变化，进而在可切换电容电路30应用在低噪声放大器时，能够使低噪声放大器工作在多个不同的工作频率，实现在低噪声放大器的工作频段内，对低噪声放大器的输出阻抗进行更精准的阻抗调节，以满足低噪声放大器的阻抗匹配需求。
41.在一实施例中，如图1所示，每一切换支路31包括的串联连接的第一电容311和第一开关器件312，每一切换支路31处于关断状态时所呈现的电容值为第一电容311的电容值和第一开关器件312在关断状态下的等效电容的电容值的总和。
42.在一具体实施例中，每一切换支路31包括串联连接的第一电容311和第一开关器件312。在本实施例中，由于每一切换支路31包括串联连接的第一电容311和第一开关器件312，因此，通过控制第一开关器件312导通或关断，以控制每一切换支路31的导通状态或关断状态。
43.作为一示例，第一开关器件312为场效应晶体管，第一电容311的第一端与可切换电容电路30的输入端相连，第一电容311的第二端与场效应晶体管的源极相连，场效应晶体管的漏极与可切换电容电路30的输出端相连，场效应晶体管的栅极为第一控制端，通过第一控制端可以控制场效应晶体管的导通或关断。
44.作为另一示例，第一开关器件312为场效应晶体管，场效应晶体管的源极与可切换电容电路30的输入端相连，场效应晶体管的漏极与第一电容311的第一端相连，第一电容311的第二端与可切换电容电路30的输出端相连，场效应晶体管的栅极为第一控制端。
45.在本实施例中，通过将第一电容311和第一开关器件312串联，并通过使得控制信号作用于第一开关器件312的第一控制端，控制第一开关器件312的导通或关断。例如向第一控制端输入两种不同的控制信号，便能控制第一开关器件312的导通或关断，从而控制切换支路31的导通状态或关断状态。示例性地，该两种不同的控制信号可以是高电平信号和低电平信号。例如，高电平信号控制切换支路31处于导通状态，低电平信号控制切换支路31处于关断状态。
46.在一具体实施例中，当可切换电容电路30工作于高工作频段时(例如：n77频段、n79频段或者其它高频段时)，第一开关器件312在关断状态下的等效电容值与第一电容311的电容值相接近，此时相对于第一电容311的电容值而言，第一开关器件312在关断状态下的等效电容值是不可忽略的。因此，本实施例中，每一切换支路31处于关断状态时所呈现的电容值为第一电容311的电容值和第一开关器件312在关断状态下的等效电容串联时的电容值的总和。在本实施例中，由于第一开关器件312在关断状态下产生等效电容，因此，每一
切换支路31处于关断状态时所呈现的电容值为第一电容311的电容值和第一开关器件312在关断状态下的等效电容串联时的电容值的总和。作为一示例，n个并联的切换支路31包括第一切换支路、第二切换支路和第三切换支路。设第一切换支路中的第一电容311为c1、第一开关器件312为s11，第二切换支路中的第一电容311为c2、第一开关器件312为s12，第三切换支路中的第一电容311为c3、第一开关器件312为s13。例如，当第一切换支路关断、第二切换支路和第三切换支路导通时，可切换电容电路30呈现的电容值为c0＝(s11*c1/(s11 c1)) c2 c3；当第一切换支路、第二切换支路和第三切换支路均关断时，可切换电容电路30呈现的电容值为c0＝(s11*c1/(s11 c1)) (s12*c2/(s12 c2)) (s13*c3/(s13 c3))；当第一切换支路、第二切换支路和第三切换支路均导通时，可切换电容电路30呈现的电容值为c0＝0；依次类推，分别考虑第一切换支路、第二切换支路和第三切换支路中有一个关断两个导通、两个关断一个导通、三个关断或三个导通的情况，使可切换电容电路30呈现出8个电容值，该8个电容值呈线性变化。
47.需要说明的是，由于每一切换支路31处于关断状态时所呈现的电容值为第一电容311的电容值和第一开关器件312在关断状态下的等效电容的电容值的总和，因此通过配置第一电容311的电容值和第一开关器件312在关断状态下的等效电容的电容值，便可以使n个并联的切换支路31中第i个切换支路31处于关断状态时，第i个切换支路31所呈现的电容值满足：c
1i
＝2
i-1c11
。
48.在一实施例中，第i个切换支路31中的第一电容311的电容值满足：c
11i
＝2
i-1c111
，其中，c
111
为第1个切换支路31中的第一电容311的电容值，c
11i
为第i个切换支路31中的第一电容311的电容值。
49.在本实施例中，通过使第i个切换支路31中的第一电容311的电容值满足：c
11i
＝2
i-1c111
，c
111
为第1个切换支路31中的第一电容311的电容值，c
11i
为第i个切换支路31中的第一电容311的电容值。其中，第1个切换支路31中的第一电容311的电容值可以根据实际的需求或者经验设置。例如第1个切换支路31中的第一电容311的电容值可以为50f。
50.在一实施例中，第i个切换支路31中的第一开关器件312在关断状态下的等效电容的电容值满足：c
12i
＝2
i-1c121
，其中，c
121
为第1个切换支路31中的第一开关器件312在关断状态下的等效电容的电容值，c
12i
为第i个切换支路31中的第一开关器件312在关断状态下的等效电容的电容值。
51.在本实施例中，通过使第i个切换支路31中的第一开关器件312在关断状态下的等效电容的电容值满足：c
12i
＝2
i-1c121
，同时使第i个切换支路31中的第一电容311的电容值满足：c
11i
＝2
i-1c111
，从而使第i个切换支路31处于关断状态时，第i个切换支路31所呈现的电容值满足：c
1i
＝2
i-1c11
，从而在对2n种目标电容值进行切换时，使目标电容值呈线性变化。其中，可通过调整第1个切换支路31中第一开关器件312的面积，调整第1个切换支路31中的第一开关器件312在关断状态下的等效电容的电容值。该第一开关器件312的面积与第一开关器件312的栅宽和栅长相关联。示例性地，第1个切换支路31中的第一开关器件312在关断状态下的等效电容的电容值可以为30f。
52.在一实施例中，第一开关器件312在关断状态下的等效电容与第一开关器件312的栅宽相关联。
53.在一具体实施例中，第一开关器件312在关断状态下的等效电容计算公式为：c
12i
＝cox*wi*li，其中，c
12i
为第i个第一开关器件312在关断状态下的等效电容，cox为介电常数，wi为第i个第一开关器件312的栅宽，li为第i个第一开关器件312的栅长。因此，第一开关器件312在关断状态下的等效电容与第一开关器件312的栅宽和栅长相关联。但是，在实际应用中，一般通过保持第一开关器件312的栅长不变，调整第一开关器件312的栅宽来调整第一开关器件312在关断状态下的等效电容，因此，第一开关器件312在关断状态下的等效电容与第一开关器件312的栅宽相关联。需要说明的是，在技术条件允许的情况下，也可以通过第一开关器件312的栅长确定第一开关器件312在关断状态下的等效电容，或者通过同时调整第一开关器件312的栅宽和栅长来确定第一开关器件312在关断状态下的等效电容，只需满足第i个切换支路31中的第一开关器件312在关断状态下的等效电容的电容值满足：c
12i
＝2
i-1c121
即可。
54.在一实施例中，第i个切换支路31中的第一开关器件312的栅宽满足：mi＝2
i-1
m1，其中，m1为第1个切换支路31中的第一开关器件312的栅宽，mi为第i个切换支路31中的第一开关器件312的栅宽。
55.在一具体实施例中，通过保持第一开关器件312的栅长不变，调整第一开关器件312的栅宽来调整第一开关器件312在关断状态下的等效电容，并使第i个切换支路31中的第一开关器件312的栅宽满足：mi＝2
i-1
m1，便能够保证第i个切换支路31中的第一开关器件312在关断状态下的等效电容的电容值满足：c
12i
＝2
i-1c121
。需要说明的是，也可以通过保持第一开关器件312的栅宽不变，调整第一开关器件312的栅长来调整第一开关器件312在关断状态下的等效电容，只需保证该每一第一开关器件312的栅长满足li＝2
i-1
l1，同样能够保证第i个切换支路31中的第一开关器件312在关断状态下的等效电容的电容值满足：c
12i
＝2
i-1c121
。其中，l1为第1个切换支路31中的第一开关器件312的栅长，li为第i个切换支路31中的第一开关器件312的栅长。
56.需要说明的是，第1个切换支路31中的第一开关器件312的栅宽或栅长，可以根据实际的需求或者经验设置。
57.本实施例提供一种低噪声放大器，如图2所示，包括上述的可切换电容电路30。
58.在本实施例中，低噪声放大器包括可切换电容电路30，该可切换电容电路30可以设置在低噪声放大器的输入路径，输出路径或其他需要设置电容的电路节点。作为一示例，可切换电容电路30设置在低噪声放大器的输入路径，防止泄露的直流信号流入低噪声放大器中的功率放大器中，起隔直作用。作为另一示例，可切换电容电路30可设置在低噪声放大器的输出路径。由于可切换电容中的n个并联的切换支路31对可切换电容电路30所呈现出的目标电容值进行切换时，目标电容值呈线性变化，从而能够更加精准地调整可切换电容电路30的目标电容值，实现在低噪声放大器的工作频段内，对低噪声放大器的输出阻抗进行更精准的阻抗调节，以满足低噪声放大器的阻抗匹配需求。
59.在一实施例中，低噪声放大器包括第一级功率放大器10和第二级功率放大器20；第一级功率放大器10的第一端耦合至低噪声放大器的信号输入端，第一级功率放大器10的第二端与第二级功率放大器20的第三端相连，第一级功率放大器10的第三端接地，第二级功率放大器20的第一端为第二控制端，第二级功率放大器20的第二端与可切换电容电路30的输入端相连，可切换电容电路30的输出端与低噪声放大器的信号输出端相连。
60.在本实施例中，通过将第一级功率放大器10的第一端耦合至低噪声放大器的信号
输入端，将第一级功率放大器10的第二端与第二级功率放大器20的第三端相连，将第一级功率放大器10的第三端接地，第二级功率放大器20的第一端为第二控制端，将第二级功率放大器20的第二端与可切换电容电路30的输入端相连，并将可切换电容电路30的输出端与低噪声放大器的信号输出端相连，便能够精准的调节低噪声放大器的输出阻抗，从而保证第二射频放大信号的传输质量。
61.以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。