一种低噪声放大器宽范围高精度的增益控制电路的制作方法

1.本发明属于射频低噪声放大器技术领域，特别是涉及一种低噪声放大器宽范围高精度的增益控制电路。


背景技术：

2.低噪声放大器作为接收机系统的第一级放大器，其主要功能是放大接收到的信号并传输到下一级，同时需要保证自身产生的噪声尽量小，使得提供一定的增益的同时减小下一级噪声对电路的影响。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，高增益模式下仍然需要保证较低的噪声以确保整个系统的噪声以及灵敏度。与此同时，为满足低功耗要求，需要在尽量保证噪声要求的情况下降低整体电路的功耗。目前增益可变的lna备受市场关注。现有的可变增益低噪声放大器的结构，是由多个mos管并联组成，通过控制输入mos管的开启个数来实现最终输出增益的可控。但该方法可以实现的动态范围有限。其动态范围主要由mos管的并联个数以及每个mos管的放大倍数决定。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种低噪声放大器宽范围高精度的增益控制电路，解决了以上问题。
4.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
5.本发明的一种低噪声放大器宽范围高精度的增益控制电路，包括主放大电路、与主放大电路相连的电流偏置控制电路以及依次串联的第一增益衰减网络、第二增益衰减网络、第三增益衰减网络；
6.所述主放大电路的输入端设置有第一开关，所述主放大电路的输出端设置有第二开关，所述主放大电路的输入端与输出端之间并联有第三开关；
7.所述电流偏置控制电路共使用五组电流源作为电流源偏置，每组电流源均由一个开关控制，通过控制该开关的通断即可实现控制输出至电流源偏置管时的电流，并以此控制主放大电路的电流。
8.进一步地，当所述第一开关和第二开关导通，第三开关关断时，信号将在主放大电路中进行放大，并输出至第一增益衰减网络。
9.进一步地，当所述第一开关和第二开关关断，所述第三开关导通时，信号直接通过第三开关到达第一增益衰减网络。
10.进一步地，所述第一增益衰减网络提供3db衰减，第二增益衰减网络提供6db的增益衰减，第三个增益衰减器提供9db的增益衰减，串联即可实现最大18db的增益衰减。
11.进一步地，所述第一增益衰减网络、第二增益衰减网络、第三个增益衰减器均采用t型电阻网络组成，t型电阻网络包括上部串联的第一电阻和第二电阻以及连接于第一电阻和第二电阻之间的第三电阻，第一电阻的输入端与第二电阻的输出端之间并联有第四开
关，第三电阻与接地之间设有第五开关；若第四开关导通，则第五开关关断，信号在衰减器内部将不产生衰减，若第五开关导通，第四开关关断，则信号产生衰减。
12.本发明相对于现有技术包括有以下有益效果：
13.本发明通过控制主放大电路的电流大小、通断情况以及串联增益衰减器的衰减量，即可实现-12db～18db的增益动态范围，其中增益控制步长为3db，此外，该电路在实现可变增益的同时，降低了电路的功耗，在负增益档功耗基本降为0。
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为本发明一种低噪声放大器宽范围高精度的增益控制电路的结构框图；
17.图2为本发明的ibias的电路结构示意图；
18.图3为本发明的增益衰减网络的t型结构结构图；
19.图4为本发明的主放大电路的结构示意图；
20.图5为本发明具体实施例的sp仿真结果s21曲线图；
21.图6为常见的可变增益低噪声放大器的结构示意图；
22.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
23.s1-第一开关，s2-第二开关，s3-第三开关，amp-主放大电路，ibias-电流偏置控制电路，att1-第一增益衰减网络，att2-第二增益衰减网络，att3-第三增益衰减网络，s21-第四开关，s22-第五开关，r21-第一电阻，r22-第二电阻，r23-第三电阻。
具体实施方式
24.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。
25.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。
26.如图6所示，为一种常见的可变增益低噪声放大器的结构，该结构由多个mos管并联组成，通过控制输入mos管的开启个数来实现最终输出增益的可控。但该方法可以实现的动态范围有限。其动态范围主要由mos管的并联个数以及每个mos管的放大倍数决定。也为了解决上述问题，本发明提出如下技术方案：
27.请参阅图1-5所示，本发明的一种低噪声放大器宽范围高精度的增益控制电路，包括主放大电路amp、与主放大电路amp相连的电流偏置控制电路ibias以及依次串联的第一增益衰减网络att1、第二增益衰减网络att2、第三增益衰减网络att3，该电路最终可以实现
从-12db到18db的增益控制，动态范围达到30db，增益控制步长为3db，满足不同场景的需求；
28.主放大电路amp的输入端设置有第一开关s1，主放大电路amp的输出端设置有第二开关s2，主放大电路amp的输入端与输出端之间并联有第三开关s3；
29.电流偏置控制电路ibias共使用五组电流源作为电流源偏置，五组电流源具体为i1，i2，i3，i4，i5，每组电流源均由一个开关控制，通过控制该开关的通断即可实现控制输出至电流源偏置管时的电流，并以此控制主放大电路的电流；其五路电流值以二倍乘的形式逐步升高，在五路电流源的输出端加上5个开关s11、s12、s13、s14、s15，通过对五路开关进行编程控制，可以输出一个可变的电流。此时该电流将流入下方的电流源管m1，利用mos管在不同电流下将会有不同电压的输出的特性使得在mos管的栅极形成一个可控的电压值，并将该电压值通过一个串联电阻接到主放大电路中共源管的栅极以控制主放大电路的电流。
30.其中，当第一开关s1和第二开关s2导通，第三开关s3关断时，信号将在主放大电路amp中进行放大，并输出至第一增益衰减网络att1，信号通过主放大电路对信号进行放大，此时通过控制ibias模块的电流给主放大电路中的共源管提供一个可变的电压，以此调整主放大电路的电流。通过调整偏置电压，最大可以输出18db的功率增益，之后信号将通过一个选通的增益衰减网络，其由三个增益衰减器串联组成。
31.其中，当第一开关s1和第二开关s2关断，第三开关s3导通时，信号直接通过第三开关s3到达第一增益衰减网络att1，信号直接通过第三开关s3到达增益衰减网络的输入端，之后信号将通过增益衰减网络完成信号的衰减，由于衰减器可以提供0～18db的衰减量，因此最终该通路可以实现-18～0db的增益动态范围。此时由于不通过主放大电路，整体电路只有开关和增益衰减网络导通，功耗基本降为0。利用开关控制以上两个通路的通断，配合增益衰减网络的控制以及ibias模块的电流控制，电路将以3db为步长，实现从-12db～18db的增益动态范围。同时在该动态范围内可以适当降低功耗。
32.其中，第一增益衰减网络att1提供3db衰减，第二增益衰减网络att2提供6db的增益衰减，第三个增益衰减器att3提供9db的增益衰减，串联即可实现最大18db的增益衰减，即将三个衰减器串联连接可以提供0～18db的增益衰减量，利用该衰减网络，同时配合控制ibias的输出电流，该通路可以实现0～18db的增益动态范围。
33.其中，第一增益衰减网络att1、第二增益衰减网络att2、第三个增益衰减器att3均采用t型电阻网络组成，t型电阻网络包括上部串联的第一电阻r21和第二电阻r22以及连接于第一电阻r21和第二电阻r22之间的第三电阻r23，第一电阻r21的输入端与第二电阻r22的输出端之间并联有第四开关s21，第三电阻r23与接地之间设有第五开关s22；若第四开关s21导通，则第五开关s22关断，信号在衰减器内部将不产生衰减；当需要实现增益衰减时，第四开关s21断开，第五开关s22导通，信号将通过t型电阻衰减网络实现信号的衰减。
34.如图4所示，为本具体实施例的低噪声放大器宽范围高精度的增益控制电路的主放大电路，共源共栅放大器输入级电路中晶体管m1和晶体管m2的源极与电感ls串联，构成源简并电感型共源放大器。其中晶体管m1栅极的偏置电压由ibias模块提供，为一个可变电压。
35.如图5所示，本方案在cadence平台上，通过sp仿真，得到了各档增益下的小信号增
益s21。由图可知，该电路最终可以提供-12～18db的功率增益动态范围。
36.有益效果：
37.本发明通过控制主放大电路的电流大小、通断情况以及串联增益衰减器的衰减量，即可实现-12db～18db的增益动态范围，其中增益控制步长为3db，此外，该电路在实现可变增益的同时，降低了电路的功耗，在负增益档功耗基本降为0。
38.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。