低噪声放大器和混合器的制作方法

专利名称：低噪声放大器和混合器的制作方法
低噪声放大器和混合器相关申请的交叉引用本申请依35U. S.C. $119(d)的规定要求2009年5月27日在印度递交的申请号为 1225/CHE/2009的对应专利申请的优先权，其全部内容被并入此处作为参考。
背景技术：
无线电通信已变为现代社会日常生活不可或缺的一部分，存在广泛的可能应用。 无论具体应用如何，都期望无线电发射机和无线电接收机之间清楚地通信。无线电通信的清楚程度可能取决于多种因素，包括信号强度、设备噪声和干扰功率。无线电接收机通常被设计为满足接收信号强度、设备噪声和干扰功率的最差情形。因此，接收机组件的过度设计是很常见的，当信道条件更加良好时，会导致功率的浪费。这显示出能够改进功率优化的空间。在无线电接收机电路设计中，还可能期望高放大器增益线性度和最小限度的噪声指数。噪声是电子设备和组件的非期望产物。噪声指数的一种度量是噪声因数，噪声因数是对在放大过程期间引入放大信号的噪声大小的测量。噪声因数可以是输入信号的信噪比 (SNR)与放大的输入信号的SNR之比。具有高线性度的无线电接收机放大器指示了控制所施加增益的能力。例如，可以按照线性方式放大输入信号，以免以除振幅之外的任何方式改变信号。理想放大器将是完全线性的设备，但实际放大器仅仅在特定的实际范围内是线性的。当放大器的输入信号增加时，输出的放大信号也增加，直至放大器的某一部分变为饱和并且无法产生更大的输出。 这种现象通常被称为削波，并导致失真。放大器可以被设计为以受控方式来应对削波，例如所述受控方式引起增益下降而不发生过度失真。

发明内容
在一个实施例中，提供了一种接收机电路，包括串联的多个放大晶体管，用于放大输入信号。该接收机电路还包括多个控制晶体管，其中每个控制晶体管连接至多个放大晶体管之一。每个控制晶体管在控制晶体管的栅极处接收独立控制信号，并向放大晶体管之一输出，以规定多个放大晶体管中每个放大晶体管的独立操作。操作中的多个放大晶体管的数目与接收机电路的晶体管宽度相对应。该接收机电路还包括偏置产生电路，包括仿效多个放大晶体管和多个控制晶体管的操作的电路。所述偏置产生电路接收独立控制信号和RF偏置电流输入，并向多个放大晶体管输出RF偏置电压，所述RF偏置电压与晶体管宽度的值相对应。独立控制信号和RF偏置电流输入是独立可调谐的。在另一实施例中，提供了一种调节接收机的操作特性的方法，包括接收射频 (RF)输入信号；评估RF输入信号的信号质量，以确定RF输入信号是否基本满足噪声指数和线性度要求；以及基于对RF输入信号的评估，通过以下方式来调节接收机的增益在控制晶体管的栅极处接收独立控制信号，每个控制晶体管向接收机内的多个放大晶体管之一输出，以规定多个放大晶体管中每个放大晶体管的独立操作，从而控制接收机的增益。操作中的多个放大晶体管的数目与接收机电路的晶体管宽度相对应。所述方法还包括基于接收机电路的晶体管宽度，并且与独立控制信号无关地，调节偏置电流；使用调节后的增益和调节后的偏置电流值来放大RF输入信号；以及输出放大的RF输入信号。在又一实施例中，提供了一种电感负反馈(degenerated)的低噪声信号放大器， 包括第一电感电路和第二电感电路。第一电感电路包括串联的第一多个放大晶体管，用于放大输入信号；以及第一多个控制晶体管，其中每个控制晶体管连接至第一多个放大晶体管之一。每个第一控制晶体管在第一控制晶体管的栅极处接收独立控制信号，并向第一多个放大晶体管之一输出，以规定第一多个放大晶体管中每个放大晶体管的独立操作。操作中的第一多个放大晶体管的数目与接收机电路的晶体管宽度相对应。第二电感电路包括 串联的第二多个放大晶体管，用于接收第一多个放大晶体管的输出；以及第二多个控制晶体管，其中每个控制晶体管连接至第二多个放大晶体管之一。每个第二控制晶体管在第二控制晶体管的栅极处接收独立控制信号，并向第二放大晶体管之一输出，以规定第二多个放大晶体管中每个放大晶体管的独立操作。操作中的第二多个放大晶体管的数目与接收机电路的晶体管宽度相对应，并且其中，调节第二多个放大晶体管的增益包括调节第一电感电路和第二电感电路的电感。前述发明内容仅仅是说明性的，而并非限制性的。除了上述说明性方面、实施例和特征，通过参照附图和以下详细描述，其他方面、实施例和特征将是显而易见的。


图1是包括低噪声放大器和混合器在内的示例电路的框图。图2是图1的示例折叠串联低噪声放大器和混合器电路的示例表示，所述示例折叠串联低噪声放大器和混合器电路具有电阻性输入匹配和低供电电压操作。图3是用于与如图2所示的折叠串联低噪声放大器电路进行电阻性输入匹配的示例偏置产生电路的示意表示。图4是可用于图1的电路中的示例阻抗匹配电感源负反馈低噪声放大器电路的示
意表不。图5是还可用于图1中的阻抗匹配电感源负反馈低噪声放大器的示例偏置产生电路的示意表示。图6是如图4所示的简化阻抗匹配电路的示意表示。图7示出了用于调节采用图1电路的接收机的操作特性的示例功能步骤的示例流程图。图8示出了用于连续地或周期性地评估RF输入信号并调谐如图2所示的低噪声放大器的控制输入的示例接收机电路。图9示出了被配置用于实现图7方法的示例计算设备。
具体实施例方式在以下详细说明中，参考了作为详细说明的一部分的附图。在附图中，类似符号通常表示类似部件，除非上下文另行指明。
具体实施方式
部分、附图和权利要求书中记载的示例性实施例并不是限制性的。在不脱离在此所呈现主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例，且可以进行其他改变。容易理解，在此一般性记载以及附图中图示的本公开的各方案可以按照在此明确公开的多种不同配置来设置、替换、组合、分割和设计。以下实施例可以提供一种系统，允许在功耗改变期间对低噪声放大器和混合器的线性度和噪声指数进行控制。所述系统包括两个电路控制节，一个控制节接收用于改变晶体管宽度的输入，另一个控制节接收用于改变偏置电流的输入。这两个控制节可以以独立方式设置噪声指数和线性度这两个设计参数。该系统可以根据当前或现有操作条件来进行配置，而不是被配置为始终满足例如接收信号强度、设备噪声和干扰功率的最差规格。当就接收信号功率和干扰而言的信号条件发生改变时，系统可以例如使功耗最小。图1示出了具有低噪声放大器102和混合器104的示例接收机电路100的框图。 该说明性实施例的低噪声放大器102接收输入A0、A1、A2和A3以及电压输入RF输入和RF 偏置。RF输入是通过或经由天线(未示出)接收的射频信号。如以下更详细地讨论的，低噪声放大器102基于输入A0-A3选择性地放大RF输入。在低噪声放大器102对RF输入进行选择性放大后，混合器104接收信号。一般地，低噪声放大器102包括晶体管，以对接收信号施加增益。通过施加增益， 晶体管改善了 RF输入信号的信噪比(SNI )。在该说明性实施例中，输入A0-A3确定用于放大RF信号的晶体管的数量，因此输入A0-A3有效地控制RF输入的SNR被改进多少。如果 RF输入信号非常清楚，并且不包括很多干扰，则需要较少的晶体管来满足噪声指数要求。然而，如果RF输入是有噪的，则可能需要更多的晶体管来满足相同的噪声指数要求。典型的噪声指数要求取决于所使用的接收机的类型，然而，作为噪声指数要求的一个具体示例，对于ZigBee接收机的LNA，通常在大约7_8dB的范围内。图2是根据本公开的、包括耦合至混合器104的低噪声放大器(LNA) 102在内的电路100的示意表示。低噪声放大器102采用折叠串联LNA的配置，并且电路200包括具有噪声指数和线性度可调性的电阻性输入匹配和低供电电压操作。串联低噪声放大器102包括节点242和244、电容器203和214、电阻器224和226、以及η型晶体管204、206、208、 210、216、218、220和222。混合器104包括节点242、电感器212、ρ型晶体管230和232、 电阻器238和Μ0、以及η型晶体管2；34和236。在图2的低噪声放大器102中，η型晶体管204、206、208和210的漏极共享公共节点Μ2。节点242经由电容器203耦合至地，并经由电感器212耦合至供电电压。η型晶体管204、206、208和210的源极分别耦合至η型晶体管216、218、220和222的漏极。η型晶体管216、218、220和222的源极分别耦合至地。η型晶体管204、206、208和210的栅极分别接收控制输入AO、Al、A2和A3，而η型晶体管216、218、220和222的栅极耦合至公共节点Μ4。公共节点244经由电阻器2 耦合至射频偏置(RFBIAS)电压并经由电容器214 耦合至RF输入。RF输入经由电阻器2 耦合至地。N型晶体管216、218、220和222在低噪声放大器102的RF信号路径中形成放大晶体管。与η型晶体管216、218、220和222配对的η型晶体管204、206、208和210提供低噪声放大器102的晶体管宽度可调方面。控制输入AO、Al、Α2和A3以独立方式分别导通或截止晶体管对204和216,206和218,208和220以及210和222。例如，如果控制输入AO 是逻辑1，则η型晶体管204将会截止，这还将使η型晶体管216截止。因此，通过放大η型晶体管216、218、220和222的RF信号路径变小，并将施加更小的增益。相应地，RF信号路径中的放大晶体管的总晶体管宽度是处于导通状态的η型晶体管216、218、220和222的宽度之和。如此，控制输入AO、Al、Α2和A3是控制晶体管宽度的输入。因此，任一晶体管204、206、208或210上的栅极电压Vdd分别使对应段的晶体管 216,218,220和222导通，而栅极电压0使对应段的晶体管216、218、220和222截止。RF信号路径中的放大晶体管216、218、220和222的总宽度是导通的晶体管216、218、220和222 的宽度之和。例如，数字控制信号A0-3实现宽度调谐能力。除了对晶体管宽度的控制，图2的说明性实施例还具有独立输入RFBIAS，用于控制总偏置电流。电阻器2 两端的从RFBIAS电压到公共节点244的压降控制流经低噪声放大器102的总偏置电流。因此，RFBIAS电压是用于调谐偏置电流的输入。通过用输入AO、 Al、A2和A3来调谐期望的晶体管宽度并单独用输入RFBIAS来调谐偏置电流，能够实现低噪声放大器102的线性度和噪声。例如，通过调谐晶体管宽度，可以施加更多或更少的增益， 这实现对增益的控制，获得高线性度和选择性放大信号，从而提高信号的SNR。在图2的接收机电路200的混合器104部分中，ρ型晶体管230和232的源极共享节点Μ2，并经由电感器212耦合至供电电压。ρ型晶体管230和232的漏极分别耦合至η型晶体管234和236的漏极。ρ型晶体管234和236的源极耦合至地，η型晶体管234 和235的栅极彼此耦合。η型晶体管234的漏极经由电阻器238耦合至其栅极，η型晶体管 236的漏极经由电阻器240耦合至其栅极。图2中的混合器104的配置形成折叠混合器电路。此时，电感器212将节点242连接至供电电压。例如，电感器212可以在RF频率下提供低DC压降和/或高阻抗，同时管理节点242处的电容，以获得高增益和改进的带宽。可选地，可以使用η型晶体管将节点242连接至供电电压。可以使用高阻抗的η型晶体管，以实现高增益，并且在η型晶体管两端具有大于晶体管饱和电压的压降。ρ型晶体管230和 232是开关晶体管，而晶体管234和236以及电阻器238和240形成混合器104的输出负载。混合器104能够对输入信号进行下变频。混合器104在节点242处接收来自低噪声放大器102的放大信号。将节点242处的放大信号与晶体管230和232所产生的方波相乘， 以对放大信号进行下变频，所述晶体管230和232在各自的栅极具有振荡输入LO+和L0-。 在η型晶体管234和236处输出下变频信号，分别作为中频输出IF+和IF-。图3是根据本公开的用于提供RFBIAS输入信号的示例偏置产生电路300的示意表示。电路300被配置为与具有噪声指数和线性度可调性的折叠串联低噪声放大器电路 (如，图2所示的低噪声放大器)进行电阻性输入匹配。偏置产生电路300可以操作用于产生RF BIAS, RF BIAS输入至低噪声放大器以控制偏置电流。偏置产生电路300包括参考电流源302、缓冲运算放大器328、ρ型晶体管304和 306、以及 η 型晶体管 308、310、312、314、316、318、320、322、324 和 326。ρ 型晶体管 304 和 306的源极耦合至供电电压。ρ型晶体管304和306的栅极以及ρ型晶体管304和η型晶体管310的漏极共享一公共节点，并提供LO BIAS输出。参考电流源302、η型晶体管308 的漏极、缓冲运算放大器328的反相输入以及η型晶体管308和310的栅极均共享一公共节点。缓冲运算放大器328的同相输入以及ρ型晶体管306和η型晶体管312、314、316和 318的漏极共享一公共节点。η型晶体管312、314、316和318的栅极分别接收控制输入AO、 Al、A2和A3。控制输入AO、Al、A2和A3是与参照图2所示的接收机电路200所讨论的相同的控制输入。η型晶体管312、314、316和318的源极分别与η型晶体管320、322、3Μ和 326的漏极耦合，而η型晶体管320、322、3Μ和3 的源极每个均耦合至地。缓冲运算放大器328的输出和η型晶体管320、322、3Μ和326的栅极共享一节点，并提供RF BIAS输出。偏置产生电路300包含仿效电路330，使得η型晶体管312、314、316、318、320、 322、324和326的配置仿效电路200中的η型晶体管204、206、208、210、216、218、220和222 的配置，其中η型晶体管312、314、316和318的栅极接收与η型晶体管204,206,208和210 的栅极相同的输入Α0、Α1、Α2和A3。可以在尺寸上缩小仿效电路330的结构，以降低功耗。 应当注意的是，图2中的低噪声放大器和混合器电路200与图3中的仿效电路330之间的晶体管尺寸的一致性能够确保从仿效电路导出的电压在实际电路中有效。晶体管宽度和偏置电流调谐彼此独立。输入晶体管的有效宽度受数字比特Α0-Α3 控制(参照图2所示)。通过LNA结构的偏置电流受参考电流IREF(例如，图3中的元件 302)以及由图3所示的PMOS晶体管304和306形成的电流镜控制。ρ型晶体管304和306以及η型晶体管308和310形成电流镜332，以在偏置产生电路300连接至电路200时，将通过仿效电路330的电流与进入接收机电路200的电流隔离。仿效电路330和电流镜332的组合确保对于来自参考电流源302的给定的偏置电流和晶体管宽度输入Α0-Α3，适当的偏置电压RFBIAS被提供给接收机电路200。此外，通过在偏置产生电路300中包括图2电路200中的电路的仿效电路，偏置产生电路300将提供独立于宽度调谐的对偏置电流调谐的控制。例如，由于偏置产生电路300 包括对图200中分段晶体管的仿效(但例如在尺寸上缩小的仿效)，偏置产生电路300中与电路200中相同段的晶体管导通和截止。例如，这确保了 对于任意给定偏置电流IREF和宽度控制设置Α0-3，有适当的偏置电压RFBIAS。图4是根据本发明的另一示例低噪声放大器400的示意表示。低噪声放大器400 配置有阻抗匹配的电感源，所述阻抗匹配的电感源支持噪声指数和线性度可调性。电路400 是图2所示的接收机电路200的变型，并以类似方式操作，但附加了公共源电感负反馈，以获得比电路200中的电阻性端接更少的噪声。与图2中的低噪声放大器201类似，低噪声放大器400接收控制输入Α0、Α1、Α2和A3以及电压输入RF输入和RF BIAS,并输出放大的 RF信号，所述放大的RF信号可由混合器电路进行下变频以便进行处理。低噪声放大器电路400包括电容器402、408、432和454 ；电感器406、似6和430 ； 电阻器 404,428,434 和 452 ；以及 η 型晶体管 410、412、414、416、418、420、422、424、436、 438、440、442、444、446、448和450。η型晶体管410、412、414和416的漏极共享公共节点， 并经由电容器408耦合至地，并经由电感器似6耦合至供电电压。η型晶体管的410、412、 414和416的源极分别耦合至η型晶体管418、420、422和424的漏极。输入电压VBN经由串联的电阻器404和电容器402耦合至地，η型晶体管418、420、422和424的栅极经由电感器406耦合至电阻器404和电容器402。η型晶体管418、420、422和424的源极和η型晶体管436、438、440和442的漏极均共享一公共节点，该公共节点经由串联的电阻器452 和电容器妨4耦合至地，并经由串联的电阻器428、电感器430和电容器432耦合至η型晶体管444、446、448和450的栅极。η型晶体管436、438、440和442的源极分别耦合至η型晶体管444、446、448和450的漏极，而η型晶体管444、446、448和450的源极耦合至地。η 型晶体管444、446、448和450的栅极也经由电阻器434耦合至来自偏置产生电路500的偏置电压。偏置电压是偏置电流流经电阻器434的结果。η型晶体管410和436、412和438、 414和440、以及416和442的栅极分别接收控制输入Α0、Α1、Α2和A3。偏置电流可由例如偏置产生电路300提供，并且还能够由输入电压VBN调谐。电路400可以通过例如包括电感器被调谐为保持阻抗匹配的电感负反馈来降低噪声限制。η型晶体管410、412、414、416、418、420、422和424包括第一电感电路456,η M 晶体管436、438、440、442、444、446、448和450包括第二电感电路。调节晶体管的增益分别影响第一电感电路45和第二电感电路458的输入阻抗。电路400的输出是NMOS晶体管010-416)的漏极端，匪OS晶体管010-416)的漏极端还连接至电感器(Ll)^6和电容器Ctime 408的顶节点。图5是另一偏置产生电路500的示例的示意表示。偏置产生电路500被配置用于阻抗匹配电感源负反馈的低噪声放大器。偏置产生电路500是偏置产生电路300的变型， 并以类似方式操作，但具有模拟低噪声放大器电路400的仿效电路Μ4。偏置产生电路500包括参考电流源502、缓冲运算放大器524、ρ型晶体管504和 506 以及 η 型晶体管 508、510、512、514、516、518、520、522、526、528、530、532、534、536、538 和Μ0。ρ型晶体管504和506的源极耦合至供电电压。ρ型晶体管504和506的栅极耦合至P型晶体管504的漏极和参考电流源502。ρ型晶体管506的漏极、缓冲运算放大器524 的同相输入以及η型晶体管508、510、512和514的漏极共享相同的节点。η型晶体管508、 510、512、514的源极分别耦合至η型晶体管516、518、520和522的漏极，而η型晶体管516、 518,520和522的源极以及η型晶体管5沈、5观、530和532的漏极共享一公共节点。η型晶体管516、518、520和522的栅极接收输入电压VBN。η型晶体管5沈、5观、530和532的源极耦合至η型晶体管534、536、538和MO的漏极，并且η型晶体管534、536、538和MO 的源极耦合至地。η型晶体管534、536、538和540的栅极接收缓冲运算放大器5Μ的输出。 η型晶体管508和526,510和528,512和530、以及514和532的栅极分别与控制输入AO、 A1、A2和A3耦合。在一实施例中，偏置产生电路500包括电流镜542和仿效电路M4。这两部分组合使得对于来自电流源502的给定的偏置电流和晶体管宽度输入，能够给低噪声放大器电路400提供适当的偏置电压。类似于偏置产生电路300的情形，还可以在尺寸上缩小仿效电路M40的结构，以降低功耗。不因晶体管宽度调谐控制比特而改变的任何参考电压都可用作运算放大器524 的VREF输入。例如，可以使用带隙电压作为VREF。VREF应足够高，以使晶体管516、518、 526,528,530,532,538和540保持饱和，并足够低，以使晶体管522保持饱和。如以上讨论的，低噪声放大器电路400是图2所示的串联低噪声放大器102的变型，但附加了公共源电感负反馈。在所示实施例中，低噪声放大器的输入阻抗尝试匹配例如 50欧姆的电源阻抗，以最大化功率传送并最小化功率反射。在电感负反馈的低噪声放大器 400中，输入阻抗的实分量是输入晶体管418、420、422和424的跨导的函数，并且以串联电感器406将输入阻抗的虚分量调谐消除。输入η型晶体管418、420、422和424的有效跨导根据晶体管选择和偏置电流输入而变化。这可能导致LNA的输入阻抗的可变实分量。为了使输入阻抗的实分量保持恒定，可以将负反馈电感器实现为有源电感器结构。这样的电感器的示例如图6所示。
图6示出了示例简化电路模型600，示出了如何获取图4的低噪声放大器电路400 中电阻器428、电感器430以及η型晶体管444、446、448和450的可调电感器电路设计值。 需要根据在串联η型晶体管410、412、414、416、418、420、422和424的组合中提供的增益， 来调节向串联η型晶体管436、438、440、442、444、446、448和450内看去的有效电感。这可以通过调节η型晶体管444、446、448和450的增益来实现。简化电路模型600包括控制电流源602、电阻器604、无源电感器606、栅极-源极电容610、晶体管608和输入节点618。晶体管608是电路400中η型晶体管444、446、448 和450的简化表示。因此，晶体管608对晶体管中(例如，晶体管444、446、448、450中)导通的晶体管的有效晶体管宽度进行了建模。有源电感器实现使用经由栅极-源极电容610和晶体管608的栅极耦合至地的串联的无源电感器606和电阻器604。因此，电阻器604对电阻似8进行了建模。电容器Cgsa 610还对来自晶体管444、446、448和450的公共栅极端的有效电容进行了建模。类似地，电感器606对电感器4 进行了建模。使电感器606在低噪声放大器电路的期望频带与晶体管608的栅极-源极电容 610谐振。在谐振频率(也是LNA的操作频率)下向节点618内看去的电路提供的有效电感由下式给出
η 广
「nruQl I = g Luu^fyj eff 一其中，Leff是电感器606的电感值，Ra是电阻器604的电阻值，Cgsa是电容610的电容值，gma是晶体管608的增益值。通过将电路600中晶体管608的跨导设计为跟踪电路400中输入η型晶体管418、 420、422和4 的跨导，可以使在节点618处向电路模型600内看去的输入阻抗的实分量保持恒定。这可以通过将电路400的晶体管444、446、448和450分段来实现。通过调谐晶体管444、446、448和450中导通的晶体管的所有跨导之和来调谐电感器606。进而，通过如图4所示的数字比特A0-A3来控制导通晶体管的数目。分段可以通过采用小尺寸晶体管的并联拷贝来实现。每个拷贝被称为一段，每段独立导通或截止，从而可调节操作晶体管宽度(例如，如在电路200和电路400中那样实现)。如此，通过η型晶体管418、420、422和似4的电流和通过η型晶体管444、446、448和 450的电流相同。这导致电路模型600中晶体管608的跨导跟踪电路400中输入η型晶体管418、420、422和424的跨导，电路模型600中晶体管608是电路400中η型晶体管444、 446、448和450的简化表示。负反馈电感阻抗匹配电路模型600的可能值可以是1. 5nH的电感器606、10πΗ的串联电感器406、以及具有400fF的栅极-源极电容的晶体管608。电路600中的晶体管608 所代表的电路400中的晶体管418、420、422和似4可以是NMOS RF-CMOS晶体管或任意类型的M0SFET。应注意的是，当分段晶体管418、420、422和424的负反馈电感随电路400中相应晶体管的跨导一起改变时，向分段晶体管中看去的输入阻抗的虚分量也相应改变。由于同电容器406的值相比分段晶体管418、420、422和424的负反馈电感相对较低，低噪声放大器400的输入阻抗匹配通常在输入反射系数大于-IOdB的情况下保持为可接受的。实现上述低噪声放大器和混合器电路的示例，接收机可以具有在低噪声或低干扰情况期间改变的操作特性，因此接收机能够以较少的功率操作。图7示出了示例流程图，包括用于调节接收机操作特性的功能步骤700。应当理解的是，该流程图示出了示例实施例的一种可能实现的功能和操作。就此而言，每个框可以代表程序代码的一个模块、一段或一部分，该程序代码包括可由处理器执行的一个或多个指令，用于实现过程中的特定逻辑功能或步骤。程序代码可以存储在任意类型的计算机可读介质(例如，包括盘或硬盘驱动器在内的存储设备等)上。此外，每个框可以代表连线以用于执行过程中特定逻辑功能的电路。可选实现也包括在本申请的示例实施例的范围内，其中，可以不按所示出或所讨论的顺序来执行功能，如本领域技术人员所知的，包括根据所涉及的功能，基本同时地或逆序地执行这些功能。首先，如框702所示，接收RF输入。可以经由耦合至接收机的天线来接收RF输入。在接收了 RF输入后，对RF信号进行评估，以确定针对适当信号处理的期望增益和SNR 改进，如框704所示。对RF信号的评估可以涉及测量天线处的输入RF信号的SNR ；以及确定获取SNR满足接收机信号处理器的信号处理要求的信号所需的期望增益。接收机信号处理器所需的足够的SNR将取决于所使用的信号处理器和接收机应用的性质。可以通过将接收信息内的噪声功率与接收信息内的信号功率进行比较来确定信号的SNR。如果难以从噪声中分辨信号，则SNR过低，可以例如增加噪声指数/增益来改进 SNR。在评估后，向接收机电路提供偏置电流和晶体管宽度参数，如框706所示。例如， 可以将控制输入提供给接收机内的晶体管，以确定哪个晶体管导通以及导通晶体管的数目。通过调节电流和晶体管宽度参数，相应地调节接收机的增益。接着，将RF输入输出至混合器电路，以进行下变频，如框708所示。混合器电路将RF信号的频率下变频为具有接收机信号处理单元的适当频率的信号。在可选实施例中，可以连续地或周期性地执行评估信号质量的步骤704和调节有效晶体管宽度和偏置电流的步骤706，以提供一致的功率优化的信号处理。例如，可以改变偏置电流和晶体管宽度以调节增益，然后将由接收机对RF输入进行处理。可以对RF输入进行分析，以确定信号质量和噪声指数是否在可接受的取值范围内。如果信号质量或噪声指数不在可接受范围内，可以再次调节偏置电流和晶体管宽度，并且可以将RF输入再次通过接收机电路，以进行附加处理。以下表1示出了示例线性度和噪声指数测量、以及为了改进放大器的线性度和噪声指数而可以对偏置电流和晶体管宽度做出的相关改变。例如，如果(同基于接收机类型和接收机应用而变化的可接受或期望的值相比)所测量的线性度和噪声指数均为高，则例如可以减小偏置电流以降低噪声指数，并且无需改变晶体管宽度(由于线性度已经是可接受的)。然而，如第2行所示，如果线性度值低，则可以例如增加晶体管宽度输入以提高接收机增益，从而改进线性度。例如，当线性度高且噪声指数低时，可以获得最佳的偏置电流输入和晶体管宽度输入。线性度噪声指数偏置电流晶体管宽度
权利要求
1.一种接收机电路，包括串联的多个放大晶体管，用于放大输入信号；多个控制晶体管，其中，多个控制晶体管中的每个控制晶体管连接至所述多个放大晶体管之一，每个控制晶体管在控制晶体管的栅极处接收独立控制信号，并向放大晶体管之一输出，以规定所述多个放大晶体管中每个放大晶体管的独立操作，其中，操作中的多个放大晶体管的数目与接收机电路的晶体管宽度相对应；以及偏置产生电路，包括仿效所述多个放大晶体管和所述多个控制晶体管的操作的电路， 所述偏置产生电路接收独立控制信号和RF参考偏置电流输入，并向所述多个放大晶体管输出RF偏置控制电压，所述RF偏置控制电压与晶体管宽度的值相对应，其中，所述独立控制信号和所述RF参考偏置电流输入是独立可调谐的。
2.根据权利要求1所述的接收机电路，其中，所述多个控制晶体管中每个控制晶体管的源极与所述多个放大晶体管之一的漏极相连接。
3.根据前述权利要求中任一项所述的接收机电路，还包括混合器电路，耦合至所述多个放大晶体管的输出，以对放大晶体管的输出信号进行下变频。
4.根据前述权利要求中任一项所述的接收机电路，还包括处理器，用于对放大的RF 输入信号进行评估，以确定放大的RF输入信号是否基本满足噪声指数和线性度要求，并且如果放大的RF输入信号不基本满足噪声指数和线性度要求，则处理器再次调节所述独立控制信号或所述RF参考偏置电流输入。
5.根据前述权利要求中任一项所述的接收机电路，还包括第一电感电路，包括所述多个放大晶体管和所述多个控制晶体管；以及第二电感电路，包括串联的第二多个放大晶体管，用于接收第一多个放大晶体管的输入；以及第二多个控制晶体管，其中，所述第二多个控制晶体管中的每个控制晶体管连接至所述第二多个放大晶体管之一，每个第二控制晶体管在第二控制晶体管的栅极处接收独立控制信号，并向第二放大晶体管之一输出，以规定第二多个放大晶体管中每个放大晶体管的独立操作，并且操作中的第二多个放大晶体管的数目与接收机电路的晶体管宽度相对应；其中，调节第二多个放大晶体管的增益包括调节第一电感电路和第二电感电路的电感。
6.根据权利要求5所述的接收机电路，其中，多个控制晶体管和第二多个控制晶体管接收相同的独立控制信号。
7.根据权利要求5或6所述的接收机电路，其中，第一电感电路的输入阻抗的实分量是所述多个放大晶体管的跨导的函数，并基于晶体管宽度而变化，并且用与所述多个放大晶体管串联的电感器将输入阻抗的虚分量调谐消除。
8.根据权利要求7所述的接收机电路，其中，通过调节第二多个放大晶体管的跨导以与所述多个放大晶体管的跨导基本匹配，使输入阻抗基本保持恒定。
9.根据权利要求7或8所述的接收机电路，其中，通过按照与调节所述多个放大晶体管的晶体管宽度相同的比例来调节源负反馈电感，使输入阻抗基本保持恒定。
10.一种调节接收机的操作特性的方法，包括接收射频RF输入信号；评估RF输入信号的信号质量，以确定RF输入信号是否基本满足噪声指数和线性度要求；基于对RF输入信号的评估，来调节接收机的增益，其中，调节接收机的增益包括在控制晶体管的栅极处接收独立控制信号，每个控制晶体管向接收机内的多个放大晶体管之一输出，以规定所述多个放大晶体管中每个放大晶体管的独立操作，从而控制接收机的增益， 并且，操作中的多个放大晶体管的数目与接收机电路的晶体管宽度相对应；基于接收机电路的晶体管宽度，并且与所述独立控制信号无关地，调节偏置电流； 使用调节后的增益和调节后的偏置电流值来放大RF输入信号；以及输出放大的RF输入信号。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括对放大的RF输入信号进行评估，以确定放大的RF输入信号是否基本满足噪声指数和线性度要求。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，如果放大的RF输入信号不基本满足噪声指数和线性度要求，则所述方法还包括再次调节接收机的增益或偏置电流。
13.根据权利要求11或12所述的方法，还包括对放大的RF输入信号进行下变频。
14.一种电感负反馈的低噪声信号放大器，包括 第一电感电路，包括串联的第一多个放大晶体管，用于放大输入信号；以及第一多个控制晶体管，其中，所述第一多个控制晶体管中的每个控制晶体管连接至所述第一多个放大晶体管之一，每个第一控制晶体管在第一控制晶体管的栅极处接收独立控制信号，并向所述第一多个放大晶体管之一输出，以规定所述第一多个放大晶体管中每个放大晶体管的独立操作，并且，操作中的第一多个放大晶体管的数目与接收机电路的晶体管宽度相对应；以及第二电感电路，包括串联的第二多个放大晶体管，用于接收所述第一多个放大晶体管的输出；以及第二多个控制晶体管，其中，所述第二多个控制晶体管中的每个控制晶体管连接至所述第二多个放大晶体管之一，每个第二控制晶体管在第二控制晶体管的栅极处接收独立控制信号，并向第二放大晶体管之一输出，以规定第二多个放大晶体管中每个放大晶体管的独立操作，并且，操作中的第二多个放大晶体管的数目与接收机电路的晶体管宽度相对应；其中，调节第二多个放大晶体管的增益包括调节第一电感电路和第二电感电路的电感。
15.根据权利要求14所述的电感负反馈的低噪声信号放大器，其中，第一多个控制晶体管和第二多个控制晶体管接收相同的独立控制信号。
16.根据权利要求14或15所述的电感负反馈的低噪声信号放大器，其中，第一电感电路的输入阻抗的实分量是所述第一多个放大晶体管的跨导的函数，并基于晶体管宽度而变化，并且用与所述第一多个放大晶体管串联的电感器将输入阻抗的虚分量调谐消除。
17.根据权利要求16所述的电感负反馈的低噪声信号放大器，其中，通过调节第二多个晶体管的增益以与所述第一多个放大晶体管的增益基本匹配，使输入阻抗基本保持恒定。
18.根据权利要求16或17所述的电感负反馈的低噪声信号放大器，其中，通过按照与调节所述第一多个放大晶体管的跨导相同的比例来调节源负反馈电感，使输入阻抗基本保持恒定。
19.根据权利要求16、17或18所述的电感负反馈的低噪声信号放大器，其中，调节所述第一多个放大晶体管的跨导包括调节所述第一多个放大晶体管的晶体管宽度。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的电感负反馈的低噪声信号放大器，还包括 偏置产生电路，包括仿效第一电感电路和第二电感电路的操作的电路，所述偏置产生电路接收所述独立控制信号和RF偏置电流输入，并向所述第一多个放大晶体管和所述第二多个放大晶体管输出RF偏置电压，所述RF偏置电压与晶体管宽度的值相对应。
全文摘要
提供了一种低噪声放大器(LNA)系统，具有相对于功耗可控的线性度和噪声指数。所述系统包括用于调谐的两个控制输入。一个输入控制有效晶体管宽度，另一个输入控制偏置电流。有效晶体管宽度的变化改变施加于信号的增益，偏置电流的变化改变系统的功耗。对于更严格的信号规格，提供LNA的阻抗匹配的电感负反馈变型。
文档编号H03F1/26GK102484453SQ201080033353
公开日2012年5月30日 申请日期2010年5月17日 优先权日2009年5月27日
发明者卡曼·阿亚帕鲁墨·桑卡拉格玛提, 巴拉德瓦杰·阿姆鲁托 申请人:印度科学院