可变增益放大器及无线通信设备的制作方法

可变增益放大器及无线通信设备
1.相关申请
2.本技术享有以日本专利申请2020-46632号(申请日：2020年3月17日)为基础申请的优先权。本技术通过参照该基础申请而包含基础申请的全部内容。
技术领域
3.实施方式涉及一种可变增益放大器及无线通信设备。


背景技术：

4.低噪声放大电路(low noise amplifier)主要用于在智能手机等无线通信终端中放大从基站接收的无线信号。另外，低噪声放大电路的接收信号的电平根据基站与无线通信终端之间的距离等而不同。因此，低噪声放大电路存在如下情况：在接收信号较小的情况下放大信号，在接收信号较大的情况下，利用旁路电路使信号直接通过而不利用放大电路放大信号。这种低噪声放大电路只能切换是否放大信号。


技术实现要素：

5.实施方式提供一种能够抑制噪声系数增加并且调整增益的可变增益放大器及无线通信设备。
6.实施方式的可变增益放大器具备第1路径、匹配电路、放大电路、第2路径及第3路径。第1路径具有衰减电路，一端与第1输入端子连接，将输入的信号衰减并输出。放大电路中，输入与匹配电路的另一端连接，输出与第1输出端子连接，将输入的信号放大。第2路径与第1路径并联连接。第3路径的一端与第1输入端子连接，另一端与第1输出端子连接。
附图说明
7.图1是表示可变增益放大器的构成的框图。
8.图2是表示开关电路的构成例的图。
9.图3是表示衰减电路的电路构成例的图。
10.图4是表示匹配电路的一例的图。
11.图5是表示高频低噪声放大电路的电路构成例的图。
12.图6是表示可变增益放大器的工作模式的对应关系的图。
13.图7是表示高增益模式时的高频信号的流向的图。
14.图8是表示低增益模式时的高频信号的流向的图。
15.图9是表示第1旁路模式时的高频信号的流向的图。
16.图10是第2实施方式的可变增益放大器的框图。
17.图11是表示第2实施方式的第1旁路模式时的高频信号的流向的图。
18.图12是表示第2实施方式的第2旁路模式时的高频信号的流向的图。
19.图13是第3实施方式的可变增益放大器的框图。
20.图14是表示第3实施方式的高增益模式时的高频信号的流向的图。
21.图15是表示第3实施方式的低增益模式时的高频信号的流向的图。
22.图16是表示第3实施方式的第1旁路模式时的高频信号的流向的图。
23.图17是表示第3实施方式的第2旁路模式时的高频信号的流向的图。
24.图18是第4实施方式的可变增益放大器的框图。
具体实施方式
25.以下，一边参照附图，一边对本发明的实施方式的可变增益放大器及无线通信设备进行详细说明。此外，以下所示的实施方式是本发明的实施方式的一例，本发明不应被解释为限定于这些实施方式。另外，在本实施方式所参照的附图中，有时对相同部分或具有相同功能的部分标附相同符号或类似符号并省略重复说明。另外，为了便于说明，存在附图的尺寸比率与实际比率不同的情况，或者从附图中省略一部分构成的情况。
26.(第1实施方式)
27.使用图1至图5，对第1实施方式的可变增益放大器1的构成进行说明。图1是表示可变增益放大器1的构成的框图。本发明的实施方式的可变增益放大器1可搭载在例如处理高频信号的各种无线通信设备上。
28.如图1所示，本实施方式的可变增益放大器1具备第1输入端子rfin1、开关电路sw1～5、衰减路径70、第1旁路路径20、匹配电路30、高频低噪声放大电路(lna)40、第2旁路路径50、偏压产生电路60及输出端子out。对第1输入端子rfin1供给例如高频信号。
29.可变增益放大器1配置在例如soi(silicon on insulator，绝缘体上硅)衬底上。也就是说，第1输入端子rfin1、开关电路sw1～sw5、衰减路径70、第1旁路路径20、匹配电路30、高频低噪声放大电路40、第2旁路路径50、偏压产生电路60及输出端子out等配置在soi衬底上。
30.第1旁路路径20连接在节点n1与节点n3之间，并具有开关电路sw1。节点n1与第1输入端子rfin1连接。开关电路sw1连接在节点n1与节点n3之间。节点n3与开关电路sw3及匹配电路30的一端连接。开关电路sw1将第1旁路路径20的高频信号切换为导通状态或非导通状态的其中一种。
31.图2是表示开关电路sw1的构成例的图。开关电路sw1具有例如n型晶体管fet0及电阻rs。开关电路sw1利用经由电阻rs供给到控制端子的控制电压来进行接通/断开(on/off)动作。例如，在控制信号为h电平(高电位)的情况下，成为导通状态(接通)，在l电平(低电位)的情况下，成为非导通状态(断开)。此外，本实施方式的开关电路sw1是在h电平的情况下成为导通状态(接通)，在l电平的情况下成为非导通状态(断开)，但并不限定于此。例如，也可以构成为在控制信号为l电平的情况下成为导通状态(接通)，在h电平的情况下成为非导通状态(断开)。另外，开关电路sw1的构成并不限定于n型晶体管。
32.本实施方式的开关电路sw2～5具有与开关电路sw1同等的构成。也就是说，在控制信号为h电平的情况下接通，在l电平的情况下断开。此外，本实施方式的开关电路sw2或开关电路sw3与第1开关对应，开关电路sw1与第2开关对应，开关电路sw4与第3开关对应。
33.衰减路径70的一端与节点n2连接，另一端与节点n3连接，具有开关电路sw1、sw2及衰减电路(att)10。节点n2与第1输入端子rfin1连接。
34.开关电路sw2的一端与节点n2连接。另一端与衰减电路10的输入端子attin连接。
35.衰减电路10的输入端子attin经由开关电路sw2而与第1输入端子rfin1连接，且将输入的高频信号衰减并输出。
36.开关电路sw3的一端与衰减电路10的输出端子attout连接，另一端与节点n3连接。此外，本实施方式的节点n1与第1节点对应，节点n2与第2节点对应。
37.图3是表示衰减电路10的电路构成例的图。如图3所示，输入端子attin与电阻r2的一端连接，且与电阻r1的一端连接。电阻r2的另一端接地，另外，电阻r1的另一端与电阻r3的一端连接，并且与输出端子attout连接。r3的另一端接地。这样一来，衰减电路10由例如饼型构成的阻抗转换电路构成。该阻抗转换电路仅由电阻构成，因此频率特性平坦，但在输入输出间，信号衰减。此外，衰减电路10并不限定于饼型构成的阻抗转换电路，也可以使用通常的阻抗转换电路。例如，衰减电路10也可以包含电感器或电容器等。
38.匹配电路30的输入与节点n3连接，输出与高频低噪声放大电路40的输入端子lnain连接。
39.图4是表示匹配电路30的一例的图。匹配电路30例如为电感器。匹配电路30对从输入端子rfin输入的高频信号、例如1.9ghz的无线频率的输入信号进行阻抗匹配，以使针对高频低噪声放大电路40的最佳增益或噪声系数nf最佳化。
40.高频低噪声放大电路40的输出端子lnaout经由开关电路sw5而与输出端子out连接。高频低噪声放大电路40将从匹配电路30供给的高频信号放大并输出到输出端子out。
41.图5是表示高频低噪声放大电路40的电路构成例的图。
42.图5的高频低噪声放大电路40具备n型晶体管fet1、n型晶体管fet2、电感器ld、ls、电阻rd、rb1、rb2及电容器cin、cx、cout、cb2。高频低噪声放大电路40的详情将在下文中进行说明。
43.如图1所示，第2旁路路径50具有开关电路sw4，一端与节点n2连接，另一端与输出端子out连接。在第1旁路模式时，第2旁路路径50使高频信号从经由节点n2连接的第1输入端子rfn1导通到输出端子out。
44.偏压产生电路60根据是增益模式还是第1旁路模式来切换电压vdd_lna(图5)、偏置电压vb1(图5)、偏置电压vb2(图5)的电压电平并输出。本实施方式的增益模式如下所述包含高增益模式及低增益模式，在本实施方式中，在高增益模式及低增益模式下，高频低噪声放大电路40进行与放大高频信号同等的驱动。另外，偏压产生电路60还产生开关电路sw1～5的控制电压。
45.此处，对高频低噪声放大电路40的构成更详细地进行说明。如图5所示，在增益模式时，偏压产生电路60以fet2接通的方式产生偏置电压vb2，且将偏置电压vb1设定为低于fet1的漏极-源极间电压。另外，在第1旁路模式时，偏压产生电路60以fet2断开的方式产生偏置电压vb2，且以fet1的信道成为强反转状态的方式产生偏置电压vb1。
46.对fet1的栅极，经由电容器cx从输入端子rfin输入高频信号。电容器cx是直流截止用电容，以不对特性阻抗造成不良影响的方式设定为较大值。
47.对fet1的栅极，经由电阻rb1输入从偏压产生电路60输出的偏置电压vb1。设置电阻rb1是为了防止高频信号绕到输出偏置电压vb1的偏压产生电路60的输出端子侧。
48.在fet1的栅极与源极之间连接有电容器cin。在fet2的漏极连接有电阻rd、电感器
ld、电容器cout的各一端。对电阻rd及电感器ld的各另一端，输入从偏压产生电路60输出的电压vdd_lna。在电容器cout的另一端连接有可变增益放大器1的输出端子lnaout。
49.电阻rd为稳定电阻，具有抑制振荡并降低输出阻抗的功能。利用电感器ld及电容器cout来实现输出匹配。通过设置电阻rd，能够缩小电感器ld的值。
50.对fet2的栅极，经由电阻rb2输入从偏压产生电路60输出的偏置电压vb2。在输出偏置电压vb2的偏压产生电路60的输出端子与接地节点之间，连接有电容器(对地电容)cb2。电阻rb2为高电阻，通过设置电阻rb2，能够防止在fet2导通期间高频信号从fet2的栅极泄漏。fet2发挥作为切换是否使fet1的源极与电感器ls的一端导通的开关的功能。
51.可变增益放大器1能够切换增益互不相同的至少3种工作模式，也就是高增益模式、低增益模式、第1旁路模式。可变增益放大器1通过切换第1旁路路径20、第2旁路路径50及衰减路径70的导通状态，来切换3种工作模式。高增益模式是经由第1旁路路径20而利用匹配电路30及高频低噪声放大电路40放大高频信号的模式。也就是说，高增益模式在不经由衰减路径70的状态下放大高频信号。另一方面，低增益模式是经由衰减路径10而利用匹配电路30及高频低噪声放大电路40放大高频信号的模式。另外，第1旁路模式是将高频信号经由第2旁路路径50输出到输出端子out的模式。第1旁路模式在不经由衰减电路10、匹配电路30及高频低噪声放大电路40的状态下输出高频信号。
52.图6是表示可变增益放大器1的工作模式与电压vdd_lna、偏置电压vb1、偏置电压vb2、开关电路sw1～5的控制电压的对应关系的图。如上所述，偏压产生电路60产生用来驱动fet1的栅极的偏置电压vb1、切换fet2的接通或断开的偏置电压vb2、以及输入到电阻rd及电感器ld的各另一端的电压vdd_lna。电压vdd_lna是用于设定fet1的漏极电压的电压。
53.如图6所示，在高增益模式时，例如vdd_lna＝0.8v、vb1＝0.35v、vb2＝1.6v。在高增益模式时，开关电路sw1～sw5的控制电压分别为h、l、l、l、h。另一方面，在低增益模式时，开关电路sw1～sw5的控制电压分别为l、h、h、l、h。
54.另外，在第1旁路模式时，vdd_lna＝0v、vb1＝1.6v、vb2＝0v。此时，开关电路sw1～sw5的控制电压分别为l、l、l、h、l。
55.图7是表示高增益模式时的高频信号的流向的图。如图7所示，开关电路sw1、sw5接通，开关电路sw2、sw3、sw4断开，信号通过虚线所表示的路径。由此，从第1输入端子rfin1输入的信号被高频低噪声放大电路40放大，并从输出端子out输出。在高增益模式时，由于衰减电路10不进入信号路径，所以能够在抑制高增益模式下的nf恶化的状态下达成高增益。
56.图8是表示低增益模式时的高频信号的流向的图。如图8所示，开关电路sw2、sw3、sw5接通，开关电路sw1、sw4断开，信号通过虚线所表示的路径。由此，从第1输入端子rfin1输入的信号被衰减电路10衰减后，被高频低噪声放大电路40放大，从而从输出端子out输出比高增益模式时低的输出电平的信号。在低增益模式时，通过使信号在输入到高频低噪声放大电路40前通过衰减电路10而使信号衰减，因此也能够抑制信号失真恶化。
57.图9是表示第1旁路模式时的高频信号的流向的图。如图9所示，开关电路sw4接通，开关电路sw1、sw2、sw3、sw5断开，信号通过虚线所表示的路径。由此，从第1输入端子rfin1输入的信号不被衰减或者放大而直接从输出端子out输出。
58.像以上所说明的那样，根据本实施方式，可变增益放大器1具有串联连接的衰减路径70、匹配电路30及低噪声放大电路40，所述衰减路径70具有衰减电路10。可变增益放大器
1具有：第1旁路路径20，与衰减路径70并联连接，在高增益模式时使衰减路径10绕道；及第2旁路路径50，一端与输入端子rfin连接，另一端与输出端子out连接，在第1旁路模式时使信号绕到输出端子out。由此，可变增益放大器1能够通过切换信号的导通路径，来切换增益不同的多种工作模式，调整输出信号的增益。
59.可变增益放大器1由于衰减电路10不进入高增益模式的信号路径，而能够抑制高增益模式下的nf恶化。另外，在低增益模式时，也是通过使信号在输入到高频低噪声放大电路40之前经过衰减电路10而使信号衰减，因此能够抑制失真恶化。在第1旁路模式下，可变增益放大器1在不放大信号的状态下输出信号，从而削减信号放大所需的功耗，抑制信号的噪声产生。
60.(第2实施方式)
61.第2实施方式的可变增益放大器1a与第1实施方式的可变增益放大器1的不同点在于，还具有第2旁路模式，所述第2旁路模式使第1输入端子rfin1、输出端子out的回波损耗(return lose)降低。以下，对与第1实施方式的可变增益放大器1的不同点进行说明。
62.图10是第2实施方式的可变增益放大器1a的框图。如图10所示，可变增益放大器1a在节点n1与节点n2之间还具有开关电路sw6。节点n2经由开关电路sw6及节点n1而与第1输入端子rfin1连接。此外，本实施方式的sw6与第4开关对应。
63.图11是表示第2实施方式的第1旁路模式时的高频信号的流向的图。如图11所示，开关电路sw4、sw6接通，开关电路sw1、sw2、sw3、sw5断开，信号经过虚线所表示的路径。由此，从第1输入端子rfin1输入的信号直接从输出端子out输出。在该情况下，vdd_lna＝0v、vb1＝1.6v、vb2＝0v，开关电路sw1～6的控制电压分别为l、l、l、h、l、h。
64.图12是表示第2实施方式的第2旁路模式时的高频信号的流向的图。如图12所示，开关电路sw1、sw2、sw3、sw4接通，开关电路sw5、sw6断开，信号经过虚线所表示的路径。在该情况下，从第1输入端子rfin1输入的信号经过衰减电路10而衰减，并从输出端子out输出。在经过该路径的情况下，反射波被衰减电路10衰减，由此回波损耗特性得到改善。此时，vdd_lna＝0v、vb1＝1.6v、vb2＝0v，开关电路sw1～6的控制电压分别为h、h、h、h、l、l。
65.像以上所说明的那样，根据本实施方式，使可变增益放大器1a构成为在节点n1与节点n2之间的路径上具有第6开关电路sw6。由此，在第2旁路模式时，可变增益放大器1a能够使从第1输入端子rfin1输入的信号经过衰减电路10而衰减，并从输出端子out输出。因此，反射波被衰减电路10衰减，由此回波损耗特性得到改善。
66.(第3实施方式)
67.第3实施方式的可变增益放大器1b与第2实施方式的可变增益放大器1a的不同点在于，还具有第2输入端子rfin2。以下，对与第2实施方式的可变增益放大器1a的不同点进行说明。
68.图13是第3实施方式的可变增益放大器1b的框图。如图13所示，节点n4与节点n2连接。节点n6与节点n3连接。可变增益放大器1b还具有与节点n5连接的第2输入端子rfin2。另外，可变增益放大器1b在节点n4与节点5之间还具有开关电路sw7。另外，可变增益放大器1b在节点n5与节点n6之间还具有开关电路sw8。此外，本实施方式的sw7与第5开关对应，sw8与第6开关对应。
69.图14是表示第3实施方式的高增益模式时的高频信号的流向的图。如图14所示，开
关电路sw1、sw5接通，其它开关电路sw断开，信号经过虚线所表示的路径。由此，从rfin1端子输入的信号被高频低噪声放大电路40放大，并从输出端子out输出。在高增益模式时，由于衰减电路10不进入高增益模式的信号路径，所以能够在抑制高增益模式下的nf恶化的状态下达成高增益。此外，在从第2输入端子rfin2输入高频信号的情况下，可以通过使开关电路sw8接通以代替开关电路sw1而进行同等处理。
70.图15是表示第3实施方式的低增益模式时的高频信号的流向的图。如图15所示，开关电路sw2、sw3、sw5、sw6接通，其它开关电路sw断开，信号经过虚线所表示的路径。由此，从rfin1端子输入的信号通过衰减电路10衰减后，被高频低噪声放大电路40放大，从而从输出端子out输出比高增益模式时低的输出电平的信号。在低增益模式时，也是通过使信号在输入到高频低噪声放大电路40之前经过衰减电路10而使信号衰减，因此能够抑制失真恶化。此外，在从第2输入端子rfin2输入高频信号的情况下，可以通过使开关电路sw7接通以代替开关电路sw6而进行同等处理。
71.图16是表示第3实施方式的第1旁路模式时的高频信号的流向的图。如图16所示，开关电路sw4、sw6接通，其它开关电路sw断开，信号经过虚线所表示的路径。由此，从第1输入端子rfin1输入的信号直接从输出端子out输出。此外，在从第2输入端子rfin2输入高频信号的情况下，可以通过使开关电路sw7接通以代替开关电路sw6而进行同等处理。
72.图17是表示第3实施方式的第2旁路模式时的高频信号的流向的图。如图17所示，开关电路sw1、sw2、sw3、sw4接通，其它sw断开，信号经过虚线所表示的路径。由此，从第1输入端子rfin1输入的信号直接从输出端子out输出。在该情况下，从第1输入端子rfin1输入的信号经过衰减电路10衰减，并从输出端子out输出。在经过该路径的情况下，反射波通过衰减电路10衰减，由此回波损耗特性得到改善。此外，在从第2输入端子rfin2输入高频信号的情况下，可以通过使开关电路sw8接通以代替开关电路sw1而进行同等处理。
73.像以上所说明的那样，根据本实施方式，在具有多个输入端子rfin1、2的情况下，也能够抑制高增益模式下的nf恶化及低增益模式下的失真恶化。另外，在旁路模式时，可以分别根据希望维持信号强度的情况及希望降低回波损耗的情况，在第1旁路模式时及第2旁路模式时能够改变信号路径。
74.(第4实施方式)
75.第4实施方式的可变增益放大器1c与第1实施方式的可变增益放大器1的不同点在于第1旁路路径及衰减路径的设置方式。以下，对与第1实施方式的可变增益放大器1的不同点进行说明。
76.图18是第4实施方式的可变增益放大器1c的框图。如图18所示，可变增益放大器1c中，未设置开关电路sw2、sw3及衰减电路10，还具有开关电路sw9及衰减电路11。
77.可变增益放大器1c具备开关电路sw9及衰减电路11。开关电路sw9设置在开关电路sw1与节点n3之间。衰减电路11与开关电路sw9并联连接。节点n7是开关电路sw9与开关电路sw1之间的节点。在可变增益放大器1c中，经过节点n7～节点n3间的衰减电路11的路径与第1路径、也就是衰减路径对应。在可变增益放大器1c中，经过节点n7～节点n3间的开关电路sw9的路径与第2路径、也就是第1旁路路径对应。
78.可变增益放大器1c的高增益模式与低增益模式之间的切换通过在开关电路sw1导通的状态下切换开关电路sw9的导通或非导通来实现。可变增益放大器1c通过切换开关电
路sw9，来切换被输入到节点n7的信号是经过衰减电路11还是直接通过。可变增益放大器1c与可变增益放大器1相比而言，在高增益模式时会产生开关电路sw9的插入损耗，但能够减少整体上设置的开关电路sw的数量。
79.以上，对几种实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为例子提出，并不意图限定发明的范围。本说明书中所说明的新颖的装置、方法及程序能以其它各种形态加以实施。另外，可在不脱离发明主旨的范围内对本说明书中所说明的装置、方法及程序的形态进行各种省略、替换、变更。