射频低噪声放大器的制作方法

本发明大体上涉及射频低噪声放大器，尤其涉及用于射频(radio frequency，rf)接收器和发射器中的射频低噪声放大器。

背景技术：

1、射频(radio frequency，rf)低噪声放大器用于现代数字电信中，以放大rf信号，例如，用于传输到基站和其他设备。rf收发器集成电路(integrated circuit，ic)可以包括多个rf接收器路径，每个接收器路径能够连接到多个输入端口。

技术实现思路

1、本发明大体上涉及用于包括可编程增益模式的rf接收器和发射器的射频(radiofrequency，rf)低噪声放大器(low noise amplifier，lna)。

2、更具体地，本发明的主题涉及一种rf收发器ic，包括具有可调谐高增益/窄带模式和低增益/宽带模式的可编程lna，其中高增益/窄带模式或低增益/宽带模式可部分根据rf收发器ic的要求进行选择(例如，如果rf收发器ic正用于包括外部lna的rf接收器路径中，则可以为可编程lna选择低增益模式)。可编程输入阻抗电路利用电感器退化跨导体来提供高输入阻抗，用于为高增益/窄带模式生成低噪声无源增益。在低增益/宽带模式下，绕过电感器退化跨导体电路，其中可以使用无源或有源电路组件设置输入阻抗。

3、此外，可编程lna可以包括单独可编程的主放大器电路和电感器退化跨导输入阻抗电路，以允许两个电路的独立优化。

4、一般来说，本说明书中所述的主题的一个创新方面可以体现在用于射频(radiofrequency，rf)低噪声放大器(low noise amplifier，lna)的可编程输入阻抗电路中，所述可编程输入阻抗电路包括高阻抗模式电路和低阻抗模式电路。高阻抗模式电路包括：电感器退化跨导晶体管；电感器，可操作地耦合在电感器退化跨导晶体管的源极与接地之间；电容器，可操作地耦合在电感器退化跨导晶体管的栅极与电感器退化跨导晶体管的源极之间。低阻抗模式电路包括可操作地耦合在rf输入源与交流(alternating current，ac)接地之间的分流电阻器。可编程输入阻抗电路用于通过高阻抗模式电路在高阻抗模式下运行，或通过低阻抗模式电路在低阻抗模式下运行。

5、上述实施例和其他实施例可以可选地单独或组合包括本文所述的一个或多个特征。具体地，一个实施例包括以下所有特征的组合。在一些实施例中，低阻抗模式电路还包括开关，其中可编程输入阻抗电路用于通过改变开关的状态来在高阻抗模式或低阻抗模式下运行。

6、在一些实施例中，开关是数字开关，其中编程输入阻抗电路包括将数字开关的状态设置为0或1。

7、在一些实施例中，可编程输入阻抗电路还包括可操作地耦合在电感器与接地之间的第二开关，其中当第二开关断开时，电感器断开连接。

8、在一些实施例中，低阻抗模式包括包含多个频率的多个接收频率(rx)频带的放大，和/或高阻抗模式包括多个rx频带的真子集的放大。高阻抗模式可以包括输入到rf lna的rf信号的无源增益。

9、在一些实施例中，分流电阻器是包括至少一个晶体管的有源反馈电路的一部分，其中从所述结构来看，阻抗是至少一个晶体管的跨导和的倒数。至少一个晶体管可以包括两个晶体管：p沟道金属氧化物半导体(p-channel metal-oxide-semiconductor，pmos)晶体管和n沟道金属氧化物半导体(n-channel metal-oxide-semiconductor，nmos)晶体管。

10、一般来说，本说明书中所述的主题的另一创新方面可以体现在用于rf lna的可编程输入阻抗电路中，所述可编程输入阻抗电路包括高阻抗模式电路和低阻抗模式电路。高阻抗模式电路包括：电感器退化跨导晶体管；电感器，可操作地耦合在电感器退化跨导晶体管的源极与接地之间；第一开关，可操作地耦合在电感器与接地之间；电容器，可操作地耦合在电感器退化跨导晶体管的栅极与电感器退化跨导晶体管的源极之间。高阻抗模式电路还包括：第一偏置电路，通过第二开关和第三开关可操作地耦合到电感器退化跨导晶体管的源极和漏极，并偏置到电源电压，其中电感器退化跨导晶体管源极和漏极偏置到电源电压；第二偏置电路，通过第四开关可操作地耦合到电感器退化跨导晶体管的栅极，并偏置到接地，其中电感器退化跨导晶体管栅极偏置到接地。

11、上述实施例和其他实施例可以可选地单独或组合包括本文所述的一个或多个特征。具体地，一个实施例包括以下所有特征的组合。在一些实施例中，可编程输入阻抗电路通过闭合第一开关，断开第二、第三、第四开关并断开第五开关来配置在高阻抗模式下。

12、在一些实施例中，断开第一开关增加了高阻抗模式电路的寄生lc谐振频率。

13、一般来说，本说明书中所述的主题的另一创新方面可以体现在用于配置rf接收器的方法中，所述方法包括：接收rf接收器的rf低噪声放大器(low noise amplifier，lna)的增益要求，根据增益要求为rf lna的可编程输入阻抗电路选择高增益模式或低增益模式，其中选择低增益模式包括选择可编程输入阻抗电路的低增益模式电路，选择高增益模式包括选择可编程输入阻抗电路的高增益模式电路。低增益模式电路包括可操作地耦合在rf输入源与交流(alternating current，ac)接地之间的分流电阻器，并且其中高增益模式电路包括：电感器退化跨导晶体管；电感器，可操作地耦合在电感器退化跨导晶体管的源极与接地之间；电容器，可操作地耦合在电感器退化跨导晶体管的栅极与电感器退化跨导晶体管的源极之间。

14、上述实施例和其他实施例可以可选地单独或组合包括本文所述的一个或多个特征。具体地，一个实施例包括以下所有特征的组合。在一些实施例中，rf接收器还包括开关，其中选择低增益模式电路包括选择开关的第一位置，选择高增益模式电路包括选择开关的第二位置。

15、在一些实施例中，选择低增益模式还包括通过断开可操作地耦合在电感器与接地之间的第二开关并闭合可操作地耦合在晶体管的相应源极和漏极与电源电压之间的第三和第四开关来禁用高增益模式电路。

16、在一些实施例中，选择开关的第一位置或第二位置包括控制电路选择开关的第一位置或第二位置。

17、在一些实施例中，控制电路包括可编程微控制器。

18、在一些实施例中，接收rf接收器的rf lna的增益要求包括rf接收器确定rf输入信号至少处于阈值量的信号完整性，并作为响应，选择低增益模式。

19、在一些实施例中，接收rf接收器的rf lna的增益要求包括rf接收器确定包括rf接收器的无线设备在距包括rf输入信号的rf源的基站的阈值距离内。

20、一般来说，本说明书中所述的主题的另一创新方面可以体现在用于包括双模lna的rf接收器的方法中，所述方法包括rf接收器接收输入rf信号。rf接收器配置为宽带模式，所述宽带模式包括：将双模lna配置为宽带模式，其中宽带模式包括在包括多个频率的多个接收频率(rx)频带上的运行；扫描多个频率以检测输入rf信号的传输频率。rf接收器配置为窄带模式，所述窄带模式包括：将双模lna配置为窄带模式，其中窄带模式包括在包括多个频率的真子集的rx频带的真子集上的运行；将rf接收器调谐到传输频率。

21、上述实施例和其他实施例可以可选地单独或组合包括本文所述的一个或多个特征。具体地，一个实施例包括以下所有特征的组合。在一些实施例中，扫描多个频率以获得传输频率还包括将rf接收器的匹配网络配置为宽带模式。将匹配网络配置为宽带模式可以包括绕过匹配网络。

22、在一些实施例中，将匹配网络配置为宽带模式包括选择匹配网络的宽带电路，其中宽带电路包括串联电感器。

23、在一些实施例中，将rf接收器配置为窄带模式还包括将匹配网络配置为窄带模式。将匹配网络配置为窄带模式可以包括选择匹配网络的窄带电路，其中窄带电路包括分流电感器和串联电感器。

24、在一些实施例中，可编程输入阻抗电路包括低增益模式电路和高增益模式电路，其中将可编程输入阻抗电路配置为宽带模式包括选择低增益模式电路，将可编程输入阻抗配置在窄带模式下包括选择高增益模式电路。

25、在一些实施例中，高增益模式电路包括：电感器退化跨导晶体管；电感器，可操作地耦合在电感器退化跨导晶体管的源极与接地之间；电容器，可操作地耦合在电感器退化跨导晶体管的栅极与电感器退化跨导晶体管的源极之间。

26、在一些实施例中，低增益模式电路包括可操作地耦合在rf输入源与交流(alternating current，ac)接地之间的分流电阻器。

27、在一些实施例中，所述方法还包括控制电路，所述控制电路可操作地连接到rflna，并用于提供指令以将可编程输入阻抗电路配置为宽带模式或窄带模式。

28、在一些实施例中，rf接收器用于在宽带模式下在包括多个频率的多个rx频带上运行。

29、一般来说，本说明书中所述的主题的另一创新方面可以体现在一种设备中，所述设备包括：至少一个处理器；天线；通信电路耦合到至少一个处理器和天线，其中通信电路包括用于执行上述方法的rf接收器。

30、一般来说，本说明书中所述的主题的另一创新方面可以体现在可调谐rf接收器中，所述可调谐rf接收器包括：天线；匹配网络，耦合到天线；可调谐lna，耦合到匹配网络；混频器，耦合到可调谐lna；基带滤波器，耦合到混频器。可调谐接收器用于执行包括rf接收器接收输入rf信号的动作。rf接收器配置为宽带模式，所述宽带模式包括：将双模lna配置为宽带模式，其中宽带模式包括在包括多个频率的多个接收频率(rx)频带上的运行；扫描多个频率以检测输入rf信号的传输频率。rf接收器配置为窄带模式，所述窄带模式包括：将双模lna配置为窄带模式，其中窄带模式包括在包括多个频率的真子集的rx频带的真子集上的运行；将rf接收器调谐到传输频率。

31、上述实施例和其他实施例可以可选地单独或组合包括本文所述的一个或多个特征。具体地，一个实施例包括以下所有特征的组合。在一些实施例中，rf接收器还包括耦合在天线与匹配网络之间的表面声波(surface acoustic wave，saw)滤波器或双工器，其中匹配网络用于将saw或双工器的输出阻抗与lna的输入阻抗匹配。

32、在一些实施例中，匹配网络包括：包括分流电感器和串联电感器的窄带模式电路，包括串联电感器的宽带模式电路，其中当rf接收器配置为宽带模式时，分流电感器断开连接。

33、在一些实施例中，匹配网络还包括宽带模式旁路开关，其中当rf接收器配置为窄带模式时，宽带模式旁路开关断开。

34、在一些实施例中，rf接收器还包括控制电路，其中控制电路可操作地连接到rflna，并用于提供指令以将rf接收器配置为宽带模式或将rf接收器配置为窄带模式。

35、一般来说，本说明书中所述的主题的另一创新方面可以体现在rf lna电路中，所述rf lna电路用于从rf输入源接收输入rf信号并提供放大输出rf信号。rf lna电路包括：放大器电路，其中放大器电路用于接收输入rf信号并提供放大输出rf信号；电感器退化跨导输入阻抗电路，与放大器电路分离并可操作地耦合到放大器电路的输入。

36、上述实施例和其他实施例可以可选地单独或组合包括本文所述的一个或多个特征。具体地，一个实施例包括以下所有特征的组合。在一些实施例中，rf lna还包括可操作地耦合在rf输入源与rf lna的输入之间的匹配网络。

37、在一些实施例中，匹配网络包括单个串联组件。

38、在一些实施例中，电感器退化跨导阻抗电路的配置包括配置电感器退化跨导体阻抗电路的跨导和电感，以实现目标输入阻抗，而不影响放大器电路的运行。

39、在一些实施例中，电感器退化跨导输入阻抗电路包括：电感器退化跨导晶体管；电感器，可操作地耦合在电感器退化跨导晶体管的源极与接地之间；电容器，可操作地耦合在电感器退化跨导晶体管的栅极与电感器退化跨导晶体管的源极之间。电感器退化跨导输入阻抗电路可以用于生成大于rf输入源的源电阻的等效并联电阻。

40、在一些实施例中，电感器退化跨导晶体管、电感器和电容器都是可调谐的。

41、在一些实施例中，可编程输入阻抗电路还包括低增益阻抗电路，所述低增益模式电路包括可操作地耦合在rf输入源与交流(alternating current，ac)接地之间的分流电阻器。

42、在一些实施例中，可编程输入阻抗还包括可操作地耦合在低增益阻抗电路与接地之间的开关，其中选择低增益模式电路包括选择开关的第一位置，选择电感器退化跨导输入阻抗电路包括选择开关的第二位置。

43、在一些实施例中，rf lna还包括控制电路，其中控制电路可操作地连接到rf lna，并用于提供指令以选择开关的第一位置或第二位置。

44、在一些实施例中，配置放大器电路包括配置以下各项中的一个或多个：i)放大器电路的功率损耗、ii)放大器电路的自动增益控制、iii)放大器电路的输出阻抗或iv)由放大器电路进行的单端到差分转换。

45、一般来说，本说明书中所述的主题的另一创新方面可以体现在一种设备中，所述设备包括：至少一个处理器；天线；通信电路，耦合到至少一个处理器和天线，其中通信电路包括包含上述rf lna的rf接收器。

46、一般来说，本说明书中所述的主题的另一创新方面可以体现在可调谐rf lna电路中，所述可调谐rf lna电路包括：放大器电路，其中所述放大器电路用于从rf输入源接收输入rf信号并提供放大输出rf信号；偏置电阻器，其中所述偏置电阻器的第一端可操作地耦合到所述放大器电路的输入；数字可编程偏置电路，可操作地耦合到所述偏置电阻器的第二端，其中所述偏置电路输出参考电压；可编程输入阻抗电路，可操作地耦合在所述偏置电阻器的所述第一端与接地之间。可编程输入阻抗电路包括：输入跨导晶体管，其中所述输入跨导晶体管的栅极与源极之间的栅极到源极电容可由可编程电容器网络编程，所述可编程电容器网络包括耦合到第一开关的至少一个电容器，其中所述可编程电容器网络的第一侧耦合到所述输入跨导晶体管的所述栅极，所述可编程电容器网络的第二侧耦合到所述输入跨导晶体管的所述源极；可编程电感网络，至少包括耦合到第二开关的第一电感器，其中所述可编程电感网络的第一端耦合到所述输入跨导晶体管的所述源极，所述可编程电感网络的第二端耦合到接地。数字可编程偏置电路的参考电压耦合到输入跨导晶体管的栅极，其中改变参考电压会生成输入跨导晶体管的可变可编程跨导。

47、上述实施例和其他实施例可以可选地单独或组合包括本文所述的一个或多个特征。具体地，一个实施例包括以下所有特征的组合。在一些实施例中，所述可编程电感网络的退化电感可使用所述第二开关数字编程，所述第二开关可操作地连接到至少所述第一电感器。

48、在一些实施例中，可编程电感网络还包括第三开关、第二电感器和第三电感器，其中第二电感器在第一抽头点耦合到第二开关，第三电感器在第二抽头点耦合到第三开关。第一电感器、第二电感器和第三电感器串联连接，其中第一抽头点位于第一电感器与第二电感器之间，第二抽头点位于第二电感器与第三电感器之间。

49、在一些实施例中，可编程电感网络还包括第四开关，其中第四开关耦合在第三电感器与接地之间。

50、在一些实施例中，所述可编程电容器网络的电容可通过致动所述第一开关来数字编程。

51、在一些实施例中，rf接收器还包括用于将控制信号提供到所述第一开关和所述第二开关的控制电路，其中所述控制信号致动相应开关。控制电路还可以用于将控制信号提供到所述数字可编程偏置电路，以调整所述参考电压的值。控制电路还可以用于提供控制信号，以调整所述输入跨导晶体管的所述栅极与所述源极之间的所述栅极到源极电容。控制电路还可以用于提供控制信号，以调整所述可编程输入跨导晶体管的所述跨导。

52、在一些实施例中，所述rf接收器在包括多个频率的rx频带范围内是可调谐的，其中通过调整所述给定栅极到源极电容、所述可编程输入跨导晶体管的所述跨导和所述可编程电感网络的所述退化电感，所述rf接收器的有效并联电阻在所述rx频带范围内基本上恒定。在一个示例中，rf接收器的有效并联电阻在rx频带范围内与目标并联电阻相差小于20％。

53、在一些实施例中，所述rf接收器在包括多个频率的rx频带范围内是可调谐的，其中通过调整所述给定栅极到源极电容、所述可编程输入跨导晶体管的所述跨导和所述可编程电感网络的所述退化电感，所述rf接收器的增益在所述rx频带范围内基本上恒定。在一个示例中，所述rf接收器的所述增益在所述rx频带范围内与目标增益相差小于0.5db。

54、一般来说，本说明书中所述的主题的另一创新方面可以体现在用于调谐可调谐rflna电路的方法中，所述可调谐rf lna电路包括：放大器电路，用于从rf输入源接收输入rf信号并提供放大输出rf信号；偏置电阻器，包括可操作地耦合到所述放大器电路的输入的所述偏置电阻器的第一端；数字可编程偏置电路，可操作地耦合到所述偏置电阻器的第二端；可编程输入阻抗电路，可操作地耦合在所述偏置电阻器的所述第一端与接地之间。所述方法包括针对所述rf lna的多个频率中的目标频率，选择退化电感、栅极到源极电容和输入跨导晶体管的跨导以产生目标并联电阻值。选择退化电感包括选择可编程输入阻抗电路的可编程电感网络的退化电感值，所述可编程电感网络至少包括耦合到第二开关的第一电感器。选择电感包括至少致动第二开关。选择跨导包括选择所述可编程偏置电路的参考电流，其中所述数字可编程偏置电路的所述参考电流镜像到所述输入跨导晶体管，选择所述栅极到源极电容包括选择所述可编程输入阻抗电路的可编程电容器网络的栅极到源极电容值，所述可编程电容器网络至少包括耦合到第一开关的第一电容器，选择所述电容包括至少致动所述第一开关。

55、上述实施例和其他实施例可以可选地单独或组合包括本文所述的一个或多个特征。具体地，一个实施例包括以下所有特征的组合。在一些实施例中，通过选择所述可编程电容器网络的电容值，改变所述lna的多个工作频率中的工作频率。

56、本说明书中所述的主题可以在特定实施例中实现，以实现以下优点中的一个或多个。如本说明书中所描述，包括双模rf lna的收发器ic可以用于包括外部lna的终端产品以及不包括外部lna的产品，例如高端移动产品和低端移动产品中。此外，移动产品可以包括需要外部lna的输入端口，而同一移动产品中的其他输入端口则不需要。将公共收发器ic用于高端和低端产品两者中要求收发器接收路径的前端具有可编程增益模式，例如，对于没有外部lna的路径为高增益模式，对于具有外部lna的路径为低增益模式。以这种方式，包括可编程增益模式的收发器ic可以针对多个终端产品的要求进行配置，而无需重新设计。

57、在一些实施例中，包括能够在用于扫描传输频率的宽带模式与用于放大特定检测到的传输频率的窄带模式之间切换的单个接收器端口的接收器路径可以减少输入端口的数量，这又引起成本降低和芯片尺寸减小。此外，此类接收器路径允许收发器ic在宽频率范围内运行，所有这些都不会影响收发器ic的增益或噪声指数(noise figure，nf)优势。

58、在一些实施例中，rf接收器可在宽频率范围内运行，同时维持相对恒定的等效并联输入电阻(rp)，使得可以实现小接收器阵容增益变化，同时提供实现多频带性能并实现窄带lna设计的优点的简单方式。这些优点可以包括高无源增益、低功率损耗和低接收器噪声指数。此外，以这种方式配置的rf接收器还可以减少唯一接收频率输入端口的数量，因此裸片尺寸变小，成本降低。

59、在一些实施例中，主放大器电路可以与rf lna中的可编程输入阻抗电路分离，这允许两个电路的独立优化。这可以允许包括在可编程输入阻抗电路中的电感器退化跨导体电路以大电感和大跨导值实现，这可以产生与rf接收器路径的信号源的低阻抗值紧密匹配的实部输入阻抗rs，同时不影响主放大器的各种设计要求，例如，低电流、可编程agc、高输出阻抗、单端到差分转换等。

60、本说明书的主题的一种或多种实施例的细节在以下附图和具体实施方式中阐述。主题的其他特征、方面和优点在具体实施方式、附图和权利要求书中将是显而易见的。