阅读说明：本技术 低噪声放大器及射频接收机 (Low noise amplifier and radio frequency receiver ) 是由 王文娟 张晓朋 高博 曲韩宾 丁理想 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明适用于无线通信技术领域,提供了一种低噪声放大器及射频接收机,上述放大器包括：射频放大模块、旁路开关模块、第一开关模块及控制模块；第一开关模块,第一端与低噪声放大器的输入端子连接,第二端与射频放大模块的输入端连接,控制端与控制模块连接；射频放大模块的输出端与低噪声放大器的输出端子连接；旁路开关模块,第一端与输入端子连接,第二端与输出端子连接,控制端与控制模块连接；控制模块用于接收外部控制信号,并根据外部控制信号控制第一开关模块及旁路开关模块的通断。通过控制射频放大模块所在通路或旁路开关模块所在通路的导通,针对不同的信号强度选择不同的通路,使得低噪声放大器增益可调,保证射频信号的可靠性。(The invention is suitable for the technical field of wireless communication, and provides a low-noise amplifier and a radio frequency receiver, wherein the amplifier comprises: the system comprises a radio frequency amplification module, a bypass switch module, a first switch module and a control module; the first end of the first switch module is connected with the input terminal of the low-noise amplifier, the second end of the first switch module is connected with the input end of the radio frequency amplification module, and the control end of the first switch module is connected with the control module; the output end of the radio frequency amplification module is connected with the output terminal of the low noise amplifier; the bypass switch module is connected with the input terminal at a first end, connected with the output terminal at a second end and connected with the control module at a control end; the control module is used for receiving an external control signal and controlling the on-off of the first switch module and the bypass switch module according to the external control signal. Different paths are selected according to different signal intensities by controlling the conduction of the path where the radio frequency amplification module is located or the path where the bypass switch module is located, so that the gain of the low noise amplifier is adjustable, and the reliability of radio frequency signals is ensured.)

低噪声放大器及射频接收机

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种低噪声放大器及射频接收机。

背景技术

移动通信技术是现代通信技术和计算机技术高度发展和结合的产物。低噪声放大器是无线收发器中的一部分，可用于无线收发器的接收器或发射器中。

当信号较弱时，信号需尽可能的放大，低噪声放大器的增益需较大；而当信号较强时，过高的增益则会导致通道饱和，从而影响信号的完整性。因此，为了确保信号的可靠性，针对不同的信号强度，低噪声放大器的增益应当具有调节功能。而现有技术中低噪声放大器的增益不可调，影响了信号的可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种低噪声放大器及射频接收机，以解决现有技术中低噪声放大器的增益不可调，影响信号可靠性的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种低噪声放大器，包括：射频放大模块、旁路开关模块、第一开关模块及控制模块；

第一开关模块，第一端与低噪声放大器的输入端子连接，第二端与射频放大模块的输入端连接，控制端与控制模块连接；射频放大模块的输出端与低噪声放大器的输出端子连接；

旁路开关模块，第一端与输入端子连接，第二端与输出端子连接，控制端与控制模块连接；

控制模块用于接收外部控制信号，并根据外部控制信号控制第一开关模块及旁路开关模块的通断。

本发明实施例的第二方面提供了一种射频接收机，包括如本发明实施例第一方面提供的低噪声放大器。

本发明实施例提供了一种低噪声放大器，包括：射频放大模块、旁路开关模块、第一开关模块及控制模块；第一开关模块，第一端与低噪声放大器的输入端子连接，第二端与射频放大模块的输入端连接，控制端与控制模块连接；射频放大模块的输出端与低噪声放大器的输出端子连接；旁路开关模块，第一端与输入端子连接，第二端与输出端子连接，控制端与控制模块连接；控制模块用于接收外部控制信号，并根据外部控制信号控制第一开关模块及旁路开关模块的通断。当射频信号强度较小时，射频放大模块所在通路选通，旁路开关模块所在通路断开，射频信号经放大模块放大后输出；而当射频信号较强时，旁路开关模块所在通路选通，射频放大模块所在通路关闭，射频信号不经放大直接输出，防止通道饱和，影响信号的完整性；通过控制射频放大模块所在通路或旁路开关模块所在通路的导通，针对不同的信号强度选择不同的通路，使得低噪声放大器增益可调，确保信号在不同条件下均得到最优处理，保证了射频信号的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种低噪声放大器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的又一种低噪声放大器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种低噪声放大器的电路原理图；

图4是本发明实施例提供的一种堆叠结构的旁路开关模块的电路原理图；

图5是本发明实施例提供的一种控制模块的电路原理图；

图6是本发明实施例提供的一种非门的电路原理图；

图7是本发明实施例提供的一种或非门的电路原理图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参考图1，本发明实施例提供了一种低噪声放大器，包括：射频放大模块11、旁路开关模块12、第一开关模块13及控制模块14；

第一开关模块13，第一端与低噪声放大器的输入端子连接，第二端与射频放大模块11的输入端连接，控制端与控制模块14连接；射频放大模块11的输出端与低噪声放大器的输出端子连接；

旁路开关模块12，第一端与输入端子连接，第二端与输出端子连接，控制端与控制模块14连接；

控制模块14用于接收外部控制信号，并根据外部控制信号控制第一开关模块13及旁路开关模块12的通断。

本发明实施例根据外部控制信号控制第一开关模块13及旁路开关模块12的通断，从而控制射频放大模块11所在通路的导通状态及旁路开关模块12所在通路的导通状态。当射频信号强度较小时，射频放大模块11所在通路选通，旁路开关模块12所在通路断开，射频信号经射频放大模块11放大后输出，低噪声放大器工作在放大模式；而当射频信号较强时，旁路开关模块12所在通路选通，射频放大模块11所在通路关闭，射频信号不经放大直接输出，低噪声放大器工作在旁路模式，防止通道饱和，影响信号的完整性；针对不同的信号强度控制低噪声放大器的工作模式，使得低噪声放大器增益可调，确保信号在不同条件下均得到最优处理，保证了射频信号的可靠性。

参考图2，一些实施例中，第一开关模块13的控制端与控制模块14的第三输出端连接；低噪声放大器还包括：第二开关模块15；

第二开关模块15，第一端与射频放大模块11的输出端连接，第二端与输出端子连接，控制端与控制模块14的第五输出端连接；或

第二开关模块15，第一端与射频放大模块11的输出端连接，第二端与输出端子连接，控制端与控制模块14的第三输出端连接。

当低噪声放大器工作在旁路模式时，第一开关模块13断开，输入端子与射频放大模块11之间断开，呈现高阻抗，不影响旁路状态下的线性度、***损耗及驻波等特性。

由于射频放大模块11在冷态时阻抗非无穷大，因此当低噪声放大器处于旁路状态时输出射频信号的驻波比会受到射频放大模块11的影响。本发明实施例还设置第二开关模块15，第二开关模块15断开，射频放大模块11与输出端子之间断开，同样呈现高阻抗，使得旁路状态时的输出驻波不受射频放大模块11的影响。第一开关模块13和第二开关模块15联合作用，防止射频信号进入射频放大模块11，造成额外的信号损失和驻波比恶化，提高了关断隔离度。

一些实施例中，参考图3，第一开关模块13包括：第二开关管E4、第七电阻R8、第八电阻R7；

第二开关管E4，第一端分别与第一开关模块13的第一端及第七电阻R8的第一端连接，第二端分别与第一开关模块13的第二端及第七电阻R8的第二端连接，控制端通过第八电阻R7与第一开关模块13的控制端连接。

第七电阻R8阻值较大，用于平衡电位。

一些实施例中，第二开关管E4可以为砷化镓D-PHEMT管(砷化镓耗尽型赝配高电子迁移率晶体管)。

一些实施例中，第二开关模块15与第一开关模块13的电路结构可以相同，电路原理图参考图3，在此不再赘述。

一些实施例中，参考图3，旁路开关模块12的控制端包括：第一旁路控制端和第二旁路控制端，第一旁路控制端与控制模块14的第一输出端连接，第二旁路控制端与控制模块14的第二输出端连接；旁路开关模块12包括：第一开关单元121、第二开关单元122、第三开关单元123、第一电容C8及第二电容C9；

第一开关单元121，第一端与第一电容C8的第一端连接，第二端分别与第二开关单元122的第一端及第三开关单元123的第二端连接，控制端分别与第二开关单元122的控制端及第一旁路控制端连接；

第二开关单元122的第二端与旁路开关模块12的第二端连接；

第三开关单元123，第一端与第二电容C9的第一端连接，控制端与第二旁路控制端连接；

第一电容C8的第二端与旁路开关模块12的第一端连接，第二电容C9的第二端接地。

一些实施例中，第一开关单元121包括：第一开关管E5、第一电阻R10及第二电阻R9；

第一开关管E5，第一端分别与第一开关单元121的第一端及第一电阻R10的第一端连接，第二端分别与第一开关单元121的第二端及第一电阻R10的第二端连接，控制端通过第二电阻R9与第一开关单元121的控制端连接。

一些实施例中，第一开关管E5为砷化镓D-PHEMT管；

第一开关单元121、第二开关单元122及第三开关单元123的电路结构可以相同，具体参考图3，在此不再赘述。

本发明实施例中第一开关单元121、第二开关单元122及第三开关单元123中的开关管均可采用砷化镓D-PHEMT管，三个开关单元形成T型开关结构，增大了关断隔离度，保证了旁路开关模块12在断开状态时不影响射频放大模块11的工作。

一些实施例中，旁路开关模块12还可以采用堆叠结构。例如，参考图4。旁路开关模块12的最大线性通过率与开关管的击穿电压有直接关系，击穿电压越高，通过功率越大。本发明实施例中通过堆叠相同的开关单元来提高旁路开关模块12的最大线性通过功率。但由于***损耗会随着堆叠数量的增加成倍增加，因此需在线性通过功率和***损耗之间寻求平衡点。例如，旁路开关模块12可由2个第一开关单元、2个第二开关单元及4个第三开关单元堆叠而成。

一些实施例中，第一开关单元121、第二开关单元122及第三开关单元123中的开关管均可采用多栅D-PHEMT管，多栅结构同样可以用来提高旁路开关模块12的最大线性通过功率，同时多栅D-PHEMT管可以减小芯片面积，集成电路的小型化。

一些实施例中，参考图3，射频放大模块11还可以包括：使能单元111；

使能单元111的输入端与控制模块14的第四输出端连接；

使能单元111用于接收控制模块14发送的使能控制指令，并根据使能控制指令对射频放大模块11进行使能控制。

一些实施例中，参考图3，使能单元111包括：第三场效应晶体管E3、第三电容C6、第九电阻R6及第十电阻R5；

第三场效应晶体管E3，第一端接地，第二端与使能单元111的输出端连接，控制端通过第九电阻R6与使能单元111的输入端连接，控制端通过第十电阻R5接地，控制端还与第三电容C6的第一端连接；

第三电容C6的第二端接地；

射频放大模块11还包括：偏置单元、第四场效应晶体管E1、第五场效应晶体管E2、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电容C7、第五电容C1、第六电容C3、第七电容C2、第八电容C5、第九电容C4、第十电容C10、第十一电阻R2、第十二电阻R1、第十三电阻R3及第十四电阻R4；

第四场效应晶体管E1，第一端分别与第二电感L2的第一端及第六电容C3的第一端连接，第二端分别与第十三电阻R3的第一端、第五电容C1的第一端及第三电感L3的第二端连接，控制端分别与第七电容C2的第一端、第八电容C5的第一端、第十四电阻R4的第一端、第十三电阻R3的第二端及使能单元的输出端连接；

第五场效应晶体管E2，第一端通过第一电感L1接地，第二端分别与第九电容C4的第一端、第七电容C2的第二端及第二电感L2的第二端连接，控制端分别与第十二电阻R1的第二端及第四电容C7的第二端连接；

第三电感L3的第一端与电源端VCC连接；第十电容C10，第一端与电源端VCC连接，第二端与射频放大模块11的输出端连接；

第十一电阻R2，第一端与偏置单元连接，第二端分别与第五电容C1的第二端及第十二电阻R1的第一端连接；

第四电容C7的第一端与射频放大模块11的输入端连接；第九电容C4的第二端、第八电容C5的第二端、第六电容C3的第二端、第十四电阻R4的第二端均接地。

射频放大模块11采用共源共栅结构，第五场效应晶体管E2为第一级共源放大级，第四场效应晶体管E1为第二级共栅放大级。射频放大模块11工作时，第五场效应晶体管E2和第四场效应晶体管E1共用偏置电流，增益主要由第五场效应晶体管E2提供，第四场效应晶体管E1能够抑制第五场效应晶体管E2寄生栅漏电容引起的密勒效应，提高电路的反向隔离度。第四场效应晶体管E1的栅极和地之间设置第八电容C5，用于调节共栅极放大电路的相位响应曲线，提高低噪声放大器的整体线性度。第七电容C2为两级射频耦合电容，第六电容C3为第四场效应晶体管E1的源极旁路电容，第九电容C4为第五场效应晶体管E2的漏极匹配电容，第二电感L2为两级之间的匹配电感。第五电容C1和第十二电阻R1组成反馈单元，用于为第五场效应晶体管E2提供反馈，提高电路的稳定性。第十三电阻R3和第十四电阻R4串联在电源端VCC和地之间，通过分压为第四场效应晶体管E1的栅极提供偏置电压。

一些实施例中，第三场效应晶体管E3、第四场效应晶体管E1及第五场效应晶体管E2均可以为砷化镓E-PHEMT管。砷化镓化镓E-PHEMT管(砷化镓增强型赝配高电子迁移率晶体管)具有噪声低、增益高和线性好等特点，可有效的降低放大器的噪声，提高射频放大模块11的增益及线性度。

使能单元111中，第十电阻R5为下拉电阻，当使能单元111的输入端没有信号输入时，通过第十电阻R5将使能单元111的输入端电压拉低；当使能单元111的输入端有高电平信号输入时，通过第十电阻R5防止输入的高电平信号干扰射频放大模块11，造成射频放大模块11误动作，影响射频信号的输出。

本发明实施例中，上述各个开关管均可采用砷化镓D-PHEMT管。通过改变砷化镓D-PHEMT管栅极和源极、栅极和漏极之间的电势差，使源极与漏极之间呈现低阻态或高阻态，从而控制通路的通断。当砷化镓D-PHEMT管导通时，栅极与源极、栅极与漏极之间的电位差Vgs≥0V；当砷化镓D-PHEMT管关断时，栅极与源极、栅极与漏极之间的电位差Vgs≤-0.4V。本发明实施例中采用沟道电平浮动技术，当砷化镓D-PHEMT管需要关断时，使砷化镓D-PHEMT管沟道处于高电平状态，栅极接零电平；当砷化镓D-PHEMT管需要开启时，使砷化镓D-PHEMT管的栅极处于高电平状态，通过开关管的开启阈值，自动产生一个沟道电平。本发明实施例中无需设置负压电源来控制开关管的通断，简化了电路设计。

一些实施例中，参考图5，控制模块14的第五输出端与控制模块14的第二输出端连接；控制模块14包括：第一非门U1、第二非门U2、第三非门U3、第四非门U4、或非门U5、第三电阻R17、第四电阻R18、第五电阻R19及第六电阻R20；

第一非门U1，输入端通过第三电阻R17与控制模块14的第一输入端连接，输入端还通过第四电阻R18接地，输出端与第二非门U2的输入端连接；

第二非门U2的输出端分别与控制模块14的第一输出端及第三非门U3的输入端连接；

第三非门U3的输出端与控制模块14的第二输出端连接；

或非门U5，第一输入端与第一非门U1的输入端连接，第二输入端通过第五电阻R19与控制模块14的第二输入端连接，第二输入端还通过第六电阻R20接地，输出端分别与控制模块14的第三输出端及第四非门U4的输入端连接；

第四非门U4的输出端与控制模块14的第四输出端连接。

控制模块14采用逻辑门控制电路，第三电阻R17、第四电阻R18、第五电阻R19和第六电阻R20用于分压产生输入电平。逻辑门控制电路由多个非门及或非门组成，翻转速度快，尺寸小，阈值电压受电源电压影响小。控制模块14包括两个输入端，控制模块14的第一输入端接收到的信号和控制模块14的第二输入端接收到的信号通过逻辑门电路后控制低噪声放大器的工作状态。

一些实施例中，参考图6，第一非门U1可以包括：第十五电阻R21，第六开关管E9及第七场效应晶体管E10；

第六开关管E9，第一端与电源端VCC连接，第二端通过第十五电阻R21分别与第一非门U1的输出端、第七场效应晶体管E10的第一端及第六开关管E9控制端连接；

第七场效应晶体管E10，第二端接地，控制端与第一非门U1的输入端连接。

一些实施例中，第六开关管E9为砷化镓D-PHEMT管，第七场效应晶体管E10为砷化镓E-PHEMT管。

一些实施例中，第一非门U1、第二非门U2、第三非门U3、第四非门U4电路结构相同。

一些实施例中，参考图7，或非门U5可以包括：第八场效应晶体管E12、第九场效应晶体管E13、第十开关管E11及第十六电阻R22；

第十开关管E11，第一端与电源端VCC连接，第二端通过第十六电阻R22分别与第十开关管E11的控制端、或非门U5的输出端、第八场效应晶体管E12的第一端及第九场效应晶体管E13的第一端连接；

第八场效应晶体管E12的控制端与或非门U5的第一输入端连接，第九场效应晶体管E13的控制端与或非门U5的第二输入端连接；

第八场效应晶体管E12的第二端及第九场效应晶体管E13的第二端均接地。

一些实施例中，第八场效应晶体管E12和第九场效应晶体管E13为砷化镓E-PHEMT管，第十开关管E11为砷化镓D-PHEMT管。

上述各模块的电路均可由E/D-PHEMT工艺实现，各模块可全部集成在单个芯片上，方便集成和小型化。

参考图3和图5，下面结合具体的实施例对上述低噪声放大器进行说明。

表1控制信号真值表

VBYP	0	0	1	1
					VSD	1	0	1	0
VC1P	0	0	1	1
					VC1N	1	1	0	0
VC2N	0	1	0	0
					VC2P	1	0	1	1
	关断	放大	旁路	旁路

参考表1，“0”代表低电平状态，“1”代表高电平状态。

当控制模块14的第一输入端VBYP输入低电平(0)，控制模块14的第二输入端VSD输入高电平(1)时，控制模块14的各个输出端信号为0101，第一开关模块13断开，第二开关模块15导通，旁路开关模块12断开，射频放大模块11使能关断，低噪声放大器处于关断状态；

当控制模块14的第一输入端VBYP输入低电平(0)，控制模块14的第二输入端VSD输入低电平(0)时，控制模块14的各个输出端的信号为0110，第一开关模块13导通，第二开关模块15导通，旁路开关模块12断开，射频放大模块11可正常工作，低噪声放大器处于放大模式；

当控制模块14的第一输入端VBYP输入高电平(1)，控制模块14的第二输入端VSD输入高电平(1)或低电平(0)时，控制模块14的各个输出端的信号为1001，第一开关模块13断开，第二开关模块15断开，旁路开关模块12导通，射频放大模块11使能关断，低噪声放大器处于旁路模式；

控制模块14的第一输入端VBYP为旁路控制端，当控制模块14的第一输入端VBYP输入高电平时，低噪声放大器处于旁路模式；

本发明实施例仅通过两个控制信号即可实现低噪声放大器在不同工作模式间的切换，使得低噪声放大器的增益可调，根据射频信号的不同选择不同的工作模式，保证了射频信号的质量。

对应于上述任一种低噪声放大器，本发明实施例还提供了一种射频接收机，该射频接收机包括上述任一种低噪声放大器，且具有上述低噪声放大器的优点，在此不再赘述。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。