阅读说明：本技术 控制电路和低噪声放大器 (Control circuit and low noise amplifier ) 是由 张晓朋 曲韩宾 高博 王文娟 赵亚 谷江 于 2019-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明属于射频芯片设计技术领域,涉及一种控制电路和低噪声放大器,包括差分比较模块、电平转移模块和开关模块；差分比较模块接收外部信号设备的电平信号,在电平信号的电压小于参考电压时向电平转移模块发送第一截止信号,或,在电平信号的电压大于或等于参考电压时向电平转移模块发送第一导通信号；电平转移模块根据第一截止信号截止并输出第二截止信号,或将第一导通信号进行电平转移得到第二导通信号；开关模块根据第二截止信号截止以控制外部低噪声放大器工作,或根据第二导通信号导通以控制外部低噪声放大器关断。本发明可以使低噪声放大器应用在时分双工模式下,功耗低,开关速度快,抗干扰能力强。(The invention belongs to the technical field of radio frequency chip design, and relates to a control circuit and a low noise amplifier, which comprise a differential comparison module, a level transfer module and a switch module; the differential comparison module receives a level signal of external signal equipment, and sends a first cut-off signal to the level transfer module when the voltage of the level signal is less than a reference voltage, or sends a first conduction signal to the level transfer module when the voltage of the level signal is greater than or equal to the reference voltage; the level transfer module cuts off and outputs a second cut-off signal according to the first cut-off signal, or carries out level transfer on the first conducting signal to obtain a second conducting signal; the switch module is turned off according to the second turn-off signal to control the external low noise amplifier to work, or turned on according to the second turn-on signal to control the external low noise amplifier to turn off. The invention can make the low noise amplifier applied in the time division duplex mode, and has low power consumption, fast switching speed and strong anti-interference capability.)

控制电路和低噪声放大器

技术领域

本发明属于射频芯片设计技术领域，更具体地说，是涉及一种控制电路和低噪声放大器。

背景技术

近年来，无线通信的迅速发展，尤其是随着第五代移动通信的到来，人们对移动通信信号实现全面覆盖的需求越来越大，这就需要铺设大量小型基站分流解决通信压力，低噪声放大器作为第五代移动通信系统中重要的器件，更需要加快升级换代以适应低功耗、高集成度和多功能化等发展需求。但传统的低噪声放大器存在功耗高等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种控制电路和低噪声放大器，以解决现有技术中的低噪声放大器功耗高的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种控制电路，包括：差分比较模块、电平转移模块和开关模块；所述差分比较模块的输入端适于与外部信号设备连接，所述差分比较模块的电压端适于与外部电源连接，所述差分比较模块的输出端与所述电平转移模块的输入端连接；所述电平转移模块的电压端适于与外部电源连接，所述电平转移模块的输出端与所述开关模块的输入端连接；所述开关模块的输出端适于与外部低噪声放大器连接；

所述差分比较模块用于接收外部信号设备的电平信号，在所述电平信号的电压小于参考电压时向电平转移模块发送第一截止信号，或，在所述电平信号的电压大于或等于参考电压时向所述电平转移模块发送第一导通信号；

所述电平转移模块用于在接收到的信号为第一截止信号时，根据所述第一截止信号截止并向所述开关模块发送第二截止信号，或在接收到的信号为第一导通信号时，将所述第一导通信号进行电平转移得到第二导通信号发送给所述开关模块；

所述开关模块用于在接收到的信号为第二截止信号时，根据所述第二截止信号截止，以控制所述外部低噪声放大器工作，或在接收到的信号为第二导通信号时，根据所述第二导通信号导通，以控制所述外部低噪声放大器关断。

可选的，所述差分比较模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、偏置电阻、差分放大单元和第一分压单元；

所述第一电阻的第一端与所述差分比较模块的输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述差分放大单元的第一端连接；

所述差分放大单元的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述差分放大单元的第三端与所述第三电阻的第一端和所述差分比较模块的输出端连接，所述差分放大单元的第四端与所述偏置电阻的第一端连接，所述差分放大单元的第五端与所述第一分压单元的第一端连接；

所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第二端和所述第一分压单元的第二端均与所述差分比较模块的电压端连接，所述第一分压单元的第三端和所述偏置电阻的第二端均接地。

可选的，所述差分放大单元包括：第一晶体管、第二晶体管和第四电阻；

所述第一晶体管的栅极与所述差分放大单元的第一端连接，所述第一晶体管的漏极与所述差分放大单元的第二端连接，所述第一晶体管的源极与所述差分放大单元的第四端连接；所述第二晶体管的栅极与所述第四电阻的第一端连接，所述第二晶体管的漏极与所述差分放大单元的第三端连接，所述第二晶体管的源极与所述差分放大单元的第四端连接；所述第四电阻的第二端与所述差分放大单元的第五端连接。

可选的，所述第一分压单元包括：第五电阻和第六电阻；

所述第五电阻的第一端与所述第一分压单元的第一端和所述第六电阻的第一端均连接，所述第五电阻的第二端与所述第一分压单元的第二端连接；所述第六电阻的第二端与所述第一分压单元的第三端连接。

可选的，所述电平转移模块包括：第三晶体管、第二分压单元和第七电阻；

所述第三晶体管的栅极与所述电平转移模块的输入端连接，所述第三晶体管的漏极与所述电平转移模块的电压端连接，所述第三晶体管的源极与所述第二分压单元的输入端和所述第七电阻的第一端连接；所述第二分压单元的输出端与所述电平转移模块的输出端连接；所述第七电阻的第二端接地。

可选的，所述第二分压单元包括：第四晶体管；

所述第四晶体管的栅极与所述第二分压单元的输入端连接，所述第四晶体管的源极和漏极均与所述第二分压单元的输出端连接。

可选的，所述第二分压单元包括：肖特基二极管；

所述肖特基二极管的正极与所述第二分压单元的输入端连接，所述肖特基二极管的负极与所述第二分压单元的输出端连接。

可选的，所述开关模块包括：第五晶体管、第一电容和第八电阻；

所述第八电阻的第一端与所述开关模块的输入端连接，所述第八电阻的第二端与所述第五晶体管的栅极和所述第一电容的第一端均连接；所述第五晶体管的漏极与所述开关模块的输出端连接，所述第五晶体管的源极与所述第一电容的第二端均接地。

可选的，所述开关模块还包括：第九电阻；

所述第九电阻的第一端与所述第五晶体管的栅极连接，所述第九电阻的第二端接地。

本发明实施例的第二方面提供了一种低噪声放大器，包括低噪声放大芯片，还包括与所述低噪声放大芯片连接的如上述实施例的第一方面提供的任一项所述的控制电路。

本发明实施例中控制电路和低噪声放大器与现有技术相比的有益效果在于：电路主要包括差分比较模块、电平转移模块和开关模块，结构简单，尺寸小，易控制；差分比较模块在电平信号的电压小于参考电压时向电平转移模块发送第一截止信号，或在电平信号的电压大于或等于参考电压时向电平转移模块发送第一导通信号；电平转移模块根据第一截止信号截止，或将第一导通信号进行电平转移，避免电源噪声造成电路的输出串扰或失真，抗干扰能力强；开关模块根据第二截止信号截止控制外部低噪声放大器工作，或根据第二导通信号导通控制外部低噪声放大器关断，可以使低噪声放大器应用在时分双工模式下，功耗低，开关速度快。

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为本发明实施例提供的控制电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的控制电路的电路示意图；

图3为本发明实施例提供的电平信号的电压和输出电压的关系示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明实施例提供的一种控制电路，主要包括：差分比较模块100、电平转移模块200和开关模块300；差分比较模块100的输入端适于与外部信号设备连接，差分比较模块100的电压端适于与外部电源VDD连接，差分比较模块100的输出端与电平转移模块200的输入端连接；电平转移模块200的电压端适于与外部电源VDD连接，电平转移模块200的输出端与开关模块300的输入端连接；开关模块300的输出端适于与外部低噪声放大器的偏置电路连接。

差分比较模块100接收外部信号设备的电平信号，在电平信号的电压小于参考电压时向电平转移模块200发送第一截止信号，电平转移模块200在接收到的信号为第一截止信号时，根据所述第一截止信号截止并向开关模块300发送第二截止信号，开关模块300在接收到的信号为第二截止信号时，根据所述第二截止信号截止，以控制所述外部低噪声放大器工作。

或，差分比较模块100接收外部信号设备的电平信号，在电平信号的电压大于或等于参考电压时向电平转移模块200发送第一导通信号，电平转移模块200在接收到的信号为第一导通信号时，将所述第一导通信号进行电平转移得到第二导通信号发送给开关模块300，开关模块300在接收到的信号为第二导通信号时，根据所述第二导通信号导通，以控制所述外部低噪声放大器关断。

在低噪声放大器领域，砷化镓材料的增强型PHEMT具有很大的优势，目前国内外厂商对高性能低噪声放大器产品主要集中在增强型PHEMT工艺，而且第五代移动通信系统的工作频段之一是sub 6G频段，在这个频段内，砷化镓材料的增强型PHEMT工艺的噪声系数较低，能够提供较高的增益，具有较高的线性度和跨导，只需要单电源供电，满足设计低噪声放大器的要求。

但传统的低噪声放大器关注点主要放在低噪声和高增益上，而忽略了低功耗，而保证整体系统具有较低的功耗，则要求低噪声放大器必须具备使能关断功能。但是基于砷化镓工艺的使能关断电路实现起来非常困难，因为砷化镓材料的增强型PHEMT只有一种类型的有源器件，无法形成互补性门电路，而且受限于增强型PHEMT的较低的阈值电压，不易制作阈值电压准确的控制电路。

针对上述问题，本实施例提供了一种可以应用于第五代移动通信基站的低噪声放大器中的控制电路，将关断功能集成在低噪声放大器中，可在TTL逻辑电平下进行控制，抗干扰能力强，通过实时关断低噪声放大器的接收通道，使得低噪声放大器可以应用在时分双工模式下，开关速度快，在基站接收系统中具有一定的应用价值。

上述控制电路，结构简单，尺寸小，易控制；差分比较模块100通过对电平信号的差分比较输出导通或截止信号；电平转移模块200将截止信号或导通信号进行电平转移，避免电源噪声造成电路的输出串扰或失真，抗干扰能力强；开关模块300根据截止信号或导通信号控制外部低噪声放大器工作或关断，使低噪声放大器可以应用在时分双工模式下，开关速度快。

在一个实施例中，参见图2，差分比较模块100可以包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、偏置电阻Rb、差分放大单元110和第一分压单元120。第一电阻R1的第一端与差分比较模块100的输入端连接，第一电阻R1的第二端与差分放大单元110的第一端连接。差分放大单元110的第二端与第二电阻R2的第一端连接，差分放大单元110的第三端与第三电阻R3的第一端和差分比较模块100的输出端连接，差分放大单元110的第四端与偏置电阻Rb的第一端连接，差分放大单元110的第五端与第一分压单元120的第一端连接；第二电阻R2的第二端、第三电阻R3的第二端和第一分压单元120的第二端均与差分比较模块100的电压端连接，第一分压单元120的第三端和偏置电阻Rb的第二端均接地。

可选的，差分放大单元110可以包括：第一晶体管E1、第二晶体管E2和第四电阻R4；第一晶体管E1的栅极与差分放大单元110的第一端连接，第一晶体管E1的漏极与差分放大单元110的第二端连接，第一晶体管E1的源极与差分放大单元110的第四端连接；第二晶体管E2的栅极与第四电阻R4的第一端连接，第二晶体管E2的漏极与差分放大单元110的第三端连接，第二晶体管E2的源极与差分放大单元110的第四端连接；第四电阻R4的第二端与差分放大单元110的第五端连接。

具体参见图2，Vref为参考电压，外部电源VDD的电压经过第五电阻R5和第六电阻R6分压后得到参考电压Vref，参考电压Vref大于第二晶体管E2的开启电压。当电平信号的电压Vin为低电平时，只有第二晶体管E2正常工作，公共源极节点处的电压V1＝Vref-V_GS2，V_GS2为第二晶体管E2的栅极与源极之间的电压，此时电平转移模块200和开关模块300根据第一截止信号均处于截止状态，低噪声放大器正常工作；参见图3，当电平信号的电压Vin为高电平时，且大于或等于参考电压Vref时，第一晶体管E1导通，此时流过偏置电阻Rb的电流增加，公共源极节点处的电压V1升高，V_GS2降低，使第二晶体管E2截止，输出第一导通信号，第三晶体管E3、第五晶体管E5均导通，此时Vout处的电压为0，即低噪声放大器不能正常工作，电路被关断。

可选的，第一分压单元120可以包括：第五电阻R5和第六电阻R6；第五电阻R5的第一端与第一分压单元120的第一端和第六电阻R6的第一端均连接，第五电阻R5的第二端与第一分压单元120的第二端连接；第六电阻R6的第二端与第一分压单元120的第三端连接。

本实施例的差分比较模块100主要是通过比较电平信号的电压与参考电压的大小，参考电压为第四电阻R4与第五电阻R5的连接处的电压，即比较差分放大单元110的第一端的电压与第五端的电压的大小，进一步控制低噪声放大器的工作状态。当电平信号的电压Vin小于参考电压Vref时，第一晶体管E1截止，第二晶体管E2导通，差分比较模块100输出第一截止信号，电平转移模块200和开关模块300均截止，所连接的外部低噪声放大器正常工作；当电平信号的电压Vin大于或等于参考电压Vref时，差分比较模块100输出第一导通信号，即输出信号为高电平，电平转移模块200和开关模块300均导通，此时Vout处的电压为0，低噪声放大器不能正常工作，电路被关断，使得低噪声放大器可以应用在时分双工模式下，状态切换的平均延迟时间较短，开关速度快，且参考电压易调节，适用性很强。

在一个实施例中，参见图2，电平转移模块200可以包括：第三晶体管E3、第二分压单元210和第七电阻R7；第三晶体管E3的栅极与电平转移模块200的输入端连接，第三晶体管E3的漏极与电平转移模块200的电压端连接，第三晶体管E3的源极与第二分压单元210的输入端和第七电阻R7的第一端连接；第二分压单元210的输出端与电平转移模块200的输出端连接；第七电阻R7的第二端接地。

可选的，第二分压单元210可以包括：第四晶体管E4；第四晶体管E4的栅极与第二分压单元210的输入端连接，第四晶体管E4的源极和漏极均与第二分压单元210的输出端连接。

可选的，第二分压单元210还可以包括：肖特基二极管；肖特基二极管的正极与第二分压单元210的输入端连接，肖特基二极管的负极与第二分压单元210的输出端连接。

电平转换模块可以将输入信号转换为控制电路内部偏置信号，以便后续电路的使用，保证关键电路电源的独立性，避免电源噪声造成电路的输出串扰或失真，本实施例的电平转换模块主要是将第一导通信号进行电平转移。具体的，电平信号经过差分比较模块100后输入到第三晶体管E3，第三晶体管E3将第一导通信号进行电平位移，当电平信号的电压Vin大于或等于第一晶体管E1的开启电压时，可将第一导通信号的电平下移V_GS3，V_GS3为第三晶体管E3的栅极与源极之间的电压；再通过肖特基二极管或第四晶体管E4分压，为第五晶体管E5提供栅压(第二导通信号)。第三晶体管E3作为源极输出管，保证了输出相位不变、逻辑关系不变，解决了前后级互相耦合的问题，提高了电路负载能力。

在一个实施例中，开关模块300可以包括：第五晶体管E5、第一电容C1和第八电阻R8；第八电阻R8的第一端与开关模块300的输入端连接，第八电阻R8的第二端与第五晶体管E5的栅极和第一电容C1的第一端均连接，第五晶体管E5的漏极与开关模块300的输出端连接，第五晶体管E5的源极接地；第一电容C1的第二端接地。第八电阻R8可以限制第五晶体管E5的栅极电流，保证第五晶体管E5的栅极不会出现因电流过大而损坏；第一电容C1结合第八电阻R8组成低通滤波电路，当输入的电平信号有波动时，可以对输入信号进行滤波处理，提高控制电路的抗干扰能力。

可选的，开关模块300还可以包括：第九电阻R9；第九电阻R9的第一端与第五晶体管E5的栅极连接，第九电阻R9的第二端接地。当控制电路无信号输入或开关模块300的输入端为低电平时，第九电阻R9使第五晶体管E5栅极下拉到地。

开关模块300与低噪声放大器的偏置电路连接，实现了通过一个晶体管控制低噪声放大器的开启或关断，且第五晶体管E5前加一个下拉电阻(第九电阻R9)，在没有高电平输入时，可以使开关模块300的输入端稳定地处于低电平状态，在有高电平输入时，防止出现的高电平干扰使低噪声放大器的反相器朝输出低电平的一端翻转的误动作。

开关模块300的第五晶体管E5为增强型PHEMT器件。增强型PHEMT器件是由栅压控制沟道电阻，并通过沟道电阻来控制漏极电流的电压控制器件。当第五晶体管E5的栅极和源极之间的电压V_GS5大于第五晶体管E5的开启电压时，电子会流入量子阱中，形成二维电子气，此时在漏极施加电压，沟道中的电子在外加电场的作用下形成漏极电流I_DS5；并且当第五晶体管E5的栅源电压不断增大时，沟道中的二维电子气浓度也将增大，沟道电阻降低，从而增加漏极电流I_DS5，使输出电压Vout为0，实现对低噪声放大器的关断，且在高低温状态下仍可以保持稳定。

可选的，本实施例中的第一晶体管E1、第二晶体管E2、第三晶体管E3、第四晶体管E4和第五晶体管E5均可以为砷化镓材料的增强型PHEMT。本实施例的控制电路能够基于砷化镓材料的增强型PHEMT工艺制作，可以与低噪声放大器工艺兼容。

上述实施例中，电路主要包括差分比较模块100、电平转移模块200和开关模块300，结构简单，尺寸小，易控制，功耗低；差分比较模块100在电平信号的电压小于参考电压时向电平转移模块200发送第一截止信号，或在电平信号的电压大于或等于参考电压时向电平转移模块200发送第一导通信号；电平转移模块200根据第一截止信号截止，或将第一导通信号进行电平转移，避免电源噪声造成电路的输出串扰或失真，抗干扰能力强；开关模块300根据第二截止信号截止控制外部低噪声放大器工作，或根据第二导通信号导通控制外部低噪声放大器关断，可以使低噪声放大器应用在时分双工模式下，输入阻抗大，输出阻抗小，使得电路驱动能力强，开关速度快，同时抗共模干扰能力强，符合第五代移动通信基站中低噪声放大器的要求。

本实施例还提供了一种低噪声放大器，可以应用于第五代移动通信基站，包括低噪声放大芯片，还包括与所述低噪声放大芯片连接的如上述实施例中所述的任意一种控制电路，且具有上述控制电路所具有的有益效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。