专利名称：多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及四代移动通信领域，具体地，涉及多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置。
背景技术：
随着移动通信技术的飞速发展，为了覆盖分时长期演进(Time Division LongTerm Evolution，简称TD-LTE，是由阿尔卡特-朗讯、诺基亚西门子通信、大唐电信、华为 技术、中兴通讯、中国移动等业者，所共同开发的第四代即4G移动通信技术与标准)、时分同步码分多址(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access,简称TD-SCDMA ;是中国提出的第三代移动通信标准，简称3G ;也是ITU批准的三个3G标准中的一个，以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准)、以及四频GSM (Quad-GSM)的所有频段，在如图2所示的传统功率放大器中，接收机(Receiver)前端必须使用声表面滤波器(SAW filter)来减小频段之间的互相干扰。例如，34波段Band 34: 2010^2025MHz (TD-SCDMA)、38 波段Band 38:2570 2620MHz (TD-LTE)、39 波段Band 39 F: 188(Tl900MHz (TD-LTE), Band 39 S:1900 1920MHz (TD-SCDMA)和 40 波段Band 40:2300^2400MHz (TD-SCDMA)，四个波段需要四个声表面滤波器；LTE接收机要求多样化(diversity)来提高数据率和灵敏度，所以另外三个声表面滤波器供给三个LTE波段，即38波段、39波段和40波段。图I所示的TD-LTE/TD-SCDMA/2G兼容手机，包括电源管理单元，分别与电源管理单元连接的存储器、基带处理器、应用处理器、2G/3G/4G射频收发模块与功率放大器，与基带处理器连接的用户识别卡(SM卡)，与功率放大器连接的天线，分别与应用处理器连接的导航模块、相机模块、蓝牙模块与无线上网模块；应用处理器及基带处理器，分别与存储器连接。为了兼容2代手机(参见图I )，需要支持PCS标准的2波段、支持DCS标准的3波段、支持EGSM标准的5波段、以及GSM标准的8波段；所以接收机需要11个声表面滤波器，一共有11个接收输入端。另外，在图7所示的传统低噪声放大器中，它使用Lg和Ls两个电感做输入阻抗匹配，输出级栅地(Cascode)器件M3-M6的电流操舵实现电流域的增益控制，输出端电感Ld，用来完成输出阻抗匹配；为了抑制共模噪声和干扰以及与混频器的接口，采用差分输入INP和INN两个输入端口。在上述传统低噪声放大器中，差分输入使输入管脚数倍增，多标准多频段设计是管脚受限的设计；Lg、Ls和Ld三个电感使该模块所占芯片面积相当大；采用Lg和Ls两个电感完成输入匹配，加上输出电感，使该系统成为窄带接收机，不能满足869 2620MHz的多频段的系统的要求。另外，该放大器必须与片外声表面滤波器配合使用，否则带外大信号将使它饱和，使系统的接受灵敏度降低。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在成本高、适用标准少、数据率低、灵敏度低、噪声大与占用空间大等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出·多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置，以实现成本低、适用标准多、数据率高、灵敏度高、噪声小与占用空间小的优点。本发明的另一目的在于，提出基于以上所述多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置的应用系统，即至少包括多标准全兼容四代移动射频前端收发系统。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置，包括单端输入差分输出噪声抵消型低噪声放大器，以及分别与所述单端输入差分输出噪声抵消型低噪声放大器配合连接的跟踪滤波器品质因数增强电路及AB类模块；其中
所述单端输入差分输出噪声抵消型低噪声放大器，用于利用信号和噪声相位的相反，使噪声抵消，使信号互补相加；
所述跟踪滤波器品质因数增强电路，用于通过调整负跨导提高输出腔体的品质因数达，得到最佳的带外干扰滤波效果；
所述AB类模块，用于使电流模式放大器不饱和，以应对较强的带外干扰。进一步地，所述单端输入差分输出噪声抵消型低噪声放大器，至少包括可变增益低噪声放大器LNA/ VGA ；
与所述跟踪滤波器品质因数增强电路相匹配，还设有跟踪滤波器。进一步地，在所述的可变增益低噪声放大器LNA/ VGA内部，设有噪声抵消型classA放大单元(Main)；
所述噪声抵消型class A放大单元的输出端OUTp和输出端OUTn的噪声相位相同，互相抵消，所述LNA的噪声抵消公式为
VmaF1
...... JBl39| WmL
22
其中，露減和为输入器件Ml和M2的跨导值,Hjj和为电感LI和
L2在工作频率的有效阻抗；该低噪声放大器的噪声系数可以表达为
, 2 嚴nmA mA
其中，7为器件通道热噪声系数，为了减小7对NF的影响，设计lu> I1J,同时I禮〉111。进一步地，在所述的可变增益低噪声放大器LNA/ VGA内部，设有单端输入差分输出的class A放大单元(Main);所述class A放大单元,经由Ml主要信道的信号和经由M2的辅助信号在输出端OUTp和OUTn，相位相反，互补增强；和/或，在所述可变增益低噪声放大器LNA/ VGA内部，还设有分别与class A放大单元连接的class AB模式放大单元,所述class AB放大单元、class A放大单元,与跟踪滤波器依次配合连接；所述class AB放大单元,与峰值探测器配合使用，应对带外干扰，当峰值探测器感知到带外大信号时，打开电流模式的AB放大器，使放大器不至饱；和/或，
在所述的可变增益低噪声放大器LNA/ VGA内部，设有增益控制单元(Varible GainAmplifier,简称VGA);所述VGA，通过接收由基带处理器BBIC来的信号GC和GCB，来控制低噪声放大器的级联器件M3、M4、M5和M6的导通和断开，来完成增益控制。进一步地，在所述跟踪滤波器内部，设有片内Q值矫正单元；
所述片内Q值矫正单元，包括LNA、滤波模块、本振产生器、比较器与数字矫正中央控制器;其中
在矫正状态时，所述LNA的输出端，分别与滤波模块的输入端、以及比较器的第一输入 端连接；本振产生器的输出端与比较器的第二输入端连接，比较器的输出端与数字矫正中央控制器的输入端连接，数字矫正中央控制器的输出端与滤波模块的控制端连接。进一步地，在所述跟踪滤波器内部，还设有与片内Q值矫正单元配合连接的Q增强量调节单元；
所述Q增强量调节单元，包括用于字编程控制的-f ■模块；通过-f ■模块，根据不同的频段，设置不同的-f■值，使Q增强量的调节公式为
I
其中，f ■为输入器件Mn的跨导值，输出腔有效阻抗Jl,, Qj为Q的有效值，
Q=*爲为调节的频率，f 为自齡同时，本发明采用的另一技术方案是基于以上所述多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置的应用系统，至少包括多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发系统；该多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发系统，包括
基于所述多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置的所述LTE多样化接收机，用于对预设频谱(如自天线单端接收频率为869-2620MHZ)的射频信号，进行至少包括跟踪滤波、混频、可变增益中频和/或低噪声放大、功率探测与AD转换操作中任意多种的前端处理后，并将所得前端处理结果发送至单一频率合成器；
单一频率合成器，用于基于所述LTE多样化接收机发送的前端处理结果，进行至少包括多模数分频、鉴相、振荡、低通滤波与调制操作中任意多种的频率合成处理，并将所得频率合成结果发送至发射机；
发射机，用于基于所述单一频率合成器发送的频率合成结果，进行至少包括射频DA转换、信号衰减与变频操作中任意多种的频率转换处理，并将频率转换处理所得频率转换结果(如频率为2300-2620MHZ的高频信号、频率为1880_2025MHz的中频信号、以及频率为824-915MHz的低频信号)，分别从高频输出端、中频输出端及低频输出端进行三端输出。进一步地，所述LTE多样化接收机，包括并行设置的两个信号处理通道、以及配合设置在所述两个信号处理通道之间的功率探测器(Power Detector)；
每个信号处理通道，包括依次信号连接的可变增益低噪声放大器(LNA)/ VGA、混频器、可编程增益放大器(PGA)/低通滤波器(LPF)、以及并行设置的两个模数转换器(ADC)，以及信号连接在LNA/ VGA输出端的至少为Q增强型和/或Q可调型的跟踪滤波器(TrackingFilter)；
所述两个ADC的第一输出端，分别用作LTE多样化接收机的多样化正交I输出端RXI_diversity与多样化正交Q输出端RXQ_diVersity、或者用作LTE接收机的正交I输出端RXI与接收机正交Q输出端RXQ ;两个ADC的第二输出端相连，用于接收从频率合成器来的信号作为采样频率；
所述功率探测器，连接在两个信号处理通道中LNA/VGA输出端之间；功率探测器的输出端，用于输出功率探测结果。进一步地，在所述跟踪滤波器内部，设有片内Q值矫正单元；
所述片内Q值矫正单元，包括LNA、滤波模块、本振产生器(Local Oscilator)、比较器与数字矫正中央控制器(Digital Calibration Engine);其中
在矫正状态 时，所述LNA的输出端，分别与滤波模块的输入端、以及比较器的第一输入端连接；本振产生器的输出端与比较器的第二输入端连接，比较器的输出端与数字矫正中央控制器的输入端连接，数字矫正中央控制器的输出端与滤波模块的控制端连接；以及，在所述跟踪滤波器内部，还设有与片内Q值矫正单元配合连接的Q增强量调节单元；
所述Q增强量调节单元，包括用于字编程控制的-f丨模块；通过-模块，根据不同的频段,设置不同的-￡_值,使q增强量的调节公式为
I
O.........c =-.
其中，为输入器件Mn的跨导值，输出腔有效阻抗麗Qj为Q的有效值，
Q =,为调节的频率，B为电感的寄生电阻，η为自然数。
及I JfQS进一步地，在所述的可变增益低噪声放大器LNA/ VGA内部，设有噪声抵消型classA放大单元(Main)；
所述噪声抵消型class A放大单元的输出端OUTp和输出端OUTn的噪声相位相同，互相抵消，所述LNA的噪声抵消公式为
FeVa
^riIl ~~ ;
2 2
其中，§_和f 为输入器件Ml和M2的跨导值，Ru和为电感LI和L2在工作频率A的有效阻抗；该低噪声放大器的噪声系数可以表达为
权利要求
1.多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置，其特征在于，包括单端输入差分输出噪声抵消型低噪声放大器，以及分别与所述单端输入差分输出噪声抵消型低噪声放大器配合连接的跟踪滤波器品质因数增强电路及AB类模块；其中 所述单端输入差分输出噪声抵消型低噪声放大器，用于利用信号和噪声相位的相反，使噪声抵消，使信号互补相加； 所述跟踪滤波器品质因数增强电路，用于通过调整负跨导提高输出腔体的品质因数达，得到最佳的带外干扰滤波效果； 所述AB类模块，用于使电流模式放大器不饱和，以应对较强的带外干扰。
2.根据权利要求I所述的多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置，其特征在于，所述单端输入差分输出噪声抵消型低噪声放大器，至少包括可变增益低噪声放大器 LNA/ VGA ； 与所述跟踪滤波器品质因数增强电路相匹配，还设有跟踪滤波器。
3.根据权利要求2所述的多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置，其特征在于，在所述的可变增益低噪声放大器LNA/ VGA内部，设有噪声抵消型class A放大单兀(Main)； 所述噪声抵消型class A放大单元的输出端OUTp和输出端OUTn的噪声相位相同，互相抵消，所述LNA的噪声抵消公式为
4.根据权利要求2所述的多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置，其特征在于，在所述的可变增益低噪声放大器LNA/ VGA内部,设有单端输入差分输出的classA放大单元(Main);所述class A放大单元，经由Ml主要信道的信号和经由M2的辅助信号在输出端OUTp和OUTn，相位相反，互补增强；和/或， 在所述可变增益低噪声放大器LNA/ VGA内部，还设有分别与class A放大单元连接的class AB模式放大单元,所述class AB放大单元、class A放大单元,与跟踪滤波器依次配合连接；所述class AB放大单元,与峰值探测器配合使用，应对带外干扰，当峰值探测器感知到带外大信号时，打开电流模式的AB放大器，使放大器不至饱；和/或， 在所述的可变增益低噪声放大器LNA/ VGA内部，设有增益控制单元VGA ;所述VGA，通过接收由基带处理器BBIC来的信号GC和GCB，来控制低噪声放大器的级联器件M3、M4、M5和M6的导通和断开，来完成增益控制。
5.根据权利要求2所述的多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置，其特征在于，在所述跟踪滤波器内部，设有片内Q值矫正单元； 所述片内Q值矫正单元，包括LNA、滤波模块、本振产生器、比较器与数字矫正中央控制器;其中 在矫正状态时，所述LNA的输出端，分别与滤波模块的输入端、以及比较器的第一输入端连接；本振产生器的输出端与比较器的第二输入端连接，比较器的输出端与数字矫正中央控制器的输入端连接，数字矫正中央控制器的输出端与滤波模块的控制端连接。
6.根据权利要求5所述的多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置，其特征在于，在所述跟踪滤波器内部，还设有与片内Q值矫正单元配合连接的Q增强量调节单元； 所述Q增强量调节单元，包括用于字编程控制的—f謹模块;通过
7.基于权利要求I所述的多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置的应用系统，其特征在于，至少包括多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发系统； 该多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发系统，包括 基于所述多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置的LTE多样化接收机，用于对预设频谱的射频信号，进行至少包括跟踪滤波、混频、可变增益中频和/或低噪声放大、功率探测与AD转换操作中任意多种的前端处理； 单一频率合成器，用于基于所述LTE多样化接收机进行前端处理所得前端处理结果，进行至少包括多模数分频、鉴相、振荡、低通滤波与调制操作中任意多种的频率合成处理； 发射机，用于基于所述单一频率合成器进行频率合成处理所得频率合成结果，进行至少包括射频DA转换、信号衰减与变频操作中任意多种的频率转换处理，并将频率转换处理所得频率转换结果，分别从高频输出端、中频输出端及低频输出端进行三端输出。
8.根据权利要求7所述的多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置的应用系统，其特征在于，所述LTE多样化接收机，包括并行设置的两个信号处理通道、以及配合设置在所述两个信号处理通道之间的功率探测器； 每个信号处理通道，包括依次信号连接的可变增益低噪声放大器LNA/ VGA、混频器、PGA/ LPF、以及并行设置的两个ADC，以及信号连接在LNA/ VGA输出端的至少为Q增强型和/或Q可调型的跟踪滤波器；所述两个ADC的第一输出端，分别用作LTE多样化接收机的多样化正交I输出端RXI_diversity与多样化正交Q输出端RXQ_diVersity、或者用作LTE接收机的正交I输出端RXI与接收机正交Q输出端RXQ ;两个ADC的第二输出端相连，用于接收从频率合成器来的信号作为采样频率； 所述功率探测器，连接在两个信号处理通道中LNA/VGA输出端之间；功率探测器的输出端，用于输出功率探测结果。
9.根据权利要求8所述的多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置的应用系统，其特征在于，在所述跟踪滤波器内部，设有片内Q值矫正单元； 所述片内Q值矫正单元，包括LNA、滤波模块、本振产生器、比较器与数字矫正中央控制器;其中 在矫正状态时，所述LNA的输出端，分别与滤波模块的输入端、以及比较器的第一输入端连接；本振产生器的输出端与比较器的第二输入端连接，比较器的输出端与数字矫正中央控制器的输入端连接，数字矫正中央控制器的输出端与滤波模块的控制端连接；以及， 在所述跟踪滤波器内部，还设有与片内Q值矫正单元配合连接的Q增强量调节单元； 所述Q增强量调节单元，包括用于字编程控制的—f腫模块;通过—f画模块，根据不同的频段，设置不同的
10.根据权利要求8所述的多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置的应用系统，其特征在于，在所述的可变增益低噪声放大器LNA/ VGA内部，设有噪声抵消型class A 放大单兀(Main)； 所述噪声抵消型class A放大单元的输出端OUTp和输出端OUTn的噪声相位相同，互相抵消，所述LNA的噪声抵消公式为 其中，f丨I和 Jf U为输入器件Ml和M2的跨导值，ll|j和 Hjj为电感LI和L2在工作频率<^的有效阻抗；该低噪声放大器的噪声系数可以表达为
全文摘要
本发明公开了多标准全兼容四代移动射频前端宽带低噪声放大装置，该装置包括单端输入差分输出噪声抵消型低噪声放大器，用于利用信号和噪声相位的相反，使噪声抵消，使信号互补相加；跟踪滤波器品质因数增强电路，用于通过调整负跨导提高输出腔体的品质因数达，得到最佳的带外干扰滤波效果；AB类模块，用于使电流模式放大器不饱和，以应对较强的带外干扰。本发明所述装置，采用一个单端输入，使用单一电感，满足噪声性能，同时能够滤除带外大信号，覆盖TD-LTE、TD-SCDMA和四波段GSM的宽带放大器；可以实现成本低、适用标准多、数据率高、灵敏度高、噪声小与占用空间小的优点。
文档编号H03F1/26GK102723913SQ201210190770
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日
发明者栗强 申请人:天津里外科技有限公司