具有包络检测功能的低噪声放大器的制作方法

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种具有包络检测功能的低噪声放大器。

背景技术：

随着物联网的发展，可供使用的工业科学医学（ism）带宽，例如2.4ghz频段，变得越来越拥挤，因此无线网络面临着多网共存的挑战。为了得到一个稳定的无线连接，相关接收器不仅要能够阻断带外干扰，而且要能够抑制高强度的无法由前端声表面/体表面期间滤波掉的带内干扰，然而，为了延长电池寿命，最先进的应用技术均采用了超低电源电压（≤1v），这非常不利于阻止带内干扰。

为了改善干扰又保持低功耗，一些文献^[1][2]提出了采用非线性抑制器来阻断干扰，这些非线性技术有两个显著优点，其一，传统的技术依赖频率且消耗大量能耗来实现高q值滤波，与传统的技术不同，非线性抑制器与频率无关并且只需要使用干扰的包络信息来调节非线性方程，进而抑制干扰；其二，他们的电压动态范围可以通过移动线性范围来拓宽，因此并不受电源电压影响。然而这些非线性抑制器需要权衡他们的噪声性能和动态范围，因此不适合长距离无线应用。

为了解决以上的问题，我们提供了一种具有包络检测功能的低噪声放大器，它利用了非线性方法来抑制干扰，同时最小化了噪声系数的恶化。

[1]e.j.g.janssenetal.,“a1.8ghzamplifierwith39dbfrequency-independentsmartself-interferenceblockersuppression,”rficsymp.dig.papers,pp.98-100,jun.2012

[2]d.yeetal.,“anultra-low-powerreceiverusingtransmitted-referenceandshifted-limitersforin-bandinterferenceresilience,”issccdig.tech.papers,pp.438-439,feb.2016.。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种具有包络检测功能的低噪声放大器。

本发明提供的具有包络检测功能的低噪声放大器，它在基于反相器的低噪声放大器的基础上添加了一条包络检测支路，它可以在输入信号被放大前提取包络信息,调整输入信号的偏置电压，使低噪声放大器的输出不会被低电源电压截断。

具体的，该包络检测支路由包络检测器、电压倍增器和镜像偏置电路依次连接组成，其中，电压倍增器的输出连接到镜像偏置电路的电源处，电压倍增器起到抵消镜像偏置电路导致的电压变化的作用，该支路可连接在低噪声放大器输入端的隔直电容的两端。

进一步，该具有包络检测功能的低噪声放大器，可以通过增加放大器的宽长比改善平均噪声系数，因此低噪声放大器的宽长比是可调的。

本发明提出的具有包络检测功能的低噪声放大器，可以采用级联的形式使用，从而进一步改善信号干扰比；级联形式的低噪声放大器中，各级低噪声放大器，包络检测支路由包络检测器、负单位增益缓冲器、电压倍增器和镜像偏置电路依次相连组成；同样的，电压倍增器的输出连接到镜像偏置电路的电源处。

优选的，为了减少工艺、电压、温度（pvt）对干扰包络的影响，在上述级联形式的低噪声放大器中，各级低噪声放大器可采用一种包络反馈环路的形式，以达到自动校准输出包络的效果，从而增加对于非恒定包络的干扰阻断性能。

具体的，所述包络反馈环路电路，从下一级放大器包络检测支路的包络检测器引出信号与本级放大器包络检测支路的负单位增益缓冲期的输出信号同时输入一个误差放大器，然后与电压倍增器和镜像偏置电路依次相连，得到的偏置信号叠加至低噪声放大器的输入部分，对低噪声放大器输入信号的偏置电压进行动态调整。

本发明的技术效果是，该低噪声放大器，通过添加包络检测支路，可以抑制带内干扰，同时保持较小的噪声系数和低功耗，并且适合长距离的无线应用。通过采用包络反馈环路，进一步增加了该具有包络检测功能的低噪声放大器级联的鲁棒性。其中包络检测支路和包络反馈环路均为可选项，可根据系统的功耗需求做出选择。该低噪声放大器同时兼顾了电压动态范围和噪声性能两个重要指标，为无线网络应用的多网络共存提供了前提条件。

附图说明

图1是本发明的具有包络检测功能的低噪声放大器与基于反相器的低噪声放大器的示意图及功能对比。

图2是本发明的具有包络检测功能的低噪声放大器的级联形式示意图。

图3是本发明的级联具有包络检测功能的低噪声放大器添加了包络反馈环路的示意图。

图中标号：s1位包络检测支路，s11为包络检测器，s12为电压倍增器，s13为镜像偏置电路，s14为负单位增益缓冲器，s2为误差放大器；vin为输入信号，vsig为输入有效信号，vint为干扰信号，vref为原输入偏置电压，vp为包络信息，vina为改变偏置电压后低噪声放大器增益阶段输入处的输入信号，为输出电压，cc为隔直电容；vout1为第一级放大输出电压，vout2为第二级放大输出电压，vp1为第一级包络检测支路提取的包络信息，vp2为第二级包络检测支路提取的包络信息，ed1、ed2、ed3分别表示第一、第二、第三级放大器包络检测支路中的包络检测器，ge1、ge2分别表示第一、第二级放大器包络反馈环路中的误差放大器的增益。

具体实施方式

在下文中结合图示在参考实施例中更完全地描述本发明，本发明提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。

图1显示了该具有包络检测功能的低噪声放大器与传统基于反相器的低噪声放大器的干扰抑制原理对比，输入有效信号vsig和干扰vint假设为正弦波，显然，左图中，传统基于反相器的低噪声放大器在干扰强烈时将饱和，信号被电源电压截断，失去了有效信息。而右图中，具有包络检测功能的低噪声放大器引入了包络检测支路，他可以在输入信号vin被放大前提取包络，包络检测路径由包络检测器、电压倍增器和镜像偏置电路组成，该镜像偏置电路为了匹配原基于反相器的低噪声放大器，由带有电阻rf反馈的小尺寸反相器实现。具有包络检测功能的低噪声放大器的输入vin同时给入包络检测器。他的包络vp被提取并送入电压倍增器，为了补偿从倍增器输出到vina的2倍电压下降，电压倍增器的倍率为2倍。之后，输入偏置电压vref变为vref+vp，实现了一个非线性传输函数，改善了vout处的信号干扰比。

当vint增加时，由于高干扰使得低噪声放大器的mos管离开饱和区，平均直流电流变小，导致低噪声放大器的噪声系数变差。因此为了补偿噪声系数的变化，对于大的vint，可以增加放大器的跨导并同时保持了几乎不变的电流功耗。

具有包络检测功能的低噪声放大器以单阶的形式使用，它的信号干扰比改善是有限的，因此我们可以级联多个具有包络检测功能的低噪声放大器来进一步改善接收器的信号干扰比。举例来说，图2显示了2级低噪声放大器的电路图，放大器第一级和第二级的跨导是可调的。当有一个很强的干扰时，为了保持噪声系数性能，我们设置一个大的跨导，例如16。因为两级放大器的输出信号vout1和vout2的一半被裁减，vin至vout1的相位相反，所以在包络检测器后加了一个负的单位增益缓冲器，来保证未被裁减的vout1和vout2可以被放大。

此外，为了减少pvt变化对vout1和vout2包络带来的影响，本发明提出了一种包络反馈环路形式，如图3所示，使其自动校准输出包络。以第一级低噪声放大器为例来说明包络反馈环路的原理，vout1的包络vp2由第二级包络检测器ed2进行提取，反馈至误差放大器ge1，他将放大-vp1和vp2的包络误差，放大的误差被送入电压倍增器和镜像偏置电路，然后连接到低噪声放大器的输入端来调节输入电压偏置。尽管包络反馈环路可以减少vout1因为pvt变化导致的频谱再生长，他也需要权衡包络检测速度和反馈环路的稳定性。简单来说，非恒定包络的干扰阻断性能最终是由包络反馈环路的带宽来决定的。

本发明提出的具有包络检测功能的低噪声放大器兼顾了电压动态范围和噪声性能两个重要指标，其中包络检测支路和包络反馈环路是可配置的，也可以为了节省功耗而停用。

以上通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。