电流复用可变增益低噪声放大器的制作方法

本发明涉及射频前端电路设计，尤其涉及一种电流复用可变增益低噪声放大器。

背景技术：

lna(lownoiseamplifier，低噪声放大器)作为射频接收机关键模块，其高增益决定接收最小信号灵敏度，低增益影响接收最大信号及线性度，因此其增益对接收系统灵敏度及动态范围至关重要。

因此，可变增益低噪声放大器成为射频前端电路的重要模块，然而目前的可变增益低噪声放大器的性能仍不能满足射频前端电路的需求。

技术实现要素：

本发明提供的一种电流复用可变增益低噪声放大器，包括：输入放大电路，包括一nmos管min，用于接收输入信号，并将输入信号进行初步放大；输出放大电路，包括一nmos管mo，用于接收输入放大电路输出的信号，并将输入放大电路输出的信号进一步放大并输出输出信号；级间耦合电路，耦接在输入放大电路与输出放大电路之间，用于将输入放大电路输出的信号传输至输出放大电路的输入端并进行电流复用；电流控制模块，接收一控制信号，并根据控制信号输出第一电流至输入放大电路的nmos管min的漏极，以及输出第二电流至输出放大电路的nmos管mo的漏极，以分别控制流过nmos管min的电流和流过nmos管mo的电流。

更进一步的，输入放大电路还包括输入耦合电容、补偿电容以及反馈电感，其中输入信号连接至输入耦合电容的一端，输入耦合电容的另一端连接至补偿电容的一端以及nmos管min的栅极，nmos管min的源极和衬底连接反馈电感的一端和补偿电容的另一端，反馈电感的另一端连接至地，nmos管min的漏极构成输入放大电路的输出端；级间耦合电路包括级间耦合电容、阻塞电感和接地电容，其中阻塞电感和级间耦合电容的一端均连接nmos管min的漏极，阻塞电感的另一端连接接地电容的一端，接地电容的另一端接地；输出放大电路还包括偏置电阻、输出耦合电容、负载电感及负载电容，级间耦合电容的另一端和偏置电阻的一端连接nmos管mo的栅极，阻塞电感的另一端还连接nmos管mo的源极，nmos管mo的漏极连接输出耦合电容、负载电感及负载电容的一端，输出耦合电容的另一端输出输出信号，负载电感、负载电容及偏置电阻的另一端接收电源电压。

更进一步的，还包括偏置电路，用于通过偏置电压给nmos管min提供偏置电压。

更进一步的，所述电流控制模块包括第一电流泵、第二电流泵和一数模转换电路，所述数模转换电路包括一输入端，用于接收控制信号，并根据控制信号输出第一控制信号和第二控制信号，其中第一控制信号输出至第一电流泵的输入端，第一电流泵根据第一控制信号输出第一电流至输入放大电路的nmos管min的漏极，第二控制信号输出至第二电流泵的输入端，第二电流泵根据第二控制信号输出第二电流至输出放大电路的nmos管mo的漏极。

更进一步的，所述第一电流泵包括第一电位计、第一nmos管mn1和第一pmos管mp1，第一电位计的第一端接收所述第一控制信号，第一电位计的第二端连接第一nmos管mn1的漏极，第一电位计的控制端连接第一nmos管mn1的栅极和第一pmos管mp1的栅极，第一nmos管mn1的源极连接第一pmos管mp1的源极，第一pmos管mp1的漏极接地，第一pmos管mp1的栅极通过第一电容接地，第一nmos管mn1的源极与第一pmos管mp1的源极的共节点构成所述第一电流泵的输出端而输出第一电流；所述第二电流泵包括第二电位计、第二nmos管mn2和第二pmos管mp2，第二电位计的第一端接收所述第二控制信号，第二电位计的第二端连接第二nmos管mn2的漏极，第二电位计rt1的控制端连接第二nmos管mn2的栅极和第二pmos管mp2的栅极，第二nmos管mn2的源极连接第二pmos管mp2的源极，第二pmos管mp2的漏极接地，第二pmos管mp2的栅极通过第二电容连接第二pmos管mp2的漏极，第二nmos管mn2的源极与第二pmos管mp2的源极的共节点构成所述第二电流泵的输出端而输出第二电流。

更进一步的，第一电流为正电流或为负电流，第二电流为正电流或为负电流。

更进一步的，所述第一电流泵包括第一电位计、第一nmos管mn1和第一pmos管mp1，第一电位计的第一端接收所述第一控制信号，第一电位计的第二端连接第一nmos管mn1的漏极，第一电位计的控制端连接第一nmos管mn1的栅极和第一pmos管mp1的栅极，第一nmos管mn1的源极连接第一pmos管mp1的源极，第一pmos管mp1的漏极接地，第一pmos管mp1的栅极通过第一电容接地，第一nmos管mn1的源极与第一pmos管mp1的源极的共节点构成所述第一电流泵的输出端而输出第一电流；第二电流泵包括第二电位计和第二nmos管mn2，第二电位计的第一端接收所述第二控制信号，第二电位计的第二端连接第二nmos管mn2的漏极，第二电位计rt1的控制端连接第二nmos管mn2的栅极，第二nmos管mn2的栅极通过第二电容接地，第二nmos管mn2的源极构成所述第二电流泵的输出端而输出第二电流。

更进一步的，第一电流为正电流或为负电流，第二电流为正电流。

更进一步的，所述第一控制信号和所述第二控制信号为电压信号。

更进一步的，控制信号为数字信号，数模转换电路将控制信号从数字信号转换为模拟的第一控制信号和第二控制信号。

本发明提供的电流复用可变增益低噪声放大器，在包括输入放大电路和输出放大电路的电流复用可变增益低噪声放大器中加入电流控制模块，电流控制模块根据接收的控制信号输出第一电流ic1和第二电流ic2，第一电流ic1输出至输入放大电路的nmos管min的漏极d，以控制流过nmos管min的电流imin，从而控制nmos管min的跨导gm，进而控制输入放大电路的增益，第二电流ic2输出至输出放大电路的nmos管mo的漏极d，以控制流过nmos管mo的电流imo，从而控制nmos管mo的跨导gm，进而控制输出放大电路的增益，从而实现输入放大电路及输出放大电路的增益分别独立控制，而可实现高可变增益及高动态范围信号接收，且系统设计简单、成本低。

附图说明

图1为一低噪声放大器的电路示意图。

图2为一电流复用低噪声放大器的结构示意图。

图3为本发明一实施例的电流复用可变增益低噪声放大器电路结构示意图。

图4为本发明一实施例的电流复用可变增益低噪声放大器电路框图示意图。

图5为本发明一实施例的电流复用可变增益低噪声放大器电路细部示意图。

图6为本发明一实施例的电流复用可变增益低噪声放大器电路细部示意图。

图7为对图6所示的电流复用可变增益低噪声放大器的仿真示意图。

图中主要元件附图标记说明如下：

210、输入放大电路；220、输出放大电路；230、偏置电路；240、级间耦合电路；250、电流控制模块。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为一低噪声放大器的电路示意图。如图1所示，该低噪声放大器(lna)包括输入放大电路110、输出放大电路120、偏置电路130。其中，输入放大电路110由nmos管min、输入耦合电容cg、补偿电容cex以及反馈电感ls组成，用于将输入信号rfin进行初步放大；输出放大电路120由nmos管mo、输出耦合电容co、偏置电阻rb以及负载电感ld、负载电容cd组成，用于将输入放大电路110的输出进一步放大并输出输出信号rfout；偏置电路130由偏置电感lg组成，用于通过偏置电压vb给nmos管min提供偏置电压。其中nmos管mo的栅极g通过偏置电阻rb连接至电源电压vdd，nmos管mo的漏极d通过负载电感ld、负载电容cd连接至电源电压vdd，nmos管min的漏极d连接nmos管mo的源极s。图1所示的低噪声放大器使用源极电感做负反馈，增益较低，不适用于低功耗高灵敏度应用。

请参阅图2，图2为一电流复用低噪声放大器的结构示意图，在图1所示的低噪声放大器的电路的基础上，如图2所示，该电流复用低噪声放大器在输入放大电路110和输出放大电路120间还包括一级间耦合电路140，其包括级间耦合电容cc、阻塞电感li及接地电容cgnd，用于将输入放大电路110的输出传输至输出放大电路120的输入端并进行电流复用。具体地，级间耦合电容cc连接在nmos管mo的栅极g与nmos管min的漏极d之间，阻塞电感li连接在nmos管mo的源极s和衬底与nmos管min的漏极d之间，接地电容cgnd连接在nmos管mo的源极s与地端gnd之间。图2所示的电流复用低噪声放大器可实现高增益，适用低功耗高灵敏度应用，但是其高增益固定，限制了接收信号强度从而限制了可接收动态范围。

在本发明一实施例中，在于提供一种电流复用可变增益低噪声放大器。具体的，请参阅图3，图3为本发明一实施例的电流复用可变增益低噪声放大器电路结构示意图。本发明一实施例的电流复用可变增益低噪声放大器包括：

输入放大电路210，包括一nmos管min，用于接收输入信号rfin，并将输入信号rfin进行初步放大；

输出放大电路220，包括一nmos管mo，用于接收输入放大电路210输出的信号，并将输入放大电路210输出的信号进一步放大并输出输出信号rfout；

级间耦合电路240，耦接在输入放大电路210与输出放大电路220之间，用于将输入放大电路210输出的信号传输至输出放大电路220的输入端并进行电流复用；

电流控制模块250，接收一控制信号n-bits，并根据控制信号n-bits输出第一电流ic1至输入放大电路210的nmos管min的漏极d，以及输出第二电流ic2至输出放大电路220的nmos管mo的漏极d，以分别控制流过nmos管min的电流imin和流过nmos管mo的电流imo。

如上所述，通过在电流复用可变增益低噪声放大器电路中加入电流控制模块，使其根据接收的控制信号n-bits输出第一电流ic1和第二电流ic2，第一电流ic1输出至输入放大电路的nmos管min的漏极d，以控制流过nmos管min的电流imin，从而控制nmos管min的跨导gm，也即控制输入放大电路210的增益；第二电流ic2输出至输出放大电路220的nmos管mo的漏极d，以控制流过nmos管mo的电流imo，从而控制nmos管mo的跨导gm，也即控制输出放大电路220的增益，从而实现输入放大电路210及输出放大电路220的增益分别独立控制，也即可实现高可变增益及高动态范围信号接收，且系统设计简单、成本低。

在一实施例中，如图3所示，第一电流ic1可为正电流也可为负电流，也即第一电流ic1可为双向的。当第一电流ic1为正电流时，其向输入放大电路210的nmos管min灌入电流，当第一电流ic1可为负电流时，其从输入放大电路210的nmos管min牵引出电流。具体的，如图3所示，imo＝imin+ic1，对于输入放大电路210来说imo为恒定值，当第一电流ic1为正电流时，其向输入放大电路210的nmos管min灌入电流，使流过nmos管min的电流imin变小，则nmos管min的跨导gm变小，则输入放大电路210的增益gain1＝gm(imin)rlin变小，其中rlin为输入放大电路210的等效阻抗；当第一电流ic1为负电流时，其从输入放大电路210的nmos管min牵引出电流，使流过nmos管min的电流imin变大，则nmos管min的跨导gm变大，则输入放大电路210的增益gain1＝gm(imin)rlin变大，从而达到控制输入放大电路210的增益gain1的效果。同样的，在一实施例中，如图3所示，第二电流ic2可为正电流也可为负电流，也即第二电流ic2可为双向的。当第二电流ic2为正电流时，其向输出放大电路220的nmos管mo灌入电流，当第二电流ic2为负电流时，其从输出放大电路220的nmos管mo牵引出电流。具体的，如图3所示，imo＝i0+ic2，对于输出放大电路220来说i0为恒定值，当第二电流ic2为正电流时，其向输出放大电路220的nmos管mo灌入电流，使流过nmos管mo的电流imo变大，则nmos管mo的跨导gm变大，则输出放大电路220的增益gain2＝gm(imo)rlo变大，其中rlo为输出放大电路220的等效阻抗；当第二电流ic2为负电流时，其从输出放大电路220的nmos管mo牵引出电流，使流过nmos管mo的电流imo变小，则nmos管mo的跨导gm变小，则输出放大电路220的增益gain2＝gm(imo)rlo变小，从而达到控制输出放大电路220的增益的效果。如此电流复用可变增益低噪声放大器的增益gain＝gain1*gain2得到控制。并如上所述实现了输入放大电路210和输出放大电路220的增益分别独立控制的效果，且可通过控制第一电流ic1和第二电流ic2的大小控制可变增益低噪声放大器的增益的大小。因此电流复用可变增益低噪声放大器的增益范围变大，而实现高可变增益及高动态范围信号接收，且系统设计简单、成本低。

具体的，如图3所示，在一实施例中，输入放大电路210还包括输入耦合电容cg、补偿电容cex以及反馈电感ls，其中输入信号rfin连接至输入耦合电容cg的一端，输入耦合电容cg的另一端连接至补偿电容cex的一端以及nmos管min的栅极g，nmos管min的源极s和衬底连接反馈电感ls的一端和补偿电容cex的另一端，反馈电感ls的另一端连接至地gnd，nmos管min的漏极d构成输入放大电路210的输出端；级间耦合电路240包括级间耦合电容cc、阻塞电感li和接地电容cgnd，其中阻塞电感li和级间耦合电容cc的一端均连接nmos管min的漏极d，阻塞电感li的另一端连接接地电容cgnd的一端，接地电容cgnd的另一端接地；输出放大电路220还包括偏置电阻rb、输出耦合电容co、负载电感ld及负载电容cd，级间耦合电容cc的另一端和偏置电阻rb的一端连接nmos管mo的栅极g，阻塞电感li的另一端还连接nmos管mo的源极s，nmos管mo的漏极d连接输出耦合电容co、负载电感ld及负载电容cd的一端，输出耦合电容co的另一端输出输出信号rfout，负载电感ld、负载电容cd及偏置电阻rb的另一端接收电源电压vdd。

在一实施例中，电流复用可变增益低噪声放大器还包括偏置电路230，用于通过偏置电压vb给nmos管min提供偏置电压。在一实施例中，所述偏置电路230包括一偏置电感或一偏置电阻。如图3所示，偏置电路230包括偏置电感lg，偏置电感的一端连接nmos管min的栅极g，偏置电感的另一端接收偏置电压vb。

具体的，请参阅图4，图4为本发明一实施例的电流复用可变增益低噪声放大器电路框图示意图，如图4，所述电流控制模块250包括第一电流泵251、第二电流泵252和一数模转换电路(dac)253，所述数模转换电路253包括一输入端，用于接收控制信号n-bits，并根据控制信号n-bits输出第一控制信号k1和第二控制信号k2，其中第一控制信号k1输出至第一电流泵251的输入端，第一电流泵251根据第一控制信号k1输出第一电流ic1至输入放大电路的nmos管min的漏极d，第二控制信号k2输出至第二电流泵252的输入端，第二电流泵252根据第二控制信号k2输出第二电流ic2至输出放大电路220的nmos管mo的漏极d。

在一实施例中，所述第一控制信号k1和所述第二控制信号k2为电压信号。在一实施例中，控制信号n-bits为数字信号，数模转换电路253将控制信号n-bits从数字信号转换为模拟的第一控制信号k1和第二控制信号k2。通常控制信号n-bits来自射频接收机。

具体的，请参阅图5，图5为本发明一实施例的电流复用可变增益低噪声放大器电路细部示意图，如图5所示，所述第一电流泵251包括第一电位计rt1、第一nmos管mn1和第一pmos管mp1，第一电位计rt1的第一端接收所述第一控制信号k1，第一电位计rt1的第二端连接第一nmos管mn1的漏极d，第一电位计rt1的控制端连接第一nmos管mn1的栅极g和第一pmos管mp1的栅极g，第一nmos管mn1的源极s连接第一pmos管mp1的源极s，第一pmos管mp1的漏极d接地，第一pmos管mp1的栅极g通过第一电容c1接地，第一nmos管mn1的源极s与第一pmos管mp1的源极s的共节点构成所述第一电流泵251的输出端而输出第一电流ic1。在一实施例中，所述第一控制信号k1控制所述第一nmos管mn1导通，并控制第一pmos管mp1关断，使所述第一电流泵251向输入放大电路210的nmos管min灌入电流，也即第一电流ic1为正电流，从而使输入放大电路210的增益gain1变小。在一实施例中，所述第一控制信号k1控制所述第一nmos管mn1关断，并控制第一pmos管mp1导通，使所述第一电流泵251从输入放大电路210的nmos管min牵引出电流，也即第一电流ic1为负电流，从而使输入放大电路210的增益gain1变大。

同样的，如图5所示，在一实施例中，所述第二电流泵252包括第二电位计rt2、第二nmos管mn2和第二pmos管mp2，第二电位计rt2的第一端接收所述第二控制信号k2，第二电位计rt2的第二端连接第二nmos管mn2的漏极d，第二电位计rt1的控制端连接第二nmos管mn2的栅极g和第二pmos管mp2的栅极g，第二nmos管mn2的源极s连接第二pmos管mp2的源极s，第二pmos管mp2的漏极d接地，第二pmos管mp2的栅极g通过第二电容c2连接第二pmos管mp2的漏极d，第二nmos管mn2的源极s与第二pmos管mp2的源极s的共节点构成所述第二电流泵252的输出端而输出第二电流ic2。其工作原理与所述第一电流泵251的原理相同，再次不再赘述。

较优的，在一实施例中，第一电流ic1可为正电流也可为负电流，第二电流ic2仅为正电流，也即所述第一电流泵251可向输入放大电路210的nmos管min灌入电流或从输入放大电路210的nmos管min牵引出电流，所述第二电流泵252仅能向输出放大电路220的nmos管mo灌入电流。如此可提高输出放大电路220的稳定性。

具体的，请参阅图6，图6为本发明一实施例的电流复用可变增益低噪声放大器电路细部示意图。如图6所示，第一电流泵251的结构和原理与图5所示的第一电流泵251的结构和原理相同，在此不再赘述。不同的是，图6所示的第二电流泵252包括第二电位计rt2和第二nmos管mn2，第二电位计rt2的第一端接收所述第二控制信号k2，第二电位计rt2的第二端连接第二nmos管mn2的漏极d，第二电位计rt1的控制端连接第二nmos管mn2的栅极g，第二nmos管mn2的栅极g通过第二电容c2接地，第二nmos管mn2的源极s构成所述第二电流泵252的输出端而输出第二电流ic2。在一实施例中，所述第二控制信号k2控制所述第二nmos管mn2导通，使所述第二电流泵251向输出放大电路220的nmos管mo灌入电流，从而使输出放大电路220的增益gain2变大，通过控制第二电流ic2的大小控制输出放大电路220的增益gain2大小。

请参阅图7，图7为对图6所示的电流复用可变增益低噪声放大器的仿真示意图。如图7所示，根据不同的控制信号n-bits输出不同的第一控制信号k1和第二控制信号k2，使第一电流泵251和第二电流泵252输出不同的第一电流ic1和第二电流ic2，而得到第一增益曲线710、第二增益曲线720、第三增益曲线730和第四增益曲线740。如图7所示，电流复用可变增益低噪声放大器的最低增益可为约18db，最高增益可为约30db，也即电流复用可变增益低噪声放大器的增益可在约18db至约30db之间变化，实现了高可变增益，且控制灵活，功耗低，系统设计简单。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围。