一种MOS管控制电路及LNA单级放大装置的制作方法

本申请涉及射频元器件，具体地，涉及一种mos管控制电路及lna单级放大装置。

背景技术：

1、射频开关和lna（低噪声放大器）是最常用的射频元器件，在射频链路中用作信号放大，通道切换、收发状态切换，大量应用于物联网、通信基站、小基站、直放站、测试仪器、雷达、wifi、rfid等多个领域。射频天线开关，接在天线与射频处理电路之间，用于切换天线工作状态，用于切换频段以及接收、发射信号。通过开关，可以将不同频段、不同制式的信号分离，进而输出至手机的不同系统中进行处理，以减少不同信号之间的互相干扰，帮助提高信号接受灵敏度，射频lna则可以将接收到的信号放大，减小后级电路噪声的影响，提高系统的接收灵敏度。射频开关和lna是手机射频前端必不可少的关键器件，性能的优劣直接决定手机终端信号质量。开关或lna的偏置电压通常通过大阻值电阻提供，以减小偏置电路对射频性能的影响，但这个偏置电阻和晶体管寄生电容或者隔直电容，滤波电容等电容构成rc充放电结构，充放电时间较长，成为延长切换时间的主要因素之一。而在某些射频系统（如wifi系统）的应用中，有时对开关和lna的切换时间有较高的要求，希望能尽量缩短lna或开关的切换时间。因此需要采取一些措施来减小切换时间，加速电路的切换过程。

2、图1为常见的cascode结构的lna单级放大电路，lna的射频放大通路由输入隔直电容c1，放大晶体管mn2，级联晶体管mn1，负载电感l1，输出匹配电容c3组成。其中mn2和mn1的偏置电位由偏置电路（bias control）经过大阻值电阻r1和r2提供，大阻值电阻可以减小偏置电路对射频通路的影响。电容c2是连接到地的滤波电容，保证级联晶体管mn1的偏置电位稳定。

3、由输入的使能信号en控制第一偏置电压vb1和第二偏置电压vb2，从而控制lna的开启和关断。具体如下：

4、当使能信号en为高电平时，第一偏置电压vb1和第二偏置电压vb2会呈现合适的偏置电位，使得lna进入放大模式，为工作状态。

5、当使能信号en为低电平时，第一偏置电压vb1和第二偏置电压vb2通常切换到零电平，从而关闭mn1和mn2的放大状态，使其进入截止区，使得lna关闭。

6、使能信号en由高电平切换到低电平、由低电平切换到高电平时，第一偏置电压vb1和第二偏置电压vb2快速切换。

7、但是由于这两个电位是通过大电阻r1和r2提供给晶体管栅极的，而且晶体管栅极连接有隔直或滤波电容（c1和c2），因此，图中r2和c2会构成一个充放电结构，r1和c1构成一个充放电结构，使得mn2的栅极电位随着电容c1的充电发生较慢变化，mn1管晶体管的栅极电位随着电容c2的充电发生较慢变化。因此lna的工作状态会经历一个较长（相对于vb1和vb2电位的变化时间）的切换时间。切换的时间常数τ=rc,通常经历3个τ的时间后，会认为切换完成。当使能信号en从低电平切换到高电平时，vb1和vb2会很快发生变化，而lna从关到开的切换需要的时间较长。同理，当使能信号en从高电平切换到低电平时，vb1和vb2会很快发生变化，而lna从开到关的切换需要的时间较长。即使能信号en由高电平切换到低电平、由低电平切换到高电平时，lna的切换时间较长。即在电容c连接在mos管的栅极时，电容和电阻形成的充放电结构，导致作为mn1管晶体管的mos管的关断和开启需要较长的时间，进而导致lna的工作状态的切换需要较长的时间。

8、如果想缩短切换时间，需要减小电阻或电容的值，但这会对射频性能造成一定的影响。减小电阻会恶化噪声系数，减小电容则会影响噪声系数和增益等性能。

9、因此，传统的在电容c连接在mos管的栅极且电容和电阻形成的充放电结构，导致mos管的关断和开启需要较长的时间，是本领域技术人员急需要解决的技术问题。

10、在背景技术中公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种mos管控制电路及lna单级放大装置，以解决传统的在电容c连接在mos管的栅极且电容和电阻形成的充放电结构，导致mos管的关断和开启需要较长的时间的技术问题。

2、本申请实施例提供了一种mos管控制电路，包括：

3、主电路mos管mn、电容c和偏置电阻r，所述电容c与主电路mos管的栅极连接，偏置电阻r一端与主电路mos管mn的栅极连接且另一端接入偏置电压；其中，主电路mos管为主电路中的mos管；

4、电压控制型开关mp，所述电压控制型开关mp和所述偏置电阻r并联；

5、电平边沿检测电路，接入使能信号en且所述电平边沿检测电路的输出端连接所述电压控制型开关mp的控制端；

6、其中，所述电平边沿检测电路用于在检测到使能信号en的预设边沿时，输出控制信号导通电压控制型开关mp预设时间，使得所述偏置电阻r短路预设时间，主电路mos管的栅极的电位快速变化。

7、本申请实施例还提供了一种lna单级放大装置，包括：

8、cascode结构的lna单级放大电路，lna单级放大电路包括串联的放大晶体管mn2和级联晶体管mn1、为放大晶体管mn2提供偏置电位的第一偏置电阻r1、为级联晶体管mn1提供偏置电位的第二偏置电阻r2；

9、电压控制型的第一开关mn3和第二开关mp1，所述第一开关mn3与第一偏置电阻并联，所述第二开关mp1与第二偏置电阻并联；

10、电平边沿检测电路，电平边沿检测电路的第一输出端和第一开关mn3的控制端连接，所述电平边沿检测电路的第二输出端和第二开关mp1的控制端连接；

11、其中，所述电平边沿检测电路用于接入使能信号en且在检测到使能信号en的预设边沿时，输出控制信号导通第一开关mn3和第二开关mp1预设时间，使得所述第一偏置电阻r1和第二偏置电阻r2短路预设时间。

12、本申请实施例由于采用以上技术方案，具有以下技术效果：

13、由输入的使能信号en控制偏置电压，从而控制主电路的开启和关断。具体如下：

14、当使能信号en为高电平时，偏置电压会呈现合适的偏置电位，使得主电路为工作状态。

15、当使能信号en切换到低电平时，偏置电压切换到零电平，从而关闭mos管mn，关闭主电路。

16、更重要的是，设置电压控制型开关mp和电平边沿检测电路；电压控制型开关mp与偏置电阻并联。电平边沿检测电路在检测到使能信号en的预设边沿时，输出控制信号导通电压控制型开关mp预设时间，此时电流经过电压控制型开关mp，而不经过阻值较大的偏置电阻r，即偏置电阻短路预设时间。实现了电压控制型开关mp直接对电容c进行充放电，使得主电路mos管的栅极的电位快速变化，从而缩短主电路的切换时间。

技术特征：

1.一种mos管控制电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的mos管控制电路，其特征在于，所述电平边沿检测电路具体用于：

3.根据权利要求1所述的mos管控制电路，其特征在于，所述电平边沿检测电路具体用于：

4.根据权利要求1所述的mos管控制电路，其特征在于，所述电平边沿检测电路具体用于：

5.一种lna单级放大装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的lna单级放大装置，其特征在于，所述电平边沿检测电路具体用于：

7.根据权利要求5所述的lna单级放大装置，其特征在于，所述电平边沿检测电路具体用于：

8.根据权利要求5所述的lna单级放大装置，其特征在于，所述电平边沿检测电路具体用于：

9.根据权利要求6所述的lna单级放大装置，其特征在于，所述电平边沿检测电路包括反相器一inv1、电容四c4、与非门一nand1、与非门三nand3、反相器四inv4、控制信号输出端一ctlp和控制信号输出端二ctln；

10.根据权利要求7所述的lna单级放大装置，其特征在于，所述电平边沿检测电路包括反相器一inv1、电容四c4、与非门一nand1、反相器四inv4、控制信号输出端一ctlp和控制信号输出端二ctln；

11.根据权利要求8所述的lna单级放大装置，其特征在于，所述电平边沿检测电路包括反相器二inv2、反相器一inv1、电容四c4、与非门一nand1、反相器四inv4、控制信号输出端一ctlp和控制信号输出端二ctln；

12.根据权利要求5至11任一所述的lna单级放大装置，其特征在于，lna单级放大电路包括射频放大通路；所述射频放大通路包括：

13.根据权利要求12所述的lna单级放大装置，其特征在于，lna单级放大电路还包括偏置电路，偏置电路接入使能信号en，输出第一偏置电压vb1和第二偏置电压vb2。

技术总结
本申请实施例提供了一种MOS管控制电路及LNA单级放大装置。控制电路包括：电容C与主电路MOS管的栅极连接，偏置电阻R一端与主电路MOS管MN的栅极连接且另一端接入偏置电压；电压控制型开关MP和偏置电阻R并联；电平边沿检测电路，接入使能信号EN且电平边沿检测电路的输出端连接电压控制型开关MP的控制端；电平边沿检测电路用于在检测到使能信号EN的预设边沿时，输出控制信号导通电压控制型开关MP预设时间，使得偏置电阻R短路预设时间，主电路MOS管的栅极的电位快速变化。本申请实施例解决了传统的在电容C连接在MOS管的栅极且电容和电阻形成的充放电结构，导致MOS管的关断和开启需要较长的时间的技术问题。

技术研发人员：田新城
受保护的技术使用者：芯睿微电子（昆山）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12