一种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。其中静态管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晶体管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lna单级放大装置切换需要较长的时间，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lna单级放大装置，以解决传统的lna单级放大装置切换需要较长时间的技术问题。

2、本申请实施例提供了一种lna单级放大装置，包括：

3、检测到使能信号的上升沿和下降沿输出控制信号的电平边沿检测电路；

4、电压控制型的第一开关mn3和第二开关mp1；

5、lna单级放大电路；所述lna单级放大电路包括：

6、自电源端vdd向接地端依次连接的负载电感一l1、级联晶体管mn1、放大晶体管mn2和源极蜕化电感二l2；

7、输入隔直电容c1，连接射频输入rfin和放大晶体管mn2的控制端；

8、滤波电容c2，连接级联晶体管mn1的控制端和接地；

9、输出匹配电容c3，连接在级联晶体管mn1的输入端和射频输出端之间；

10、第一偏置电阻r1，连接第一偏置电压vb1和放大晶体管mn2的控制端；

11、第二偏置电阻r2，连接第二偏置电压vb2和级联晶体管mn1的控制端；

12、其中，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；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。

13、本申请实施例由于采用以上技术方案，具有以下技术效果：

14、本申请实施例的lna单级放大装置，在cascode结构的lna单级放大电路的基础之上，还设置电平边沿检测电路、第一开关mn3和第二开关mp1。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。电平边沿检测电路在检测到使能信号en的上升沿和下降沿时，输出控制信号导通第一开关mn3和第二开关mp1预设时间，此时电流经过第一开关mn3和第二开关mp1，而不经过阻值较大的第一偏置电阻r1和第二偏置电阻r2，即所述第一偏置电阻和第二偏置电阻短路预设时间。实现了所述第一开关mn3和第二开关mp1直接对输入隔直电容c1和滤波电容c2进行充放电，从而缩短lna单级放大电路的切换时间。

技术特征：

1.一种lna单级放大装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的lna单级放大装置，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2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；

4.根据权利要求3所述的lna单级放大装置，其特征在于，第一开关mn3和第二开关mp1分别为mos管。

5.根据权利要求4所述的lna单级放大装置，其特征在于，放大晶体管mn2保护电路包括：

6.根据权利要求5所述的lna单级放大装置，其特征在于，放大晶体管mn2保护电路还包括：

7.根据权利要求6所述的lna单级放大装置，其特征在于，放大晶体管mn2保护电路还包括：

8.根据权利要求7所述的lna单级放大装置，其特征在于，放大晶体管mn2保护电路还包括：

9.根据权利要求8所述的lna单级放大装置，其特征在于，还包括esd保护电路，所述esd保护电路包括：

技术总结
本申请实施例提供了一种LNA单级放大装置，包括：检测到使能信号的上升沿和下降沿输出控制信号的电平边沿检测电路；第一开关MN3和第二开关MP1；LNA单级放大电路包括负载电感一L1、级联晶体管MN1、放大晶体管MN2和源极蜕化电感二L2、输入隔直电容C1、滤波电容C2、输出匹配电容C3、第一偏置电阻R1、第二偏置电阻R2。第一开关MN3与第一偏置电阻并联，第二开关MP1与第二偏置电阻并联；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，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。本申请实施例解决了传统的LNA单级放大装置的切换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：20230417
技术公布日：2024/3/17