基于LC諧振技術的帶陷低噪聲放大器及其帶外輸入1dB壓縮點的提升方法與流程
基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器及其帶外輸入1db壓縮點的提升方法
技術領域
1.本發明涉及低噪聲放大技術領域，特別是涉及一種基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器及其帶外輸入1db壓縮點的提升方法。
背景技術：
2.低噪聲放大器是一種噪聲系數很低的放大器，廣泛應用于無線通信對接收信號靈敏度較高的領域，主要作用是放大所接收的微弱信號，使系統能夠解調出所需的信息。在放大微弱信號的應用中，放大器自身的噪聲對信號的干擾可能很嚴重，而噪聲系數作為其一項重要的技術指標直接反映整個系統的靈敏度，所以低噪聲放大器(lna，low noise amplifier)設計對整個系統的性能至關重要。
3.但是，在大多數低噪聲放大器的設計中，更多的只關注帶內輸入1db壓縮點，而對于帶外輸入1db壓縮點少有關注。對于收發不同頻的無線通信，由于收發不在同一個頻率范圍，當信道處于發射狀態時，如果接收通道在發射頻率處輸入的帶外1db壓縮點太小，則接收通道就容易被發射通道泄露的信號阻塞。因此，提高低噪聲放大器帶外輸入1db壓縮點對于某些應用的無線通信非常重要。而傳統的方式是直接在低噪聲放大器的后面加入一個低通或者帶通濾波器，但該方式電路復雜且占用面積較大，還會對低噪聲放大器的噪聲系數帶來影響。
技術實現要素：
4.鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器的技術方案，用于解決上述技術問題。
5.一方面，本發明提供一種基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器，包括依次串聯設置的輸入匹配單元、放大單元及輸出匹配單元，所述放大單元包括n+1個放大模塊及n個匹配模塊，n+1個所述放大模塊與n個所述匹配模塊依次交替串聯設置，所述放大模塊包括串聯設置的放大器及諧振器，所述放大器的輸入端作為所述放大模塊的輸入端，所述放大器的輸出端接所述諧振器的一端，所述諧振器的另一端作為所述放大模塊的輸出端，其中，n為正整數。
6.可選地，所述放大器包括nmos管、第一電感、第二電感及電阻，所述nmos管的源極經串接的所述第一電感后接地，所述nmos管的漏極經串接的所述第二電感后接工作電壓，所述nmos管的柵極經串接的所述電阻后接偏置電壓，且所述nmos管的柵極作為所述放大器的輸入端，所述nmos管的漏極作為所述放大器的輸出端。
7.可選地，所述諧振器包括第一電容及第三電感，所述第一電容與所述第三電感并聯設置，且所述第一電容的一端接所述nmos管的漏極，所述第一電容的另一端作為所述放大模塊的輸出端。
8.可選地，所述第一電容包括可調電容器，所述第三電感包括可調電感器。
9.可選地，所述匹配模塊包括第二電容及第四電感，所述第二電容與所述第四電感串聯設置，所述第二電容的一端接前一個所述放大模塊的輸出端，所述第二電容的另一端接所述第四電感的一端，所述第四電感的另一端接后一個所述放大模塊的輸入端。
10.可選地，n的取值為2，所述放大單元包括3個所述放大模塊及2個所述匹配模塊，3個所述放大模塊與2個所述匹配模塊依次交替串聯設置。
11.另一方面，本發明還提供一種基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器帶外輸入1db壓縮點的提升方法，所述基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器包括多級級聯設置的放大器，且在每級所述放大器的輸出端串設有諧振器，通過所述諧振器來調節所述帶陷低噪聲放大器工作頻段外的諧振頻率，使所述帶陷低噪聲放大器的諧振頻率處于工作頻段外需要的位置，以抑制帶外增益，提高帶外輸入1db壓縮點。
12.可選地，在每個所述諧振器的輸出端與下一級所述放大器的輸入端之間串設有級間匹配模塊，通過所述級間匹配模塊提升所述帶陷低噪聲放大器的增益平坦度。
13.可選地，所述諧振器包括lc并聯電路，所述級間匹配模塊包括lc串聯電路。
14.如上所述，本發明的一種基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器，至少具有以下有益效果：
15.在每級放大器的輸出端串設諧振器，通過諧振器來調節帶陷低噪聲放大器工作頻段外的諧振頻率，使帶陷低噪聲放大器的諧振頻率處于工作頻段外需要的位置，這有效抑制了帶外增益，提高了帶外輸入1db壓縮點；在每個諧振器的輸出端與下一級放大器的輸入端之間串設級間匹配模塊，即在相鄰放大級之間串設級間匹配模塊，通過該級間匹配模塊能有效提升帶陷低噪聲放大器的增益平坦度。
附圖說明
16.圖1顯示為本發明中帶陷低噪聲放大器的結構框圖。
17.圖2顯示為本發明一實施例中放大器的電路圖。
18.圖3顯示為本發明一實施例中諧振器的電路圖。
19.圖4顯示為本發明一實施例中匹配模塊的電路圖。
20.圖5顯示為本發明一實施例中帶陷低噪聲放大器的電路圖。
21.圖6顯示為圖5中帶陷低噪聲放大器的增益仿真曲線圖。
22.圖7顯示為圖5中帶陷低噪聲放大器的帶外輸入1db壓縮點仿真曲線圖。
23.附圖標記說明
24.in—低噪聲放大器的射頻信號輸入端，out—低噪聲放大器的射頻信號輸出端，m1、m2、m3—nmos管，l1、l5、l9—第一電感，l2、l6、l10—第二電感，l3、l7、l11—第三電感，l4、l8—第四電感，r1、r2、r3—電阻，c1、c3、c5—第一電容，c2、c4—第二電容，vdd—工作電壓，vb1、vb2、vb3—偏置電壓，gnd—地，vin1—放大器的輸入端，vout1—放大器的輸出端，vin2—諧振器的輸入端，vout2—諧振器的輸出端。
具體實施方式
25.以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實
施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
26.請參閱圖1至圖7。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。
27.如圖1所示，本發明提供一種基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器，其包括依次串聯設置的輸入匹配單元、放大單元及輸出匹配單元，放大單元包括n+1個放大模塊及n個匹配模塊，n+1個放大模塊與n個匹配模塊依次交替串聯設置，放大模塊包括串聯設置的放大器及諧振器，放大器的輸入端作為放大模塊的輸入端，放大器的輸出端接諧振器的一端，諧振器的另一端作為放大模塊的輸出端，其中，n為正整數。
28.詳細地，如圖1所示，輸入匹配單元的一端作為帶陷低噪聲放大器的射頻信號輸入端in，輸入匹配單元的另一端接放大單元的輸入端，放大單元的輸出端接輸出匹配單元的一端，輸出匹配單元的另一端作為帶陷低噪聲放大器的射頻信號輸出端out。其中，在設計帶陷低噪聲放大器時，輸入匹配單元與輸出匹配單元應同時滿足匹配、諧波衰減、帶寬、小駐波、線性及實際尺寸等多項要求，可采用基于電阻、電容和電感的阻抗匹配電路結構，具體結構可參見現有技術，在此不再贅述。
29.詳細地，如圖1所示，在放大單元中，放大模塊1、放大模塊2、
…
及放大模塊n+1為相同的結構，每個放大模塊包括串聯設置的放大器及諧振器，放大模塊1包括串聯設置的放大器1及諧振器1，放大模塊2包括串聯設置的放大器2及諧振器2，
…
，放大模塊n+1包括串聯設置的放大器n+1及諧振器n+1。
30.如圖2所示，在本發明的一可選實施例中，放大器1、放大器2、
…
及放大器n+1為相同的放大器結構，采用基于nmos管的共源極放大結構，其包括nmos管m1、第一電感l1、第二電感l2及電阻r1，nmos管m1的源極經串接的第一電感l1后接地gnd，nmos管m1的漏極經串接的第二電感l2后接工作電壓vdd，nmos管m1的柵極經串接的電阻r1后接偏置電壓vb1，且nmos管m1的柵極作為放大器的輸入端vin1，nmos管m1的漏極作為放大器的輸出端vout1。
31.詳細地，如圖2所示，在工作電壓vdd與偏置電壓vb1接通之后，nmos管m1構成了共源極放大器，其對柵極輸入的信號進行放大而后在漏極進行輸出。
32.如圖3所示，在本發明的一可選實施例中，諧振器1、諧振器2、
…
及諧振器n+1為相同的諧振器結構，采用lc并聯諧振結構，其包括第一電容c1及第三電感l3，第一電容c1與第三電感l3并聯設置，且第一電容c1的一端接nmos管m1的漏極，即諧振器的輸入端vin2接放大器的輸出端vout1，第一電容c1的另一端作為放大模塊的輸出端，即諧振器的輸出端vout2作為放大模塊的輸出端。
33.其中，第一電容c1包括可調電容器，第三電感l3包括可調電感器，且lc并聯諧振電路的諧振頻率f滿足以下公式：
[0034][0035]
因此，通過調整第一電容c1的電容值和第三電感l3的電感值，即可得到不同的諧振頻率，通過諧振器能調節帶陷低噪聲放大器工作頻段外的諧振頻率，使帶陷低噪聲放大器的諧振頻率處于工作頻段外需要的位置，以抑制帶外增益，提高帶外輸入1db壓縮點。
[0036]
如圖1與圖4所示，在本發明的一可選實施例中，放大單元中的匹配模塊1、匹配模塊2、
…
及匹配模塊n為相同的匹配結構，采用lc串聯結構，其包括第二電容c2及第四電感l4，第二電容c2與第四電感l4串聯設置，第二電容c2的一端接前一個放大模塊的輸出端(也即前一個諧振器的輸出端)，第二電容c2的另一端接第四電感l4的一端，第四電感l4的另一端接后一個放大模塊的輸入端(也即后一個放大器的輸入端)。
[0037]
詳細地，諧振器1、諧振器2、
…
及諧振器n+1采用lc并聯諧振結構不可避免地對帶陷低噪聲放大器的增益平坦度帶來影響，會使得放大器的增益波動較大、增益平坦度變差；因此，在相鄰兩個放大模塊之間增設一個匹配模塊，通過該匹配模塊的設計和元器件參數的合理選擇能有效提升帶陷低噪聲放大器的增益平坦度。
[0038]
在本發明的一可選實施例中，n的取值為2，帶陷低噪聲放大器中的放大單元包括3個放大模塊及2個匹配模塊，3個放大模塊與2個模塊依次交替串聯設置，如圖5所示，放大模塊1包括放大器1及諧振器1，放大模塊2包括放大器2及諧振器2，放大模塊3包括放大器3及諧振器3，放大器1、諧振器1、匹配模塊1、放大器2、諧振器2、匹配模塊2、放大器3及諧振器3依次串聯構成放大單元，且放大器1的輸入端接輸入匹配單元的輸出端，諧振器3的輸出端接輸出匹配單元的輸入端。
[0039]
詳細地，如圖5所示，本發明一可選實施例中帶陷低噪聲放大器的結構如下：
[0040]
輸入匹配單元的輸入端作為帶陷低噪聲放大器的射頻信號輸入端in，放大器1包括nmos管m1、第一電感l1、第二電感l2及電阻r1，nmos管m1的源極經串接的第一電感l1后接地gnd，nmos管m1的漏極經串接的第二電感l2后接工作電壓vdd，nmos管m1的柵極經串接的電阻r1后接偏置電壓vb1，nmos管m1的柵極接輸入匹配單元的輸出端；諧振器1包括第一電容c1及第三電感l3，第一電容c1與第三電感l3并聯設置，且第一電容c1的一端接nmos管m1的漏極；匹配模塊1包括第二電容c2及第四電感l4，第二電容c2的一端接第一電容c1的另一端，第二電容c2的另一端接第四電感l4的一端；
[0041]
放大器2包括nmos管m2、第一電感l5、第二電感l6及電阻r2，nmos管m2的源極經串接的第一電感l5后接地gnd，nmos管m2的漏極經串接的第二電感l6后接工作電壓vdd，nmos管m2的柵極經串接的電阻r2后接偏置電壓vb2，nmos管m2的柵極接第四電感l4的另一端；諧振器2包括第一電容c3及第三電感l7，第一電容c3與第三電感l7并聯設置，且第一電容c3的一端接nmos管m2的漏極；匹配模塊2包括第二電容c4及第四電感l8，第二電容c4的一端接第一電容c3的另一端，第二電容c4的另一端接第四電感l8的一端；
[0042]
放大器3包括nmos管m3、第一電感l9、第二電感l10及電阻r3，nmos管m3的源極經串接的第一電感l9后接地gnd，nmos管m3的漏極經串接的第二電感l10后接工作電壓vdd，nmos管m3的柵極經串接的電阻r3后接偏置電壓vb3，nmos管m3的柵極接第四電感l8的另一端；諧振器3包括第一電容c5及第三電感l11，第一電容c5與第三電感l11并聯設置，且第一電容c5
的一端接nmos管m3的漏極；第一電容c5的另一端連接輸出匹配單元的輸入端，輸出匹配單元的輸出端作為帶陷低噪聲放大器的射頻信號輸出端out。
[0043]
針對如圖5所示的帶陷低噪聲放大器進行仿真實驗，得出其增益仿真曲線如圖6所示：由圖6可知，三級放大器級聯可提供的工作頻段內增益(即帶內增益)大于26.5db，而帶外增益在-1db到-15db之間，這有效抑制了帶陷低噪聲放大器的帶外增益；同時，從仿真結果可知帶陷低噪聲放大器的帶內增益平坦度小于1.5db。因此，采用如圖5所示的帶陷低噪聲放大器結構之后，有效地抑制了帶陷低噪聲放大器的帶外增益，且對帶內增益平坦度的影響較小。
[0044]
進一步地，如圖5所示的帶陷低噪聲放大器進行仿真實驗，得出其帶外輸入1db壓縮點仿真曲線如圖7所示：由圖7可知，其帶外輸入1db壓縮點達到了+1.5dbm，相較于一般為-20到-30dbm的帶外輸入1db壓縮點來說，其帶外輸入1db壓縮點的提高非常明顯。
[0045]
上述仿真實驗結果表明：本發明提供的帶陷低噪聲放大器具有優異的帶外輸入1db壓縮點性能，能夠應用到對帶外輸入1db有需求的接收電路系統中。
[0046]
此外，基于上述帶陷低噪聲放大器的設計思路，本發明還提供一種基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器帶外輸入1db壓縮點的提升方法，原有的低噪聲放大器中放大單元僅僅包括多級級聯設置的放大器，本發明的基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器在此基礎上略作改動，在每級放大器的輸出端串設有諧振器，通過諧振器來調節帶陷低噪聲放大器的諧振頻率，使帶陷低噪聲放大器的諧振頻率處于工作頻段外需要的位置，以抑制帶外增益，提高帶外輸入1db壓縮點；同時，在每個諧振器的輸出端與下一級放大器的輸入端之間串設有級間匹配模塊，通過級間匹配模塊來提升帶陷低噪聲放大器的增益平坦度。
[0047]
其中，諧振器可以包括lc并聯電路，級間匹配模塊可以包括lc串聯電路，在此不作限定。
[0048]
綜上所述，在本發明所提供的一種基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器及其帶外輸入1db壓縮點的提升方法中，在每級放大器的輸出端串設諧振器，通過諧振器來調節帶陷低噪聲放大器工作頻段外的諧振頻率，使低噪聲放大器的諧振頻率處于工作頻段外需要的位置，這有效抑制了帶外增益，提高了帶外輸入1db壓縮點；在每個諧振器的輸出端與下一級放大器的輸入端之間串設級間匹配模塊，即在相鄰放大級之間串設級間匹配模塊，通過該級間匹配模塊能有效提升帶陷低噪聲放大器的增益平坦度；且帶陷低噪聲放大器的電路結構簡單，在現有低噪聲放大器的結構上略加少數元器件即可實現，組成的元器件少，效果明顯，有效降低了電路設計的復雜性。
[0049]
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
技術特征：
1.一種基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器，其特征在于，包括依次串聯設置的輸入匹配單元、放大單元及輸出匹配單元，所述放大單元包括n+1個放大模塊及n個匹配模塊，n+1個所述放大模塊與n個所述匹配模塊依次交替串聯設置，所述放大模塊包括串聯設置的放大器及諧振器，所述放大器的輸入端作為所述放大模塊的輸入端，所述放大器的輸出端接所述諧振器的一端，所述諧振器的另一端作為所述放大模塊的輸出端，其中，n為正整數。2.根據權利要求1所述的基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器，其特征在于，所述放大器包括nmos管、第一電感、第二電感及電阻，所述nmos管的源極經串接的所述第一電感后接地，所述nmos管的漏極經串接的所述第二電感后接工作電壓，所述nmos管的柵極經串接的所述電阻后接偏置電壓，且所述nmos管的柵極作為所述放大器的輸入端，所述nmos管的漏極作為所述放大器的輸出端。3.根據權利要求2所述的基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器，其特征在于，所述諧振器包括第一電容及第三電感，所述第一電容與所述第三電感并聯設置，且所述第一電容的一端接所述nmos管的漏極，所述第一電容的另一端作為所述放大模塊的輸出端。4.根據權利要求3所述的基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器，其特征在于，所述第一電容包括可調電容器，所述第三電感包括可調電感器。5.根據權利要求4所述的基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器，其特征在于，所述匹配模塊包括第二電容及第四電感，所述第二電容與所述第四電感串聯設置，所述第二電容的一端接前一個所述放大模塊的輸出端，所述第二電容的另一端接所述第四電感的一端，所述第四電感的另一端接后一個所述放大模塊的輸入端。6.根據權利要求5所述的基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器，其特征在于，n的取值為2，所述放大單元包括3個所述放大模塊及2個所述匹配模塊，3個所述放大模塊與2個所述匹配模塊依次交替串聯設置。7.一種基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器帶外輸入1db壓縮點的提升方法，其特征在于，所述基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器包括多級級聯設置的放大器，且在每級所述放大器的輸出端串設有諧振器，通過所述諧振器來調節所述帶陷低噪聲放大器工作頻段外的諧振頻率，使所述帶陷低噪聲放大器的諧振頻率處于工作頻段外需要的位置，以抑制帶外增益，提高帶外輸入1db壓縮點。8.根據權利要求7所述的基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器帶外輸入1db壓縮點的提升方法，其特征在于，在每個所述諧振器的輸出端與下一級所述放大器的輸入端之間串設有級間匹配模塊，通過所述級間匹配模塊提升所述帶陷低噪聲放大器的增益平坦度。9.根據權利要求8所述的基于lc諧振技術的帶陷低噪聲放大器帶外輸入1db壓縮點的提升方法，其特征在于，所述諧振器包括lc并聯電路，所述級間匹配模塊包括lc串聯電路。
技術總結
本發明提供一種基于LC諧振技術的帶陷低噪聲放大器及其帶外輸入1dB壓縮點的提升方法，所述帶陷低噪聲放大器包括依次串聯設置的輸入匹配單元、放大單元及輸出匹配單元，放大單元包括+1個放大模塊及個匹配模塊，+1個放大模塊與個匹配模塊依次交替串聯設置，放大模塊包括串聯設置的放大器及諧振器，通過諧振器來調節帶陷低噪聲放大器工作頻段外的諧振頻率，使帶陷低噪聲放大器的諧振頻率處于工作頻段外需要的位置，這有效抑制了帶外增益，提高了帶外輸入1dB壓縮點；在每個諧振器的輸出端與下一級放大器的輸入端之間串設匹配模塊，通過該匹配模塊能有效提升低噪聲放大器的增益平坦度，并提升了帶陷低噪聲放大器的整體性能。性能。性能。
