低噪聲放大器及gnss系統多模接收機前端的射頻系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種低噪聲放大器，該低噪聲放大器包括輸出選頻模塊、輸入匹配模塊及放大模塊，輸入信號經所述輸入匹配模塊的輸出端進入所述放大模塊的輸入端，輸入信號經放大后自所述放大模塊的輸出端輸出進入所述輸出選頻模塊的輸入端，所述輸出選頻模塊的輸出端輸出自適應多模多頻的頻率信號。通過輸入信號頻段選擇適應的輸入通道和輸出信號的自動選頻，利用集成電路電容復用、電容陣列切換將芯片體積減小、功耗低、降低成本，實現了支持高低頻段全模輸入，輸出頻段自適應調整，信號覆蓋頻率寬。
【專利說明】低噪聲放大器及GNSS系統多模接收機前端的射頻系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于集成電路領域，尤其涉及一種具有低噪聲的放大器及GNSS系統接收不同頻段信號的多模接收機前端的射頻系統。
【背景技術】
[0002]目前，同時支持全部GNSS系統多模射頻接收機產品極少，全球衛星導航系統射頻頻點如表I所示，一般采用分離低噪聲放大器實現多模多頻帶(GPS和BD的高低頻L1/B1/B3)，如圖1所示。這樣的射頻芯片集成多個低噪聲放大器占用比較大的芯片面積，當前的方案高低BAND (頻段)低噪聲放大器分別實現，要得到較好的(噪聲系數NF，線性度)，會用到較多電感，最大的問題是芯片面積比較大。針對低噪聲放大器占用交底芯片面積大、單獨不能支持高低頻段、功耗高、成本高的缺點。
[0003]
GNSS mode frequencyunit
GPS LI 1575.42
Galileo 1575.42
BeiDou BI 1561.098
BeiDou B3 1268.52
Glonass 1601.718
[0004]表1:全球衛星導航系統射頻頻點實用新型內容
[0005]本實用新型提供一種低噪聲放大器，旨在解決現有低噪聲放大器占用交底芯片面積大、單獨不能支持高低頻段、功耗高、成本高的問題。
[0006]本實用新型是這樣實現的，一種低噪聲放大器，該低噪聲放大器包括輸出選頻模塊、輸入匹配模塊及放大模塊，輸入信號經所述輸入匹配模塊的輸出端進入所述放大模塊的輸入端，輸入信號經放大后自所述放大模塊的輸出端輸出進入所述輸出選頻模塊的輸入端，所述輸出選頻模塊的輸出端輸出自適應多模多頻的頻率信號。
[0007]本實用新型的進一步技術方案是:所述輸入匹配模塊包括電容Cl、電感Lg、可調電容Cph、可調電容Cpl、電感Ls及N-MOS管Ml，所述電容Cl 一端連接所述電感Lg的一端，所述電感Lg的另一端分別連接所述N-MOS管Ml的柵極、可調電容Cph的一端及可調電容Cpl的一端，所述N-MOS管Ml的源極、可調電容Cph的另一端及可調電容Cpl的另一端分別連接電感Ls的一端,所述電感Ls的另一端接地。
[0008]本實用新型的進一步技術方案是:所述輸出選頻模塊包括電感L1、可調電容Ch及可調電容Cl，所述電感L1、可調電容Ch及可調電容Cl并聯后一端連接Vdd，所述電感L1、可調電容Ch及可調電容Cl并聯后另一端輸出選頻信號。
[0009]本實用新型的進一步技術方案是:所述可調電容Cph、可調電容Cpl、可調電容Ch及可調電容Cl的電容陣列結構相同，其電容陣列結構包括電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6、電容C7、電阻R1、電阻R2、電阻R3、N_M0S管M3、N_M0S管M4及N-MOS管M5，所述電阻Rl的一端連接所述N-MOS管M3的柵極，所述N-MOS管M3的漏極連接所述電容C2的一端，所述N-MOS管M3的源極連接所述電容C5的一端，所述電阻R2的一端連接所述N-MOS管M4的柵極，所述N-MOS管M4的漏極連接所述電容C3的一端，所述N-MOS管M4的源極連接所述電容C6的一端，所述電阻R3的一端連接所述N-MOS管M5的柵極，所述N-MOS管M5的漏極連接所述電容C4的漏極，所述N-MOS管M5的源極連接所述電容C7的一端，所述電容C2的另一端、電容C3的另一端及電容C4的另一端相連，所述電容C5的另一端、電容C6的另一端及電容C7的另一端相連。
[0010]本實用新型的進一步技術方案是:所述放大模塊包括N-MOS管M2，所述N-MOS管M2的源極連接所述N-MOS管Ml的漏極，所述N-MOS管M2的柵極連接Vdd，所述N-MOS管M5的漏極連接所述電感L1、可調電容Ch及可調電容Cl并聯后另一端。
[0011]本實用新型的另一目的在于提供一種GNSS系統多模接收機前端的射頻系統，該射頻系統包括具有權利要求1-5任一項所述的低噪聲放大器、雙頻接收天線、輸入匹配網絡、正交混頻器及跨阻放大器，所述雙頻接收天線輸出端連接所述輸入匹配網絡輸入端，所述輸入匹配網絡輸出端連接所述低噪聲放大器輸入端，所述低噪聲放大器輸出端連接所述正交混頻器輸入端，所述正交混頻器輸出端連接所述跨阻放大器輸入端，所述跨阻放大器輸出端輸出信號；所述低噪聲放大器，用于對有用信號進行阻抗匹配減少反射損耗，可以對高低不同頻率的同時接收，實現多模多頻功能；所述雙頻接收天線，用于接收不同頻段的電子信號并且輸出信號；所述輸入匹配網絡，用于對雙頻接收天線輸入不同頻率的信號進行通道匹配；所述正交混頻器，用于對低噪聲放大器處理過的射頻信號進行下變頻處理；所述跨阻放大器，用于將射頻信號轉化為電流輸出。
[0012]本實用新型的進一步技術方案是:所述混頻器為兩個，兩個所述混頻器的輸入端分別連接所述低噪聲放大器輸入端。
[0013]本實用新型的進一步技術方案是:所述跨阻放大器為兩個，每個所述跨阻放大器輸入端分別與一個所述正交混頻器輸出端連接。
[0014]本實用新型的進一步技術方案是:所述跨阻放大器包括單端輸入單端輸出的放大器Al、電阻R4及電容CS，所述電阻R4與所述電容CS并聯后與所述放大器Al的輸入端至輸出端并聯。
[0015]本實用新型的有益效果是:通過輸入信號頻段選擇適應的輸入通道和輸出信號的自動選頻，利用集成電路電容復用、電容陣列切換將芯片體積減小、功耗低、降低成本，實現了支持高低頻段全模輸入，輸出頻段自適應調整，信號覆蓋頻率寬。本實用新型采用選頻作為負載，高波段頻率在1.561G-1.601GHz (中心頻率為1.58G)，低波段頻率在1268MHz (中心頻率為1.268G).本實用新型要求實現輸入高低BAND匹配和輸出高低BAND LC諧振選頻網絡，實現了輸入高低波段匹配和輸出高低波段容感諧振選頻輸出。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是現有技術中GNSS系統多模接收機前端的射頻系統結構圖；
[0017]圖2是本實用新型實施例提供的低噪聲放大器結構框圖；
[0018]圖3是本實用新型實施例提供的低噪聲放大器電路原理圖；
[0019]圖4是本實用新型實施例提供的可調電容Cpl、Cph、Ch、Cl的電容陣列結構圖；
[0020]圖5是本實用新型實施例提供的GNSS系統多模接收機前端的射頻系統結構框圖；
[0021]圖6是本實用新型實施例提供的跨阻放大器電路原理圖。
【具體實施方式】
[0022]附圖標記:10_輸入匹配模塊20-放大模塊30-輸出選頻模塊100-雙頻接收天線200-輸入匹配網絡300-低噪聲放大器400-正交混頻器500-跨阻放大器
[0023]圖2、3、4示出了本實用新型提供的低噪聲放大器，該低噪聲放大器包括輸出選頻模塊30、輸入匹配模塊10及放大模塊20,輸入信號經所述輸入匹配模塊10的輸出端進入所述放大模塊20的輸入端，輸入信號經放大后自所述放大模塊20的輸出端輸出進入所述輸出選頻模塊10的輸入端，所述輸出選頻模塊30的輸出端輸出自適應多模多頻的頻率信號。通過輸入信號頻段選擇適應的輸入通道和輸出信號的自動選頻，利用集成電路電容復用、電容陣列切換將芯片體積減小、功耗低、降低成本，實現了支持高低頻段全模輸入，輸出頻段自適應調整，信號覆蓋頻率寬。本實用新型采用選頻作為負載，高波段頻率在1.561G-1.601GHz (中心頻率為1.58G)，低波段頻率在1268MHz (中心頻率為1.268G).本實用新型要求實現輸入高低BAND匹配和輸出高低BAND LC諧振選頻網絡，實現了輸入高低波段匹配和輸出高低波段容感諧振選頻輸出。
[0024]所述輸入匹配模塊10包括電容Cl、電感Lg、可調電容Cph、可調電容Cpl、電感Ls及N-MOS管M1，所述電容Cl 一端連接所述電感Lg的一端，所述電感Lg的另一端分別連接所述N-MOS管Ml的柵極、可調電容Cph的一端及可調電容Cpl的一端，所述N-MOS管Ml的源極、可調電容Cph的另一端及可調電容Cpl的另一端分別連接電感Ls的一端，所述電感Ls的另一端接地。
[0025]所述輸出選頻模塊300包括電感L1、可調電容Ch及可調電容Cl，所述電感L1、可調電容Ch及可調電容Cl并聯后一端連接Vdd，所述電感L1、可調電容Ch及可調電容Cl并聯后另一端輸出選頻信號。
[0026]所述可調電容Cph、可調電容Cpl、可調電容Ch及可調電容Cl的電容陣列結構相同，其電容陣列結構包括電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6、電容C7、電阻R1、電阻R2、電阻R3、N-MOS管M3、N-MOS管M4及N-MOS管M5，所述電阻Rl的一端連接所述N-MOS管M3的柵極，所述N-MOS管M3的漏極連接所述電容C2的一端，所述N-MOS管M3的源極連接所述電容C5的一端，所述電阻R2的一端連接所述N-MOS管M4的柵極，所述N-MOS管M4的漏極連接所述電容C3的一端，所述N-MOS管M4的源極連接所述電容C6的一端，所述電阻R3的一端連接所述N-MOS管M5的柵極，所述N-MOS管M5的漏極連接所述電容C4的漏極，所述N-MOS管M5的源極連接所述電容C7的一端，所述電容C2的另一端、電容C3的另一端及電容C4的另一端相連,所述電容C5的另一端、電容C6的另一端及電容C7的另一端相連。
[0027]所述放大模塊20包括N-MOS管M2，所述N-MOS管M2的源極連接所述N-MOS管Ml的漏極，所述N-MOS管M2的柵極連接Vdd，所述N-MOS管M5的漏極連接所述電感L1、可調電容Ch及可調電容Cl并聯后另一端。
[0028]輸入匹配由輸入電感Lg,電容Cph/Cpl,放大管Ml,以及Ls構成，Cph和Cpl作為GNSS頻段選擇的電容陣列，可以覆蓋多個GNSS頻段，high band工作時，輸入匹配，Ls, Cph諧振，輸入阻抗Zin可表示為:
[。。29] Zin=離 S)古劈
[0030]?_2nV(Lg+Ls)-Cph
[0031]s = j ω
[0032]low band工作時，輸入匹配，Ls，Cpl諧振，輸入阻抗Zin可表不為:
[0033]Zin=^(Lg+Ls)+ + gm.Ls
^Cpl 2Cpl
[0034]?_2n^/(Lg+Ls)-Cpl
[0035]s = j ω
[0036]諧振時，本低噪聲放大器，噪聲低，線性度好，功耗低。一般噪聲系數可以達到IdB以下，高低BAND工作時復用同樣的Lg和Ls，選擇不同的Cph和Cpl實現高低BAND輸入阻抗匹配，此時
[0037]對于高低頻射頻帶寬1580MHz和1268MHz，阻抗匹配實現，需要采用電容陣列C p，分析如下:
[0038]吟In.冗gWcph
[0039]ωι - 2:Π 鼻g+Ls)‘Cpl
Cpi ,(Oh、’ ,1580 I
[0040]— = (—)' = (ΤΤ7^)- = 1.55
Cph ω, 1268
[0041]阻抗匹配要求SI I\ < -1 0 dE ,只要滿足
Z i η + Z OC ρ<1 4 U
就滿足寬帶輸入阻抗匹配，而Cpl = 1.55Cph，所以選擇，可以實現高低頻率可以復用一個輸入電感,減小芯片面積。
[0042]輸出諧振LC:可以復用電感LI，根據高低頻自適應切換Ch和Cl，同樣滿足Cl =
1.55Ch
[0043] ωΗ - 2n^LL Ch
100441 0)? = ^?Π=α
C1 mh ? ,1580 7
[0045]7^ = (77r=(T^r=1.55
Lll (O1 1268
[0046]為了產品的PVT成品率，需要對電容Cpl，Cph, Ch, Cl做陣列調整，確保滿足指標要求。
[0047]電容陣列Cpl，Cph, Ch, Cl如圖4所示，其中C4 = 2^3 = 22C1，為二進制陣列組口 ο
[0048]如圖5、6所示，本實用新型的另一目的在于提供一種GNSS系統多模接收機前端的射頻系統，該射頻系統包括具有權利要求1-5任一項所述的低噪聲放大器300、雙頻接收天線100、輸入匹配網絡200、正交混頻器400及跨阻放大器500，所述雙頻接收天線100輸出端連接所述輸入匹配網絡200輸入端，所述輸入匹配網絡200輸出端連接所述低噪聲放大器300輸入端，所述低噪聲放大器300輸出端連接所述正交混頻器400輸入端，所述正交混頻器400輸出端連接所述跨阻放大器500輸入端，所述跨阻放大器500輸出端輸出信號；所述低噪聲放大器300，用于對有用信號進行阻抗匹配減少反射損耗，可以對高低不同頻率的同時接收，實現多模多頻功能；所述雙頻接收天線100，用于接收不同頻段的電子信號并且輸出信號；所述輸入匹配網絡200，用于對雙頻接收天線輸入不同頻率的信號進行通道匹配；所述正交混頻器400，用于對低噪聲放大器處理過的射頻信號進行下變頻處理；所述跨阻放大器500，用于將射頻信號轉化為電流輸出。
[0049]所述正交混頻器400為兩個，兩個所述正交混頻器400的輸入端分別連接所述低噪聲放大器300輸入端。
[0050]所述跨阻放大器500為兩個，每個所述跨阻放大器500輸入端分別與一個所述正交混頻器400輸出端連接。
[0051]所述跨阻放大器500包括單端輸入單端輸出的放大器Al、電阻R4及電容CS，所述電阻R4與所述電容CS并聯后與所述放大器Al的輸入端至輸出端并聯。
[0052]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種低噪聲放大器,其特征在于，該低噪聲放大器包括輸出選頻模塊、輸入匹配模塊及放大模塊，輸入信號經所述輸入匹配模塊的輸出端進入所述放大模塊的輸入端，輸入信號經放大后自所述放大模塊的輸出端輸出進入所述輸出選頻模塊的輸入端，所述輸出選頻模塊的輸出端輸出自適應多模多頻的頻率信號。
2.根據權利要求1所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述輸入匹配模塊包括電容Cl、電感Lg、可調電容Cph、可調電容Cpl、電感Ls及N-MOS管Ml，所述電容Cl 一端連接所述電感Lg的一端，所述電感Lg的另一端分別連接所述N-MOS管Ml的柵極、可調電容Cph的一端及可調電容Cpl的一端，所述N-MOS管Ml的源極、可調電容Cph的另一端及可調電容Cpl的另一端分別連接電感Ls的一端,所述電感Ls的另一端接地。
3.根據權利要求2所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述輸出選頻模塊包括電感L1、可調電容Ch及可調電容Cl，所述電感L1、可調電容Ch及可調電容Cl并聯后一端連接Vdd，所述電感L1、可調電容Ch及可調電容Cl并聯后另一端輸出放大信號。
4.根據權利要求3所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述可調電容Cph、可調電容Cpl、可調電容Ch及可調電容Cl的電容陣列結構相同，其電容陣列結構包括電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6、電容C7、電阻R1、電阻R2、電阻R3、N-MOS管M3、N-MOS管M4及N-MOS管M5，所述電阻Rl的一端連接所述N-MOS管M3的柵極，所述N-MOS管M3的漏極連接所述電容C2的一端，所述N-MOS管M3的源極連接所述電容C5的一端，所述電阻R2的一端連接所述N-MOS管M4的柵極，所述N-MOS管M4的漏極連接所述電容C3的一端，所述N-MOS管M4的源極連接所述電容C6的一端，所述電阻R3的一端連接所述N-MOS管M5的柵極，所述N-MOS管M5的漏極連接所述電容C4的漏極，所述N-MOS管M5的源極連接所述電容C7的一端，所述電容C2的另一端、電容C3的另一端及電容C4的另一端相連，所述電容C5的另一端、電容C6的另一端及電容C7的另一端相連。
5.根據權利要求3或4所述的低噪聲放大器，其特征在于，所述放大模塊包括N-MOS管M2，所述N-MOS管M2的源極連接所述N-MOS管Ml的漏極，所述N-MOS管M2的柵極連接Vdd，所述N-MOS管M5的漏極連接所述電感L1、可調電容Ch及可調電容Cl并聯后另一端。
6.一種GNSS系統多模接收機前端的射頻系統，其特征在于，該射頻系統包括具有權利要求1-5任一項所述的低噪聲放大器、雙頻接收天線、輸入匹配網絡、正交混頻器及跨阻放大器，所述雙頻接收天線輸出端連接所述輸入匹配網絡輸入端，所述輸入匹配網絡輸出端連接所述低噪聲放大器輸入端，所述低噪聲放大器輸出端連接所述正交混頻器輸入端，所述正交混頻器輸出端連接所述跨阻放大器輸入端，所述跨阻放大器輸出端輸出信號；所述低噪聲放大器，用于對有用信號進行阻抗匹配減少反射損耗，可以對高低不同頻率的同時接收，實現多模多頻功能；所述雙頻接收天線，用于接收不同頻段的電子信號并且輸出信號；所述輸入匹配網絡，用于對雙頻接收天線輸入不同頻率的信號進行通道匹配；所述正交混頻器，用于對低噪聲放大器處理過的射頻信號進行下變頻處理；所述跨阻放大器，用于將射頻信號轉化為電流輸出。
7.根據權利要求6所述的射頻系統，其特征在于，所述正交混頻器為兩個，兩個所述正交混頻器的輸入端分別連接所述低噪聲放大器輸入端。
8.根據權利要求7所述的射頻系統，其特征在于，所述跨阻放大器為兩個，每個所述跨阻放大器輸入端分別與一個所述正交混頻器輸出端連接。
9.根據權利要求6-8任一項所述的射頻系統，其特征在于，所述跨阻放大器包括單端輸入單端輸出的放大器Al、電阻R4及電容CS，所述電阻R4與所述電容CS并聯后與所述放大器Al的輸入端至輸出端并聯。
【文檔編號】H04B1/16GK203933539SQ201420287302
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】袁永斌 申請人:深圳貝特萊電子科技有限公司