[发明专利]宽带增益可调低噪声放大器

说明书

技术领域

本发明涉及射频集成电路领域，具体的说是一种宽带增益可调的低噪声放大器，其可运用在数字电视调谐器或其它宽带通信系统中。

背景技术

在宽带通信系统中，宽带低噪声放大器是一个非常关键的模块，它必须在很宽的频带范围内实现阻抗匹配、提供平坦的增益、引入尽可能低的噪声，并保证有足够的线性范围容纳可能出现的信号能量变化；由于输入信号功率变化较大，为了避免对下一级模块的饱和输入或低于其灵敏度的输入，宽带低噪声放大器还需要具有增益可调功能，以稳定输出和最大化接收机的动态范围需求并降低对下一级电路的线性度要求。

一般的增益可调低噪声放大器都是利用电流分离技术来完成，如图1所示，其公开于1991年“IEEEJ.Solid-State Circuit”期刊vol.26，no.11，pp.1673-1680。在上述增益可调低噪声放大器中，第一晶体管Q₁与第二晶体管Q₂连接形成一差分对(differential pair)，其中，第一晶体管Q₁的基极与第二晶体管Q₂的基极为放大器的差分信号输入端，接收一输入信号V_i；第三晶体管Q₃的基极与第四晶体管Q₄的基极以及第五晶体管Q₅的基极与第六晶体管Q₆的基极为放大器的增益控制信号输入端，接收电流引导控制信号V_ctrl；第四晶体管Q₄的集电极与第五晶体管Q₅的集电极为差分信号输出端，产生输出信号V_o。第一电流源I_s为放大器提供直流偏置，两个发射极电阻R_e可使放大器获得较佳的线性度。

当电流引导控制信号V_ctrl改变时，流经第三晶体管Q₃、第四晶体管Q₄、第五晶体管Q₅、第六晶体管Q₆的偏置电流会改变，因此可控制放大器的增益。另外，上述放大器可实现大的增益调整区间。

但是，上述放大器的噪声系数却与增益的变化相关，在放大器处于低增益时，也即第四晶体管Q₄、第五晶体管Q₅的跨导值较小时，放大器的噪声系数会达到一个比较高的数值，从而导致放大器的灵敏度较低。

2010年4月21日公开的发明专利申请CN101697479提出了一种针对上述增益可调低噪声放大器的改进型结构，如图2所示，是一种包含双极型晶体管和场效应晶体管的混合电路，与图1所示结构不同的是，图2的输出端负载电阻R_L是可调的，且该低噪声放大器提供了增益调整控制电路，在高增益调整区域，通过控制电压V_P改变可变电阻R_L的值来改变放大器的增益；在低增益调整区域，通过控制电压V_ctrl改变场效应晶体管的跨导来改变放大器增益，相比于图1中的增益可调低噪声放大器，图2中的噪声系数有了较明显的改善，但是在低增益阶段，由于场效应晶体管跨导的改变，放大器的噪声系数仍有较明显的恶化。

将低噪声放大器放入系统中来考虑，与低噪声放大器直接连接的下一级电路通常是混频器，混频器的输入端阻抗呈现容性，因此图1、图2的电路结构对放大器的增益会造成一定程度的衰减，且在宽带通信系统中，随着频率的提高，放大器的增益衰减会更加严重，放大器的增益平坦度也会产生一定程度的恶化。

克服增益衰减可在放大器的输出端采用并联峰值(shunt peaking)结构，即通过在放大器的输出端串联一个电感来实现，与下一级电路的容性输入阻抗便可形成如图3所示的并联峰值结构，该结构通过一个电感L引入零点来补偿电容C引起的增益下降。

其负载阻抗为：