專利名稱：用于導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)中具有自動校準(zhǔn)功能的低噪聲放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明人涉及一種導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)中具有自動校準(zhǔn)功能的低噪聲放大器。
背景技術(shù)：
常用的導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。其中，低噪聲放大器2 (LNA)是射頻接收器的第一級增益級電路，它必須同時滿足多個性能的要求，例如噪聲系數(shù)(NF)，增益 (Gain)，線性度(IIP3)和功耗(ID。)。這使得低噪聲放大器2 (LNA)的設(shè)計成為射頻電路設(shè)計的一大難題。天線I(Anterma)接收到的射頻信號一般非常微弱，通常在_100dBm(3. 2uv) 至-70dBm(0. Imv)之間，低噪聲放大器2 (LNA)的后續(xù)級電路，如混頻器5 (Mixer)不可能做到高增益和低噪聲，因此低噪聲放大器2 (LNA)必須滿足一定的增益要求。為了提高信號解調(diào)的可靠性，接收到的信號需要有一定的信噪比(SNR)，這就要求低噪聲放大器2 (LNA) 本身引入的噪聲盡可能小。有時，天線I(Anterma)有可能接收到比有用信號強(qiáng)度大得多的噪聲或干擾信號(一般統(tǒng)稱為阻塞信號)，所以低噪聲放大器必須有足夠的線性，在出現(xiàn)阻塞信號時，也能夠正常地放大有用信號?？傊?，低噪聲放大器2 (LNA)設(shè)計要在噪聲系數(shù)、增益、線性、和功耗等性能之間折衷考慮，其主要目的就是在一定的功耗限制下，同時得到最優(yōu)的噪聲性能和輸入匹配，并滿足一定的增益和線性要求。應(yīng)用于導(dǎo)航接收系統(tǒng)中的低噪聲放大器必須具有非常低的噪聲和較高的增益，目前主流的導(dǎo)航射頻芯片一般采用單端低噪聲放大器2(LNA)，該結(jié)構(gòu)主要采用片上電感元件與電容元件諧振腔22來進(jìn)行頻率選擇的方法來實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。該方法缺點(diǎn)如下1.電感與電容諧振只能針對特定頻帶的應(yīng)用，對于目前需求越來越大的多模導(dǎo)航接收機(jī)來說， 需要多個窄帶低噪聲放大器，會增加芯片面積，從而增加了成本。2.由于工藝的不可預(yù)知性，實(shí)際測試結(jié)果和設(shè)計結(jié)果會存在一定的偏差，且該偏差具有不一致性，給設(shè)計人員帶來很大難度。3.由于工藝偏差和溫度變化帶來的誤差會嚴(yán)重影響芯片的成品率，直接影響了設(shè)計周期和增加了成本。如圖2所示，高靈敏度導(dǎo)航接收機(jī)(Receiver)—般采用傳統(tǒng)低功耗和低成本的低中頻接收機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中的低噪聲放大器2 (LNA)—般采用共源共柵23 (Cascode) 結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，同時使用LC諧振腔22作為低噪聲放大器2 (LNA)的負(fù)載。系統(tǒng)工作原理如下射頻信號通過管腳LNA_IN連接到低噪聲放大器2 (LNA)輸入端，經(jīng)過LC諧振腔22選擇出需要的信號頻率，然后通過聲表濾波器3 (SAW)濾除其它干擾信號，后連接到片內(nèi)第二級放大器4繼續(xù)將信號放大，下一級送到混頻器進(jìn)行下變頻處理。一般來講，這樣低成本和低功耗的射頻前端接收機(jī)(Receiver)第一級必須是一個具有高增益和低噪聲的放大器，它會直接對接收機(jī)的靈敏度和噪聲造成影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)中具有自動校準(zhǔn)功能的低噪聲放大器，頻率可自動校準(zhǔn)，低噪聲，高增益，參數(shù)穩(wěn)定，可靠性高，電路結(jié)構(gòu)簡單。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)中具有自動校準(zhǔn)功能的低噪聲放大器，該放大器包含電路連接的LC諧振腔、共源共柵管、負(fù)阻管、分頻器和頻率控制器，還包含控制開關(guān)；
由LC諧振腔和負(fù)阻管組成壓控振蕩器，LC諧振腔通過控制開關(guān)的切換復(fù)用交互工作， 使其作為低噪聲放大器的負(fù)載使用，或者作為壓控振蕩器的一部分使用。所述的低噪聲放大器和壓控振蕩器使用共同的LC諧振腔，低噪聲放大器的輸出調(diào)諧頻率與壓控振蕩器的輸出頻率一樣。所述的LC諧振腔包含電感和若干開關(guān)電容，開關(guān)電容的若干開關(guān)與頻率控制器的控制信號輸出端相連。本發(fā)明頻率可自動校準(zhǔn)，低噪聲，高增益，參數(shù)穩(wěn)定，可靠性高，電路結(jié)構(gòu)簡單。


圖1是背景技術(shù)中常用的導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖； 圖2是背景技術(shù)中高靈敏度導(dǎo)航接收機(jī)的電路結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明提供的一種導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)中具有自動校準(zhǔn)功能的低噪聲放大器的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式以下根據(jù)圖3，具體說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例
如圖3所示，本發(fā)明提出一種導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)中具有自動校準(zhǔn)功能的低噪聲放大器1， 該放大器1包含電路連接的LC諧振腔12、共源共柵管13、負(fù)阻管17、分頻器14和頻率控制器15，還包含控制開關(guān)16。由LC諧振腔12和負(fù)阻管17組成壓控振蕩器(VC0)，低噪聲放大器1和壓控振蕩器使用共同的LC諧振腔12，因此，低噪聲放大器1的輸出調(diào)諧頻率與振蕩器VCO的輸出頻
率一樣。LC諧振腔12通過控制開關(guān)16的切換復(fù)用交互工作，使其即可作為低噪聲放大器 1的負(fù)載使用，也可以作為壓控振蕩器的一部分使用。所述的LC諧振腔12包含電感L和開關(guān)電容(由C1, C2和Ci組成)，開關(guān)電容的開關(guān)(由K1, K2和Ki組成)與頻率控制器15的控制信號輸出端相連。該放大器的工作原理如下導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)正常工作之前，控制開關(guān)16指向19， 此時，LC諧振腔12被連接至負(fù)阻管17，壓控振蕩器VCO有自然頻率振蕩信號出來，振蕩器 VCO的輸出頻率經(jīng)過分頻器14來降低頻率，分頻N倍整數(shù)后的頻率被送到頻率控制器15與固定頻率fo進(jìn)行比較，根據(jù)判斷結(jié)果做出調(diào)整。LC諧振腔12有固定的電感值L，但是它的電容值是隨著開關(guān)電容的狀態(tài)而改變的。LC諧振腔12所連接的開關(guān)電容越多，其諧振的頻率就越低；反之所連接的開關(guān)電容越少，其諧振的頻率就越高。一般諧振的頻率所需要調(diào)整的范圍如果是100MHz，如果有三位數(shù)字控制開關(guān)電容陣列，那么就有八種電容組合。數(shù)字校準(zhǔn)每調(diào)整一次的最小跨度就是12. 5MHz。校準(zhǔn)完后的精度就可以到達(dá)6. 25MHz。如果調(diào)整的頻率范圍，精度和開關(guān)電容陣列數(shù)不是這樣，可以用上述方法類推。在開始做校準(zhǔn)時，當(dāng)振蕩器VCO的輸出頻率和固定頻率&誤差較大時，頻率控制器15輸出控制信號去控制LC諧振腔12中的開關(guān)電容(由Cl，C2和Ci組成)，隨著上述關(guān)系重新調(diào)整振蕩器VCO的輸出頻率，直到頻率控制器15認(rèn)為振蕩器VCO的輸出頻率和固定頻率&的頻率差到達(dá)允許的誤差范圍，這個誤差范圍應(yīng)該在6. 25MHz的N分之一內(nèi)，此時，頻率控制器15保持LC諧振腔12中的開關(guān)電容(由Cl，C2和Ci組成)的控制，同時，頻率控制器15輸出一個信號給控制開關(guān)16，使其指向18，LC諧振腔12被連接至共源共柵管13，低噪聲放大器1正常工作， LC諧振腔12的諧振頻率已經(jīng)由振蕩器VCO進(jìn)行了校準(zhǔn)，此時的諧振頻率即為所需的工作頻率。更進(jìn)一步，所述的頻率控制電路15可以采用二進(jìn)制搜索法，逐步精確調(diào)整到相應(yīng)的頻率。分頻器14的分頻比N值可依據(jù)實(shí)際接收頻率和固定頻率&的大小來綜合確定， 具體實(shí)現(xiàn)采用數(shù)字電路即可。本發(fā)明使用LC諧振腔復(fù)用的方法來同時滿足壓控振蕩器(VCO)和低噪聲放大器 (LNA)的設(shè)計要求。利用低噪聲放大器(LNA)中的LC諧振腔引入一個簡單振蕩器VCO來與固定頻率fo進(jìn)行比較，達(dá)到校準(zhǔn)的目的。該發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
第一，這種新的低噪聲放大器是單端輸入單端輸出的，噪聲系數(shù)(NF)低，電流功耗低； 第二，因?yàn)長C諧振腔可以被精確校準(zhǔn)，所以電感的Q值可以被設(shè)計得很高，這樣這種新的低噪聲放大器的噪聲系數(shù)(NF)可以達(dá)到特別低(小于IdB)；
第三，低噪聲放大器的增益(Gain)在同樣的電流功耗下，可以被設(shè)計成最大； 第四，低噪聲放大器的主要參數(shù)如噪聲系數(shù)NF，增益(Gain)，線性度和輸出輸入匹配對于溫度，工藝偏差，電壓改變經(jīng)校準(zhǔn)都很穩(wěn)定；
第五，引入的額外校準(zhǔn)輔助電路結(jié)構(gòu)簡單，不增加芯片面積，可靠性高。這種新的發(fā)明不需要任何額外電感和電容器件即可達(dá)到要求；
第六，所需要的數(shù)字校準(zhǔn)電路可以使用成熟的二進(jìn)制搜索法，電路結(jié)構(gòu)簡單。這種新的低噪聲放大器能根據(jù)要求自動校準(zhǔn)低噪聲放大器的中心頻率，并且包括由于溫度，工藝和電壓的變化所引入的誤差，校準(zhǔn)完后中心頻率是很精確地在要求的工作頻率上。這種新的發(fā)明不需要任何額外電感和電容器件即可達(dá)到要求。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)中具有自動校準(zhǔn)功能的低噪聲放大器(1)，其特征在于，該放大器(1)包含電路連接的LC諧振腔(12)、共源共柵管(13)、負(fù)阻管(17)、分頻器(14)和頻率控制器(15)，還包含控制開關(guān)(16)；由LC諧振腔(12)和負(fù)阻管(17)組成壓控振蕩器，LC諧振腔(12)通過控制開關(guān)(16) 的切換復(fù)用交互工作，使其作為低噪聲放大器(1)的負(fù)載使用，或者作為壓控振蕩器的一部分使用。
2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)中具有自動校準(zhǔn)功能的低噪聲放大器(1)，其特征在于，所述的低噪聲放大器(1)和壓控振蕩器使用共同的LC諧振腔(12)，低噪聲放大器(1)的輸出調(diào)諧頻率與壓控振蕩器的輸出頻率一樣。
3.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)中具有自動校準(zhǔn)功能的低噪聲放大器(1)，其特征在于，所述的LC諧振腔(12)包含電感(L)和若干開關(guān)電容，開關(guān)電容的若干開關(guān)與頻率控制器(15)的控制信號輸出端相連。
全文摘要
一種導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)中具有自動校準(zhǔn)功能的低噪聲放大器，包含電路連接的LC諧振腔、共源共柵管、負(fù)阻管、分頻器和頻率控制器，還包含控制開關(guān)，由LC諧振腔和負(fù)阻管組成壓控振蕩器，LC諧振腔通過控制開關(guān)的切換復(fù)用交互工作，使其作為低噪聲放大器的負(fù)載使用，或者作為壓控振蕩器的一部分使用。本發(fā)明使用LC諧振腔復(fù)用的方法來同時滿足壓控振蕩器和低噪聲放大器的設(shè)計要求，頻率可自動校準(zhǔn)，低噪聲，高增益，參數(shù)穩(wěn)定，可靠性高，電路結(jié)構(gòu)簡單。
文檔編號H03F1/26GK102185567SQ201110095189
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者倪文海, 徐文華, 李進(jìn) 申請人:上海迦美信芯通訊技術(shù)有限公司