電壓?電流轉(zhuǎn)換器和射頻收發(fā)器的制作方法

本發(fā)明的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地涉及電壓-電流轉(zhuǎn)換器和射頻收發(fā)器。

背景技術(shù)：

射頻(RF)發(fā)射結(jié)構(gòu)利用電壓-電流(V2I)轉(zhuǎn)換器以將全波電壓輸入轉(zhuǎn)換為用于在RF信道上方發(fā)射的半波電流輸出，諸如無線發(fā)射。例如，在諸如發(fā)射或接收信號的無線電操作期間，長期演變(LTE)利用一個或多個V2I轉(zhuǎn)換器。

在理想(例如，理論上)的情況中，V2I轉(zhuǎn)換器的輸入具有較高的阻抗，使得基本上沒有電流流至V2I轉(zhuǎn)換器中。電流的缺乏在輸入端處生成虛擬接地，這造成輸入端表現(xiàn)得仿佛耦合至地(例如，為了計算由一個或多個附加的電路元件生成的電流的目的，在輸入端處的電壓有效地為零)。虛擬接地向V2I轉(zhuǎn)換器提供線性特性。在全波輸入的負(fù)周期期間，常規(guī)的V2I系統(tǒng)不能提供虛擬接地，導(dǎo)致當(dāng)輸出波形接近零時的非線性特性。圖1示出了V2I轉(zhuǎn)換電路的典型的非線性輸出的一個實(shí)施例。當(dāng)電壓輸入信號接近零時(例如，過渡至輸入電壓信號的負(fù)周期或從輸入電壓信號的負(fù)周期過渡)，常規(guī)的V2I轉(zhuǎn)換器缺乏良好的虛擬接地，導(dǎo)致具有非線性部分52的電流輸出50。理想的波形54示出為虛線且表示不含非線性部分的理論輸出波。一些常規(guī)的V2I系統(tǒng)能夠在窄帶寬內(nèi)提供線性特性，但是不能在大帶寬上提供高線性和高性能。常規(guī)的V2I系統(tǒng)包括導(dǎo)致輸出信號下降至V2I轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)電流(quiescent current)56以下的過程變化(process variations)。當(dāng)輸出信號下降至靜態(tài)電流56以下時，引入附加的變化和非線性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種電壓-電流轉(zhuǎn)換器，包括：轉(zhuǎn)換器電路，具有輸入節(jié)點(diǎn)、放大信號節(jié)點(diǎn)以及輸出端，其中，所述輸入節(jié)點(diǎn)配置為接收輸入電壓信號，并且所述輸出端配置為提供半波電流信號；晶體管，具有柵極、源極和漏極，其中，所述輸入節(jié)點(diǎn)耦合至所述源極或所述漏極中的一個，以及所述放大信號節(jié)點(diǎn)耦合至所述柵極，其中，在所述輸入電壓信號的負(fù)周期期間，所述晶體管提供電流并且在所述轉(zhuǎn)換器電路的所述輸入節(jié)點(diǎn)處保持預(yù)定的非零電壓；以及過程跟蹤穩(wěn)定器，在所述源極或所述漏極中的另一個處耦合至所述晶體管，其中，所述過程跟蹤穩(wěn)定器配置為生成用于所述晶體管的控制電壓，并且其中，當(dāng)所述輸入電壓信號為零時，所述控制電壓配置為在所述轉(zhuǎn)換器電路的所述輸出節(jié)點(diǎn)處保持預(yù)定的非零電流。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種射頻收發(fā)器，包括：變壓器；以及電壓-電流轉(zhuǎn)換器，包括：轉(zhuǎn)換器電路，具有輸入節(jié)點(diǎn)、放大信號節(jié)點(diǎn)以及輸出端，其中，所述輸入節(jié)點(diǎn)配置為接收輸入電壓信號；晶體管，具有柵極、源極和漏極，其中，所述輸入節(jié)點(diǎn)耦合至所述源極或所述漏極中的一個，以及所述放大信號節(jié)點(diǎn)耦合至所述柵極；以及過程跟蹤穩(wěn)定器，在所述源極或所述漏極的另一個處耦合至所述晶體管，其中，所述過程跟蹤穩(wěn)定器配置為生成用于所述晶體管的控制電壓，并且其中，當(dāng)所述輸入電壓信號為零時，所述控制電壓配置為在所述轉(zhuǎn)換器電路的所述輸出節(jié)點(diǎn)處保持預(yù)定的非零電流。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種射頻收發(fā)器，包括：變壓器，耦合至多個電路路徑；多個電壓-電流轉(zhuǎn)換器，其中，所述多個電路路徑的每個都包括來自所述多個電壓-電流轉(zhuǎn)換器的電壓-電流轉(zhuǎn)換器，所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器的每個都包括：轉(zhuǎn)換器電路，具有輸入節(jié)點(diǎn)、放大信號節(jié)點(diǎn)以及輸出端，其中，所述輸入節(jié)點(diǎn)配置為接收輸入電壓信號；晶體管，具有柵極、源極、和漏極，其中，所述漏極耦合至所述輸入節(jié)點(diǎn)并且所述柵極耦合至所述放大信號節(jié)點(diǎn)；以及過程跟蹤穩(wěn)定器，耦合至所述晶體管的所述源極，其中，所述過程跟蹤穩(wěn)定器配置為在所述源極處生成過程跟蹤電壓，其中，所述過程跟蹤穩(wěn)定器配置為生成用于所述晶體管的控制電壓，以及其中，當(dāng)所述輸入電壓信號為零時，所述控制電壓配置為在所述轉(zhuǎn)換器電路的所述輸出節(jié)點(diǎn)處保持預(yù)定的非零電流。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，對各種部件沒有按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增大或縮小。

圖1是示出了具有與電壓輸入信號的過渡期(或零交叉)對應(yīng)的非線性部分的常規(guī)V2I轉(zhuǎn)換器的半波電流輸出的圖表。

圖2示出了根據(jù)一些實(shí)施例的包括多個電壓-電流轉(zhuǎn)換器的RF收發(fā)器。

圖3示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖2的RF收發(fā)器的第一電壓-電流轉(zhuǎn)換器的電流路徑。

圖4示出了根據(jù)一些實(shí)施例的具有虛擬接地的電壓-電流轉(zhuǎn)換器。

圖5示出了根據(jù)一些實(shí)施例的包括過程跟蹤穩(wěn)定器(process tracking stabilizer)的電壓-電流轉(zhuǎn)換器。

圖6示出了根據(jù)一些實(shí)施例的具有復(fù)制電路(replica circuit)、電流鏡、以及電壓復(fù)制器(voltage duplicator)的過程跟蹤穩(wěn)定器。

圖7示出了根據(jù)一些實(shí)施例的包括復(fù)制電路、電流鏡、以及電壓復(fù)制器的過程跟蹤穩(wěn)定器。

圖8示出了根據(jù)各個實(shí)施例的電壓復(fù)制器。

圖9A和圖9B是根據(jù)各個實(shí)施例的分別示出了圖5的電壓-電流轉(zhuǎn)換器的全波電壓輸入和半波電流輸出的圖表。

具體實(shí)施方式

以下公開內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗Ｏ旅婷枋隽私M件和布置的具體實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件形成為直接接觸的實(shí)施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可在各個實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號和/或字母。該重復(fù)是為了簡單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

在各個實(shí)施例中，公開了一種電壓-電流轉(zhuǎn)換器。電壓-電流轉(zhuǎn)換器包括具有輸入節(jié)點(diǎn)、放大信號節(jié)點(diǎn)和輸出端的轉(zhuǎn)換器電路。輸入節(jié)點(diǎn)配置為接收正弦電壓信號且輸出端配置為提供半波電流信號。具有柵極、源極和漏極的晶體管耦合至輸入節(jié)點(diǎn)。輸入節(jié)點(diǎn)耦合至源極或漏極中的一個。放大信號節(jié)點(diǎn)耦合至柵極。過程跟蹤穩(wěn)定器在未連接至輸入節(jié)點(diǎn)的源極或漏極處耦合至晶體管。過程跟蹤穩(wěn)定器配置為生成用于晶體管的控制電壓。在正弦電壓信號的負(fù)周期期間，控制電壓配置為在轉(zhuǎn)換器電路的輸出節(jié)點(diǎn)處保持預(yù)定的非零電流。

圖2示出了根據(jù)一些實(shí)施例的具有多個電壓-電流(V2I)轉(zhuǎn)換器10a至10d的射頻(RF)收發(fā)器2。收發(fā)器2包括多個電路路徑4a至4d。在一些實(shí)施例中，多個電路路徑4a至4d包括發(fā)射路徑和/或接收路徑。多個電路路徑4a至4d的每個都包括通過多個電阻器16a至16d以及V2I轉(zhuǎn)換器10a至10d耦合至無線變壓器8的電壓節(jié)點(diǎn)6a至6b。RF輸出14配置為通過RF信道發(fā)送和/或接收RF信號。在一些實(shí)施例中，一個或多個頻率轉(zhuǎn)換器12a、12b與多個電路路徑4a至4d串聯(lián)耦合。頻率轉(zhuǎn)換器12a、12b將接收的信號的第一頻率轉(zhuǎn)換至第二頻率。例如，對于發(fā)射路徑，頻率轉(zhuǎn)換器12a、12b可以將輸入電流信號的第一頻率轉(zhuǎn)換為與RF輸出14的頻率對應(yīng)的第二頻率。作為另一實(shí)例，對于接收路徑，頻率轉(zhuǎn)換器12a、12b可以將由變壓器8接收的信號的第一頻率轉(zhuǎn)換為可由V2I轉(zhuǎn)換器10a至10d接收的頻率。

圖3示出了RF收發(fā)器2的發(fā)射電路路徑4。發(fā)射電路路徑4包括在輸入端6和V2I轉(zhuǎn)換器10之間串聯(lián)耦合的輸入電阻器16。頻率轉(zhuǎn)換器12耦合在V2I轉(zhuǎn)換器10和變壓器8之間。在輸入節(jié)點(diǎn)6處接收輸入電壓。輸入電壓通過電阻器16被提供至V2I轉(zhuǎn)換器10。V2I轉(zhuǎn)換器10將輸入節(jié)點(diǎn)6處接收的全波電壓輸入(例如，輸入電壓)轉(zhuǎn)換為輸出節(jié)點(diǎn)42處的半波電流輸出信號(例如，輸出電流)。如以下進(jìn)一步詳細(xì)地闡述，在輸入電壓的整個周期期間，V2I轉(zhuǎn)換器10保持良好的虛擬接地，以允許V2I轉(zhuǎn)換器10產(chǎn)生基本上不含非線性部分的輸出電流。將輸出電流提供至變壓器8以用于在RF信道14上發(fā)送。

圖4示出了在輸入電壓的整個周期上具有良好虛擬接地的電壓-電流轉(zhuǎn)換器110a。電壓-電流轉(zhuǎn)換器110a在輸入節(jié)點(diǎn)106處接收輸入電壓。輸入節(jié)點(diǎn)106通過輸入電阻器116耦合至節(jié)點(diǎn)118。節(jié)點(diǎn)118耦合至轉(zhuǎn)換器電路124a的輸入節(jié)點(diǎn)132a和晶體管130。晶體管130在源極或漏極中的一個處耦合至節(jié)點(diǎn)118。晶體管130可以是諸如例如N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)和/或P型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)的任何合適的晶體管。在示出的實(shí)施例中，晶體管130是具有耦合至節(jié)點(diǎn)118的漏極的PMOS晶體管。晶體管130的源極耦合至控制電壓V_control。如以下關(guān)于圖5至圖7更詳細(xì)地闡述，在一些實(shí)施例中，控制電壓V_control由過程跟蹤穩(wěn)定器電路126生成。晶體管130的柵極耦合至轉(zhuǎn)換器電路124的放大信號節(jié)點(diǎn)132b。如以下進(jìn)一步詳細(xì)地闡述，在輸入電壓的負(fù)周期期間，晶體管130在節(jié)點(diǎn)118處提供源電流，在輸入電壓的整個周期期間，在轉(zhuǎn)換器電路124a中生成虛擬接地。

例如，在示出的實(shí)施例中，當(dāng)柵極-源極電壓(V_gs)超過晶體管130的閾值電壓時，在節(jié)點(diǎn)118處提供源電流。晶體管130的柵極電壓等于轉(zhuǎn)換器電路124a的節(jié)點(diǎn)132b處的放大信號的電壓。源極電壓是控制電壓V_control。當(dāng)V_gs超過閾值電壓時，晶體管130進(jìn)入線性工作模式，允許源電流從源極流至漏極。當(dāng)電壓輸入過渡至周期的負(fù)的部分和/或電壓輸入從周期的負(fù)的部分過渡時，源電流補(bǔ)償由轉(zhuǎn)換器電流124a消耗(draw)的電流。以這樣的方式，晶體管130在輸入電壓的負(fù)周期期間保持線性工作模式和/或飽和工作模式。源電流由V_gs自動地調(diào)整以在輸入節(jié)點(diǎn)132a處保持穩(wěn)定的電流和電壓，導(dǎo)致用于V2I轉(zhuǎn)換器110的穩(wěn)定的虛擬接地(例如，通過源電流，節(jié)點(diǎn)118處的電流基本上保持為零，以防止輸出電流波形中的非線性部分)。在一些實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)118處的電壓保持為最小非零值，以防止轉(zhuǎn)換器電路124在輸入節(jié)點(diǎn)132a處具有負(fù)電流，并且因此，防止輸出電流波形中的非線性部分。在其它實(shí)施例中，附加的和/或不同的晶體管類型可以耦合為不同的配置，諸如，例如，具有與以上所述的PMOS晶體管相反的源極和漏極連接的NMOS晶體管。根據(jù)需要，通過提供源電流和/或電壓，在電壓輸入信號的整個周期期間，將附件的和/或不同的晶體管類型配置為提供良好的虛擬接地，以在電壓輸入的過渡和/或負(fù)周期期間補(bǔ)償轉(zhuǎn)換器電路124的潛在電流消耗。

在一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器電路124a包括輸入節(jié)點(diǎn)132a和放大信號節(jié)點(diǎn)132b。輸入節(jié)點(diǎn)132a從電壓節(jié)點(diǎn)118接收電壓輸入信號。放大信號節(jié)點(diǎn)132b耦合至晶體管130的柵極。在一些實(shí)施例中，在輸入節(jié)點(diǎn)132a和放大信號節(jié)點(diǎn)132b之間耦合電壓放大器138。電壓放大器138通過正增益在輸入節(jié)點(diǎn)132a處放大接收的輸入電壓。在一些實(shí)施例中，電壓放大器138耦合至DC電平位移器(level shifter)140。DC電平位移器140的輸出提供輸入至電壓-電流放大器146。電壓-電流放大器146配置為將輸入節(jié)點(diǎn)132a處的全波電壓輸入信號轉(zhuǎn)換和放大為其輸出節(jié)點(diǎn)142處的半波電流輸出信號。

在一些實(shí)施例中，電流放大器146包括第一MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)器件148a和第二MOS器件148b。第二MOS器件148b比第一MOS器件大M倍，其中，M是大于或等于2的整數(shù)。第二MOS器件148b對第一MOS器件148a處接收的信號進(jìn)行鏡像處理，放大M倍。在一些實(shí)施例中，DC電平位移器140耦合至第一MOS器件148a和第二MOS器件148b以提供來自輸入節(jié)點(diǎn)132a的反饋信號。在一些實(shí)施例中，V2I轉(zhuǎn)換器電路的輸出取決于等式：

其中，M是第一MOS器件148a和第二MOS器件148b之間的尺寸差異(例如，電流鏡146的尺寸比例)，V_in是輸入節(jié)點(diǎn)104處的輸入電壓且R是輸入電阻器116的電阻。將輸出電流I_out提供至變壓器(例如，在圖2和圖3中示出的變壓器8)以用于在RF信道上發(fā)送。在一些實(shí)施例中，第一MOS器件148a耦合至輸入節(jié)點(diǎn)132a并且接收來自節(jié)點(diǎn)118的電壓輸入信號。如以下結(jié)合圖5更詳細(xì)地闡述，在一些實(shí)施例中，第一MOS器件148a和/或第二MOS器件148b可以包括任何合適的晶體管，諸如，例如，NMOS、PMOS、和/或任何其它合適的晶體管。

圖5示出了根據(jù)一些實(shí)施例的包括具有NMOS器件的轉(zhuǎn)換器電路124b的電壓-電流轉(zhuǎn)換器110b的一個實(shí)施例。V2I轉(zhuǎn)換器110b具有一些類似于以上參考圖4討論的V2I轉(zhuǎn)換器電路110a的部件，并且這些類似的部件的描述在此不再贅述。在一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器電路124b包括多個晶體管，諸如NMOS、PMOS、和/或任何他們的組合。在輸入節(jié)點(diǎn)132a和放大信號節(jié)點(diǎn)132b之間耦合第一晶體管138b。第一晶體管138b放大輸入節(jié)點(diǎn)132a處接收的信號且提供放大的信號至放大信號節(jié)點(diǎn)132b。在一些實(shí)施例中，第一晶體管138a的柵極耦合至電壓源V_BN。V_BN是由外部電壓源提供的恒定輸入電壓。選擇V_BN的值以在飽和區(qū)域處操作第一晶體管138a，從而第一晶體管138a起共柵放大器的作用。

在一些實(shí)施例中，第二晶體管140a耦合至放大信號節(jié)點(diǎn)132b。第二晶體管140a是DC電平位移器。第二晶體管140a的源極耦合至電流鏡146b的輸入。第二晶體管140a的漏極耦合至電壓源。選擇電壓源的值以在飽和區(qū)域處操作第二晶體管140a。例如，在一些實(shí)施例中，電壓源是電源電壓V_DD。電流鏡146b包括第一鏡像晶體管(mirror transistor)148a和第二鏡像晶體管148b。第二鏡像晶體管148b的尺寸比第一鏡像晶體管148a的尺寸大M倍(即，電流鏡146b的尺寸比)，其中，M是大于或等于二的整數(shù)。電流鏡146a包括提供輸入電流的電流源150b，以用于將輸入132a處接收的信號在輸出142處放大M倍。盡管利用多個NMOS晶體管和電流源示出了實(shí)施例，但是應(yīng)該理解，轉(zhuǎn)換器電路124b能夠包括電路元件的任何合適的組合以將輸入節(jié)點(diǎn)132a處的電壓輸入轉(zhuǎn)換為輸出節(jié)點(diǎn)142處的半波電流輸出。在示出的實(shí)施例中，晶體管130的柵極耦合至放大信號節(jié)點(diǎn)132b且晶體管130的漏極耦合至輸入節(jié)點(diǎn)132a。在全波正弦輸入電壓的正周期和負(fù)周期期間，晶體管130和節(jié)點(diǎn)132a、132b之間的連接防止電流流入V2I轉(zhuǎn)換器110內(nèi)(例如，為了計算輸入電流的目的，提供使輸入節(jié)點(diǎn)132a近似為零伏特的虛擬接地)，從而提供了非常高的輸入阻抗。當(dāng)將節(jié)點(diǎn)106處接收的輸入電壓過渡至電壓的負(fù)周期時，晶體管130配置為在節(jié)點(diǎn)118提供控制電壓(V_control)。提供至節(jié)點(diǎn)118的控制電壓在轉(zhuǎn)換器電路124的輸入節(jié)點(diǎn)132a處保持最小的固定電壓。通過保持最小的固定電壓，輸入節(jié)點(diǎn)132a永遠(yuǎn)不會達(dá)到零(或負(fù)值)且不經(jīng)歷像傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器電路那樣出現(xiàn)接近零輸入的非線性。在一些實(shí)施例中，配置輸入節(jié)點(diǎn)132a處保持的最小電壓使得在節(jié)點(diǎn)142處的最小電流輸出等于V2I轉(zhuǎn)換器110的靜態(tài)電流。

在一些實(shí)施例中，過程跟蹤穩(wěn)定器126配置為生成恒定的靜態(tài)電流I_q以在RF發(fā)射期間提供穩(wěn)定的功率效率。當(dāng)電路沒有驅(qū)動負(fù)荷且輸入不循環(huán)時，靜態(tài)電流I_q是由V2I轉(zhuǎn)換器110生成的電流。在一些實(shí)施例中，過程跟蹤穩(wěn)定器126耦合至晶體管130的源極。如以下關(guān)于圖6更詳細(xì)地闡述，在一些實(shí)施例中，過程跟蹤穩(wěn)定器126跟蹤晶體管130的柵極-源極電壓V_gs。過程跟蹤穩(wěn)定器126通過控制輸入終端152接收控制電流。選擇控制電流從而使得過程跟蹤穩(wěn)定器126的控制電壓輸出V_control補(bǔ)償過程變化且提供穩(wěn)定的靜態(tài)電流I_q。根據(jù)該等式，靜態(tài)電流影響V2I轉(zhuǎn)換器110的輸出：

當(dāng)I_out≥0時，否則I_out＝0

(等式2)

其中，M是轉(zhuǎn)換器電路124的尺寸比，V_in是輸入106處的輸入電壓，R是輸入電阻器116的電阻，以及I_q是V2I轉(zhuǎn)換器110b的靜態(tài)電流。將輸出電流I_out提供至變壓器(例如，在圖2和圖3中示出的變壓器8)以用于在RF信道上發(fā)射。如等式(2)所示，靜態(tài)電流I_q設(shè)定I_out的傳導(dǎo)周期θ。對于I_outθ＝360度，我們設(shè)定Iq等于輸入信號振幅。對于I_outθ＝180度，我們設(shè)定I_q＝0。(例如，如果V_in是正弦波形，當(dāng)我們設(shè)定I_q＝0時，I_out是180度半周正弦波形。)鑒于η＝(輸出功率)/(DC功率消耗)，更短的傳導(dǎo)周期θ增加功率效率，但是線性特性減少。相反地，較長的傳導(dǎo)周期θ減少功率效率η，但是改善了線性特性。穩(wěn)定的靜態(tài)電流I_q有助于穩(wěn)定的功率效率、在V2I轉(zhuǎn)換器110b的輸出節(jié)點(diǎn)142處的線性輸出電流I_out。

圖6示出了包括復(fù)制電路154a、電流鏡156a、以及電壓復(fù)制器158a的過程跟蹤穩(wěn)定器126a的一個實(shí)施例。復(fù)制電路154a基本上復(fù)制轉(zhuǎn)換器電路124a或124b、以及晶體管130。例如，在一些實(shí)施例中，復(fù)制電路154a配置為生成基本上等于晶體管130的柵極-源極電壓(或漏極-源極電壓)的電壓。例如，在一些實(shí)施例中，復(fù)制電路154a配置為生成表示晶體管130的柵極-源極電壓的電壓。復(fù)制電路154接收來自電流鏡156a的輸入。電流鏡156a在節(jié)點(diǎn)152處接收控制電流。電流鏡156a在節(jié)點(diǎn)160處對控制電流進(jìn)行鏡像處理。電壓復(fù)制器158a在輸出節(jié)點(diǎn)162處生成控制電壓，V_control。

圖7示出了顯示復(fù)制電路154b、電流鏡156b、以及電壓復(fù)制器158b的示例性實(shí)施例的過程跟蹤穩(wěn)定器126b的一個實(shí)施例。復(fù)制電路154b包括復(fù)制虛擬接地晶體管130a、復(fù)制放大晶體管138c、復(fù)制DC電平位移器晶體管140c、以及復(fù)制第一電流鏡像晶體管148a。不復(fù)制第二鏡像晶體管148b，這是因?yàn)閺?fù)制電路154b不配置為生成輸出電流。復(fù)制電路154b包括復(fù)制轉(zhuǎn)換器電路124的電流源的多個電流源150a、150b。在一些實(shí)施例中，復(fù)制電路154b包括與轉(zhuǎn)換電路124相同的電路元件。在一些實(shí)施例中，復(fù)制電路154b包括與轉(zhuǎn)換器電路124基本上不同的元件，其復(fù)制轉(zhuǎn)換器電路124的功能而沒有復(fù)制物理電路。復(fù)制電路154b在節(jié)點(diǎn)160生成源極電壓。在一些實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)160是PMOS源極電壓節(jié)點(diǎn)。例如，源極節(jié)點(diǎn)160處的電壓跟蹤圖4和圖5的轉(zhuǎn)換器電路124和晶體管130的過程變化。

在一些實(shí)施例中，電流鏡156b在節(jié)點(diǎn)160處耦合至復(fù)制電路154b。電流鏡156b配置為對在控制信號輸入端152處接收的控制電流進(jìn)行鏡像處理。電流鏡156b可以包括用于對控制電流進(jìn)行鏡像處理的任何合適的電路。例如，在一些實(shí)施例中，電流鏡156b包括第一晶體管164a和第二晶體管164b。晶體管164a、164b的每個的柵極都耦合至控制輸入節(jié)點(diǎn)152。在示出的實(shí)施例中，晶體管164a、164b是PMOS晶體管，但是應(yīng)該理解，可以使用任何合適的晶體管。晶體管164a、164b的每個的源極都耦合至電源電壓V_DD。第一晶體管164a的漏極耦合至控制信號輸入端152并且第二晶體管164b的漏極耦合至節(jié)點(diǎn)160。在包括NMOS晶體管的實(shí)施例中，可以顛倒至晶體管164a、164b的每個的源極和漏極的連接。

在一些實(shí)施例中，電壓復(fù)制器158b耦合至節(jié)點(diǎn)160。電壓復(fù)制器158配置為在輸出端162處復(fù)制節(jié)點(diǎn)160處的電壓。電壓復(fù)制器158b可以包括單級運(yùn)算放大器(op-amp)166和晶體管168。過程跟蹤穩(wěn)定器126b的輸出是可變的以糾正晶體管130的源極電壓中的波動(例如，過程變化)。晶體管168可以是諸如例如PMOS或NMOS晶體管的的任何合適的晶體管。輸出節(jié)點(diǎn)162耦合至晶體管130(見圖4)。在一些實(shí)施例中，運(yùn)算放大器166的輸出耦合至晶體管168的柵極。晶體管168的源極或漏極被反饋且耦合至運(yùn)算放大器166的正輸入端和輸出節(jié)點(diǎn)162以提供穩(wěn)定的輸出控制電壓V_control。如圖7所示，運(yùn)算放大器166的負(fù)輸入端耦合至節(jié)點(diǎn)160。如圖7所示，過程跟蹤穩(wěn)定器126b的各個節(jié)點(diǎn)連接至電源電壓(V_DD)或接地。

圖8示出了根據(jù)一些實(shí)施例的電壓復(fù)制器158c。電壓復(fù)制器158c示出了電壓復(fù)制器158b的可選實(shí)施例。電壓復(fù)制器158c省略了晶體管168且將運(yùn)算放大器166的輸出耦合至負(fù)輸入端以提供閉環(huán)反饋，以用于在運(yùn)算放大器166的輸出節(jié)點(diǎn)162處穩(wěn)定輸出電壓。以這樣的方式，電壓復(fù)制器158c在輸出節(jié)點(diǎn)162處生成穩(wěn)定的控制電壓V_control。輸出節(jié)點(diǎn)162耦合至晶體管130(圖4或圖5)的源極或漏極中的一個，以糾正操作期間V2I轉(zhuǎn)換器110a或110b的過程變化。

圖9A和圖9B是示出了根據(jù)各個實(shí)施例的電壓-電流轉(zhuǎn)換器110的全波電壓輸入250(圖9A)和半波電流輸出252(圖9B)的圖表。如圖9B所示，半波電流輸出252在部分254a、254b中是線性的，這對應(yīng)于全波電壓輸入250的接近零交叉(例如，過渡至負(fù)值和/或從負(fù)值過渡)的部分。如上所述，當(dāng)節(jié)點(diǎn)106處接收的輸入電壓過渡至輸入電壓的負(fù)周期時，晶體管130配置為提供反饋環(huán)路。在輸入電壓的正周期期間，從節(jié)點(diǎn)132a至電壓放大器138至DC電平位移器140至第一MOS器件148a至節(jié)點(diǎn)132a的反饋環(huán)路(見圖4)在轉(zhuǎn)換器電路124的輸入節(jié)點(diǎn)132a處保持固定電壓。在輸入電壓的負(fù)周期期間，從節(jié)點(diǎn)132a至電壓放大器138至節(jié)點(diǎn)132b至晶體管130至節(jié)點(diǎn)118的反饋環(huán)路(見圖4)在轉(zhuǎn)換器電路124的輸入節(jié)點(diǎn)132a處保持固定電壓。在全波電壓輸入250的負(fù)周期期間，晶體管130在節(jié)點(diǎn)118和節(jié)點(diǎn)132a處保持虛擬接地。因此，在正和負(fù)電壓周期期間，前述兩個反饋環(huán)路在節(jié)點(diǎn)118和節(jié)點(diǎn)132a處保持虛擬接地。通過保持固定電壓，輸入節(jié)點(diǎn)132a永遠(yuǎn)不會達(dá)到零(或負(fù)值)且不經(jīng)歷像傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器電路那樣出現(xiàn)接近零輸入的非線性特性。在一些實(shí)施例中，當(dāng)在節(jié)點(diǎn)106處沒有輸入電壓V_in時，配置輸入節(jié)點(diǎn)132a處保持的固定電壓使得在節(jié)點(diǎn)142處的固定電流輸出(圖5)等于V2I轉(zhuǎn)換器110b的靜態(tài)電流I_q。過程跟蹤穩(wěn)定器126配置為控制由晶體管130提供的源電壓以提供穩(wěn)定的靜態(tài)電流256。如上所述，靜態(tài)電流I_q添加至轉(zhuǎn)換器電路124的輸出信號且反映輸出信號252的傳導(dǎo)周期大于180度，因此，可以實(shí)現(xiàn)改善的線性特性。

在各個實(shí)施例中，公開了一種電壓-電流轉(zhuǎn)換器。電壓-電流轉(zhuǎn)換器包括具有輸入節(jié)點(diǎn)、放大信號節(jié)點(diǎn)和輸出端的轉(zhuǎn)換器電路。輸入節(jié)點(diǎn)配置為接收正弦電壓信號且輸出端配置為提供半波電流信號。具有柵極、源極和漏極的晶體管耦合至輸入節(jié)點(diǎn)。輸入節(jié)點(diǎn)耦合至源極或漏極中的一個。放大信號節(jié)點(diǎn)耦合至柵極。過程跟蹤穩(wěn)定器在未耦合至輸入節(jié)點(diǎn)的源極或漏極處耦合至晶體管。過程跟蹤穩(wěn)定器配置為生成用于晶體管的控制電壓。在正弦電壓信號的負(fù)周期期間，控制電壓配置為在轉(zhuǎn)換器電路的輸出節(jié)點(diǎn)處保持預(yù)定的非零電流。

在各個實(shí)施例中，公開了一種射頻收發(fā)器。RF收發(fā)器包括變壓器和電壓-電流轉(zhuǎn)換器。電壓-電流轉(zhuǎn)換器包括具有輸入節(jié)點(diǎn)、放大信號節(jié)點(diǎn)和輸出端的轉(zhuǎn)換器電路。輸入節(jié)點(diǎn)配置為接收正弦電壓信號且輸出端配置為提供半波電流信號。具有柵極、源極和漏極的晶體管耦合至輸入節(jié)點(diǎn)。輸入節(jié)點(diǎn)耦合至源極或漏極中的一個。放大信號節(jié)點(diǎn)耦合至柵極。過程跟蹤穩(wěn)定器在未耦合至輸入節(jié)點(diǎn)的源極或漏極處耦合至晶體管。過程跟蹤穩(wěn)定器配置為生成用于晶體管的控制電壓。在正弦電壓信號的負(fù)周期期間，控制電壓配置為在轉(zhuǎn)換器電路的輸出節(jié)點(diǎn)處保持預(yù)定的非零電流。

在各個實(shí)施例中，公開了一種射頻收發(fā)器。RF收發(fā)器包括耦合至多個電路路徑的變壓器和多個電壓-電流轉(zhuǎn)換器。多個電路路徑的每個都包括來自多個電壓-電流轉(zhuǎn)換器的電壓-電流轉(zhuǎn)換器。電壓-電流轉(zhuǎn)換器的每個都包括轉(zhuǎn)換器電路、PMOS晶體管、以及過程跟蹤穩(wěn)定器。轉(zhuǎn)換器電路具有輸入節(jié)點(diǎn)、放大信號節(jié)點(diǎn)和輸出端。輸入節(jié)點(diǎn)配置為接收全波電壓信號。PMOS具有柵極、源極和漏極。漏極耦合至輸入節(jié)點(diǎn)并且柵極耦合至放大信號節(jié)點(diǎn)。過程跟蹤穩(wěn)定器耦合至晶體管的源極。過程跟蹤穩(wěn)定器配置為在源極處生成過程跟蹤電壓。過程跟蹤穩(wěn)定器配置為生成用于PMOS的控制電壓。在正弦電壓信號的負(fù)周期期間，控制電壓配置為在轉(zhuǎn)換器電路的輸出節(jié)點(diǎn)處保持預(yù)定的非零電流。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種電壓-電流轉(zhuǎn)換器，包括：轉(zhuǎn)換器電路，具有輸入節(jié)點(diǎn)、放大信號節(jié)點(diǎn)以及輸出端，其中，所述輸入節(jié)點(diǎn)配置為接收輸入電壓信號，并且所述輸出端配置為提供半波電流信號；晶體管，具有柵極、源極和漏極，其中，所述輸入節(jié)點(diǎn)耦合至所述源極或所述漏極中的一個，以及所述放大信號節(jié)點(diǎn)耦合至所述柵極，其中，在所述輸入電壓信號的負(fù)周期期間，所述晶體管提供電流并且在所述轉(zhuǎn)換器電路的所述輸入節(jié)點(diǎn)處保持預(yù)定的非零電壓；以及過程跟蹤穩(wěn)定器，在所述源極或所述漏極中的另一個處耦合至所述晶體管，其中，所述過程跟蹤穩(wěn)定器配置為生成用于所述晶體管的控制電壓，并且其中，當(dāng)所述輸入電壓信號為零時，所述控制電壓配置為在所述轉(zhuǎn)換器電路的所述輸出節(jié)點(diǎn)處保持預(yù)定的非零電流。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述過程跟蹤穩(wěn)定器包括：電流鏡，耦合至控制電流輸入端；復(fù)制電路，耦合至所述電流鏡；以及電壓復(fù)制器，耦合至所述電流鏡和所述復(fù)制電路。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述復(fù)制電路和所述轉(zhuǎn)換器電路的電路元件類似。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述電流鏡包括多個晶體管。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述電壓復(fù)制器包括單級運(yùn)算放大器。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述轉(zhuǎn)換器電路的輸出為

當(dāng)I_out≥0時，否則I_out＝0

其中，M為所述轉(zhuǎn)換器電路的尺寸比，V_in為輸入電壓，R為輸入電阻器的電阻，以及I_q為所述過程跟蹤穩(wěn)定器的控制輸入。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述晶體管包括P型金屬氧化物半導(dǎo)體，并且其中，所述P型金屬氧化物半導(dǎo)體在所述漏極處耦合至所述輸入節(jié)點(diǎn)并且在所述源極處耦合至所述過程跟蹤穩(wěn)定器。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述過程跟蹤穩(wěn)定器配置為糾正所述轉(zhuǎn)換電路和所述晶體管的過程變化。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述轉(zhuǎn)換器電路在所述輸出端處生成與所述輸入電壓的正周期對應(yīng)的半波電流信號。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種射頻收發(fā)器，包括：變壓器；以及電壓-電流轉(zhuǎn)換器，包括：轉(zhuǎn)換器電路，具有輸入節(jié)點(diǎn)、放大信號節(jié)點(diǎn)以及輸出端，其中，所述輸入節(jié)點(diǎn)配置為接收輸入電壓信號；晶體管，具有柵極、源極和漏極，其中，所述輸入節(jié)點(diǎn)耦合至所述源極或所述漏極中的一個，以及所述放大信號節(jié)點(diǎn)耦合至所述柵極；以及過程跟蹤穩(wěn)定器，在所述源極或所述漏極的另一個處耦合至所述晶體管，其中，所述過程跟蹤穩(wěn)定器配置為生成用于所述晶體管的控制電壓，并且其中，當(dāng)所述輸入電壓信號為零時，所述控制電壓配置為在所述轉(zhuǎn)換器電路的所述輸出節(jié)點(diǎn)處保持預(yù)定的非零電流。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述過程跟蹤穩(wěn)定器包括：復(fù)制電路；電流鏡；以及電壓復(fù)制器。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述復(fù)制電路和所述轉(zhuǎn)換器電路的電路元件類似。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述電流鏡包括多個晶體管。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述電壓復(fù)制器包括單級運(yùn)算放大器。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器的輸出為

當(dāng)I_out≥0時，否則I_out＝0

其中，M為所述轉(zhuǎn)換器電路的尺寸比，V_in為輸入電壓，R為輸入電阻器的電阻，以及I_q為所述過程跟蹤穩(wěn)定器的控制輸入。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述晶體管包括P型金屬氧化物半導(dǎo)體，其中，所述P型金屬氧化物半導(dǎo)體在所述漏極處耦合至所述輸入節(jié)點(diǎn)并且在所述源極處耦合至所述過程跟蹤穩(wěn)定器。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述過程跟蹤穩(wěn)定器配置為糾正所述轉(zhuǎn)換電路和所述晶體管的過程變化。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述轉(zhuǎn)換器電路在所述輸出端處生成半波電流信號。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種射頻收發(fā)器，包括：變壓器，耦合至多個電路路徑；多個電壓-電流轉(zhuǎn)換器，其中，所述多個電路路徑的每個都包括來自所述多個電壓-電流轉(zhuǎn)換器的電壓-電流轉(zhuǎn)換器，所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器的每個都包括：轉(zhuǎn)換器電路，具有輸入節(jié)點(diǎn)、放大信號節(jié)點(diǎn)以及輸出端，其中，所述輸入節(jié)點(diǎn)配置為接收輸入電壓信號；晶體管，具有柵極、源極、和漏極，其中，所述漏極耦合至所述輸入節(jié)點(diǎn)并且所述柵極耦合至所述放大信號節(jié)點(diǎn)；以及過程跟蹤穩(wěn)定器，耦合至所述晶體管的所述源極，其中，所述過程跟蹤穩(wěn)定器配置為在所述源極處生成過程跟蹤電壓，其中，所述過程跟蹤穩(wěn)定器配置為生成用于所述晶體管的控制電壓，以及其中，當(dāng)所述輸入電壓信號為零時，所述控制電壓配置為在所述轉(zhuǎn)換器電路的所述輸出節(jié)點(diǎn)處保持預(yù)定的非零電流。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，所述過程跟蹤穩(wěn)定器的每個都包括：電流鏡，耦合至控制電流輸入端；復(fù)制電路，耦合至所述電流鏡；以及電壓復(fù)制器，耦合至所述電流鏡和所述復(fù)制電路。

上面概述了若干實(shí)施例的部件、使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計或修改用于實(shí)現(xiàn)與在此所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識到，這種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍、并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在此他們可以做出多種變化、替換以及改變。