專利名稱：靈活動態(tài)范圍的放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及放大器領域。本發(fā)明特別涉及放大裝置以及包^^種放大^a 的無線收發(fā)器和無線電傳^a。
背景技術：
翻寸頻低噪聲放大器(LNA)中，噪聲和線性度是兩個重要的因素。然而， 它們不能被很容易i艦行組合。高增益放大器能夠具有低噪聲，但是將犧牲線
性度，而低增益放大器具有更好的線性度但是具有更多噪聲。放大器的噪聲和 線性度性能能夠通過動態(tài)范圍來量化，其是噪聲所限制的劇氐可檢測信號強度
與由于非線性的緣故而將發(fā)生ldB壓縮的最高信號5艘之比。
在無線通信領域，例如移動電話，根據(jù)與網(wǎng)絡的無線接入點相關的無線終 端的位置，存在著對低噪聲放大器的不同需要。例如，如果無線終端遠離無線 接入點，則重要的是，噪聲盡可能低以便能夠接收弱信號。如果另一方面，來 自其他無線終端的干擾信號很強，則線性度應該高以便避免接收器的退敏
(desensitatiorO或卩HS。
從而感興趣的是提供這樣的低噪聲放大裝置，其能夠根據(jù)情 皿擇性地提 供好的統(tǒng)性度或低噪聲和高增益。這正變得日益重要，不但因為可以斷氐功耗， 而且因為不斷地降低現(xiàn)代半導體工藝的電源電壓，導致很難得到涵蓋全部這些 情況的足夠高的動態(tài)范圍。
傳統(tǒng)上這已經(jīng)Mi^頓通過在輸出端接入(switchin)不同電阻性負載實現(xiàn) 的簡單可控增益衰減而得以解決。然而，于是動態(tài)范圍性能下降。
在無線收發(fā)器中在獲得高動態(tài)范圍與浪費功率之間存在折衷。在低電源電 壓下獲得高動態(tài)范圍尤其困難。
因此需要提供一種改進的低噪聲放大裝置，其能夠根據(jù)情況提供好的線性 度或低噪聲和高增益。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及實現(xiàn)在放大裝置中選擇性掛共高增益和低噪聲^i子的緣性度。 本發(fā)明一個目的是提供一種放大裝置，其會,選擇性地Hf共好的線性度或 低噪聲和高增益。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，鄉(xiāng)過一種放大體來實現(xiàn)，臓放大體包括:
第一晶體管，具有連接到用于接收輸入信號的第一部分(first half)的第一 輸入信號源的源極，連接到偏置電位的柵極，和連接到提供輸出信號的第一部 分的第一信號輸出端的漏極，
第一可斷(breakable)分支(branch),連接在第一晶體管的源極與漏極之 間并且包括第二晶體管，
第三晶體管，具有連接到用于接收輸入信號的第二部分(second half)的第 二輸入信號源的源極，連接到偏置電位的柵極，和連接至腿供輸出信號的第二 部分的第二信號輸出端的漏極，
第二可斷分支，連接在第三晶體管的源極與漏極之間并且包括第四晶體管，
第三可斷分支，包,接在第一晶體管的源極與第三晶體管的柵極之間的 第一電容器和第一開關，以及
第四可斷分支，包 g接在第三晶體管的源極與第一晶體管的柵極之間的 第二電容器和第二開關，
其中所述第一和第二開關被安排來接收第一轉換信號(switching signal)以 用于提供放大裝置的電容性交叉耦合操作模式，并且當選擇放大裝置的非交叉 耦合共柵極操作模式時，第一和第二可斷分支被安排來接收第二轉換信號以用 于將第二晶體管與第一晶體管并聯(lián)連接并且用于將第四晶體管和第三晶體管并 聯(lián)連接。
放大裝置有效地被提供在無線收發(fā)器以及無線電傳^置中，例如無線接 入點或無線終端。
在這里術語柵極、源極和漏極旨在涵蓋等同的術語，如基極、劍抖及和集 電極。
本發(fā)明具有下面的優(yōu)點。其提供了一種裝置，所述，能夠選擇性地提供 高增益和低噪聲或好的統(tǒng)性度。其能夠在低電源電壓下并且在不降低動態(tài)范圍 的情況下實現(xiàn)這一點。兩種操作模式的組合實際上改進放大裝置的有效動態(tài)范圍。
應該強調(diào)的是當說明書中使用時，術語"包括泡含"特指所陳述的特征或 組件的存在，但并不排除一個或多個其他特征、組件或其組合的存在鵬加。
現(xiàn)在將根據(jù)所公開的附圖來更詳細地描述本發(fā)明，其中 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的放大裝置的電路圖， 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的放大裝置的電路圖，
圖3示意性地示出兩個無線電傳i^置，彼ji:hffi信的一個基站和一個移動 臺，其中每一個都包括根據(jù)本發(fā)明的放^S，以及 圖4示出蜂窩電話形式的無線終端的前視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及一種放大裝置，其能夠被有利地用于無線通信，這是因為其提 供好的線性度或低噪聲和高線性，所感興趣的是其用于無線網(wǎng)絡中的不同通信 情形中。
本發(fā)明從而涉及^f共一種放大裝置，其能夠被操作在兩種結構之間進行轉 換，以便提供更好的統(tǒng)性度或低噪聲和高增益。有利地，該放大裝置是射頻低 噪聲放大裝置。
圖1中的電路圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的這種放大裝置io。放 大裝置10包括第一對晶體管，包括第一晶體管Ml和第二晶體管M2。這里第 一晶體管M1的漏極連接到提供輸出信號的第一部分的第一信號輸出端O。第 一晶體管M1的漏極SI過第一輸出阻抗Z01連接到信號地，在本實施例中第 一輸出P服是電感。第一晶體管Ml的柵極被安排來接收偏置電位，在該第一 實施例中這是fflil經(jīng)由第一偏置電阻器RBl將柵極連接到偏置電位VB來實現(xiàn) 的。第一晶體管M1的源極連接至U第一輸入信號源IN+的第一端，從中其接收輸 入信號的第一部分。第一輸入信號源IN+的第二端連接到信號地。提供與該輸 入信號源IN+并聯(lián)的第一輸入電阻ZI1，在該實施例中其是電感器。提供與第一 晶體管M1并聯(lián)的第一可斷分支B1，其連接在第一晶體管M1的源極與漏極之 間。分支B1包括第二晶體管M2并且將該第二晶體管M2的漏極連接到第一晶
7體管的漏極并且將第二晶體管M2的源，皿接到第一晶體管Ml的源極。在該 實施例中，第二晶體管M2的柵極^1過第一偏置電阻器RB1形式的偏置P且抗 而連接到偏置電位VB。
低噪聲放大裝置10還包括第二對晶體管，包括第三和第四晶體管M3和 M4。這里第三晶體管M3的漏極連接到提供輸出信號的第二部分的第二信號輸 出端O-。第三晶體管M3的漏極M31第二輸出P鵬Z02連接到信號地，在該 實施例中第二輸出卩鵬是電感。第三晶體管M3的柵極艦第二偏置電阻器RB2 連接到偏置電位VB并且第三晶體管M3的源極連接到第二輸入信號源IN-的第 一端，從中其接收輸入信號的第二部分。第二輸入信號源IN-的第二立驢接至瞻 號地。提供與斑俞入信號源IN-并聯(lián)的第二輸入KftZI2，在該實施例中其也是 電感器。提供與第三晶體管M3并聯(lián)的第二可斷分支B2，其連接在第三晶體管 M3的源極與漏極之間。分支B2包括第四晶體管M4并且將該第四晶體管M4 的漏極連接到第三晶體管M3的漏極并將第四晶體管M4的源極連接至U第三晶 體管M3的源極。第四晶體管M4被安排來接收偏置電位，在i亥第一實施例中 這艦il^由第二偏置電阻器RB2形式的偏置阻抗將柵極連接到偏置電位VB 來實現(xiàn)。第一和第二偏置電阻器RB1和RB2的電阻應該是相等的。并且第一和 第二輸出阻抗ZOl和Z02的電感應該是相等的。第一和第二輸入阻抗ZI1和 ZI2的電感也應該是相等的。
禾艮據(jù)本發(fā)明，此外在第一晶體管M1的源極與第三晶體管M3的柵極之間 提供第三可斷分支B3。該第三分支B3包括第一電容器Cl和第一開關SW1 。 在該實施例中，第一開關SW1被提供為晶體管，OT極和漏極連接在第三分支 B3中并且該晶體管SW1的柵極連接至i傑一轉換信號C—SW。此外在第三晶體 管M3的源極與第一晶體管Ml的柵極之間樹共第四可斷分支B4。 i織四分支 B4包括第二電容器C2和第二開關SW2。在該實施例中，第二開關SW2也被 提供為晶體管，其源極和漏極連接在第四分支B4中并且該晶體管SW2的柵極 連接到第一轉換信號C—SW。
根據(jù)該第一實施例，第一分支B1還包括被liJ共為晶體管的第三開關SW3， 其源極和漏極連接在第一分支B1中并且該晶體管SW3的柵極連接妾U第二轉換 信號TR—SW。這里開關SW3的源極面對第一晶體管Ml的源極，而漏極面對 第一晶體管Ml的漏極。最后，第二分支B2包括第四開關SW4，在該實施例中它被^f共為晶體管， 極和漏極連接在第二分支B2中并且該晶體管SW4 的柵極自接到第二轉換信號TR_SW。這里開關SW4的源極面對第三晶體管 M3的源極，而漏極面對第三晶體管M3的漏極。
在該實施例中，晶體管M1、 M2、 M3和M4以及開關SW1、 SW2、 SW3 和SW4全者敞提供為MOSFET晶體管。
能夠看到，根據(jù)i亥第一實施例的放大裝置10被提供為差分放大器，其放大 通過輸入源極IN+和IN-提供的輸入信號，以用于M輸出端O和O-掛共經(jīng)放 大的輸出信號。在i織一實施例中，第1瞎四晶體管M2和M4接鵬動信 號(activating signal),該信號在這里為偏置電位VB。此外開關SW1、 SW2、 SW3和SW4 $^共該，在兩個不同放大模式之間的轉換電容性交叉耦合操 作模式和標準共柵極操作模式。進行這種轉換以便獲得好的線性特性或低噪聲 和高增益。
當希望獲得好的線性特性時，通過施加第一轉換信號C—SW的低電壓電平 來截止(open)第一和第二開關SW1和SW2，同時通過施加第二轉換信號 TR—SW的高電壓電平來導通(close)第三和第四開關SW3和SW4。那么第三 和第四分支B3和B4斷幵并Ji人而第一和第二電容器Cl和C2對操作沒有影響。 由于這種轉換，第二和第四晶體管M2和M4與第一和第三晶體管Ml和M3并 聯(lián)連接，從而獲得放大裝置10的標準共柵極結構，這樹共所希望的統(tǒng)性特性。
當希望獲得低噪聲和高增益時，ffiil施加第一轉換信號C一SW的高電壓電 平來導通第一和第二開關SW1和SW2，同時通過施加第二轉換信號TR—SW的 低電平電壓來iUhH三和第四開關SW3和SW4。于是第三和第四分支B3和 B4在第一和第三晶體管Ml和M3之間連接并且從而第一和第二電容器Cl和 C2對放大體10的操作存在影響。因此獲得放大裝置的電容性交叉耦合結構， 其提供所希望的低噪聲和高增益。第三和第四開關SW3和SW4的截止將 ;|^> 有效的組合輸入，從而減小晶體管的大小，這樣能夠在兩種操作模式中實現(xiàn)良 好的輸入匹配。交叉耦合模式需要與標準共柵極相比較一半的跨導值。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的低噪聲裝置10的電路圖。該第二實施 例與第一實施例類似。第二實施例與第一實施例的不同在于第一和第二分支Bl 和B2不包括第三和第四開關；而是第二和第四晶體管M2和M4柵極直^^妾收 第二轉換信號。因而用于第二和第四晶體管M2和M4的起動信號這里為第二
9轉換信號TR_SW。
根據(jù)該第二實施例的裝置以與第一實施例中的裝置相同的方式進行操作以 便獲得相同的最后結果。
然而，在該第二實施例中，第二轉換信號TR一SW的高電壓電平對應于偏 置電位VB，以便啟動標準共柵極操作。這在第一實施例中不是必要的。
放大裝置的噪聲禾喊性度性能夠通過動態(tài)范圍來量化，其是噪聲柳蹄啲 劇氐可檢測信號纟鵬與由于非線性的緣故而將發(fā)生ldB壓縮的最高信號 驢之 比。
功率放大體io的上述操作具有多館點。其提供一種裝置，戶;M^s能 夠選擇性地提供高增益和低噪聲或高線性度。其能夠在低電源電壓下并且在不 需要降低動態(tài)范圍的情況下實現(xiàn)。事實上，動態(tài)范圍的覆蓋范圍通過根據(jù)本發(fā) 明的放大體而得以提高。
在所描述的實施例中，輸入和輸出阻抗被提供為電感器。應該意識到作為
替代，它們可以是電阻器。第一、第二第三和第四晶體管也纟鵬供為MOSFET 晶體管。應該意識到，它們可以是樹可類型的晶體管，例如JFET和PNP晶體 管。因此，還應該意識到術語柵極涵蓋等同的術語基極，術語漏極涵蓋等同的 術語集電極并且術語源極涵蓋等同的術語發(fā)射極。所使用的開關會被意識到采 用MOSFET晶體管的形式。應該意識到它們可以是任何類型的晶體管，例如 JFET和PNP晶體管。實際上開關并不限于晶體管，但是也可以意識到fflil能夠 根據(jù)轉換信號來執(zhí)行轉換的任何裝置。在第三和第四分支中提供的開關和電容 器的次序不是本發(fā)明的運行的關鍵。同樣，在第一實施例中在第一和第二分支 中提供開關和晶體管中的次序不是本發(fā)明的運行的關鍵。在所描述的實施例中， 晶體管Ml到M4己經(jīng)被提供為N型，但是作為代替將設計轉換為l頓P型也 不是問題。在所描述的實施例中，此外第一和第三晶體管的柵極通過偏置電阻 器形式的偏置阻抗而連接到偏置電位。應該意識到偏置阻抗也可以例如是電感 器。此外第二和第四晶體管的柵極可以通過一個共偏置阻抗而連接到偏置電位 或甚至直接連接到該偏置電位。
根據(jù)本發(fā)明的放大裝置可以被提供在無線接入點(例如基站)中，或J^共 到無線終端(例如移動臺)中，或者二者兼有。圖3示意性地示出包括根據(jù)本 發(fā)明的低噪聲放大體的無線收發(fā)器14的一種此類基站12。無線收發(fā)器14又連接到天線16以用于在廣域網(wǎng)N中與移動臺18進fim信。移動臺可以，窩 電話，如圖4中所示。
當移動臺遠離基站12時，放大體l鵬作來根據(jù)電容性交叉耦合結構進行 酉己置，而如果存在很多干擾，貝肪文大裝置被操作來根據(jù)標準共柵極結構進行配置。
盡管已經(jīng)結合特定實施例對本發(fā)明進行了描述，但其不意在局限于在此所 闡述的特定形式。更確切地，本發(fā)明的范圍僅由隨后權利要微行限制。
權利要求
1、一種放大裝置(10)，包括第一晶體管(M1)，具有連接到用于接收輸入信號的第一部分的第一輸入信號源(IN+)的源極，被安排來接收偏置電位(VB)的柵極，和連接到提供輸出信號的第一部分的第一信號輸出端(O+)的漏極，第一可斷分支(B1)，連接在第一晶體管(M1)的源極與漏極之間并且包括第二晶體管(M2)，第三晶體管(M3)，具有連接到用于接收輸入信號的第二部分的第二輸入信號源(IN-)的源極，被安排來接收偏置電位(VB)的柵極，和連接到提供輸出信號的第二部分的第二信號輸出端(O-)的漏極，第二可斷分支(B2)，連接在第三晶體管(M3)的源極與漏極之間并且包括第四晶體管(M4)，第三可斷分支(B3)，包括連接在第一晶體管(M1)的源極與第三晶體管(M3)的柵極之間的第一電容器(C1)和第一開關(SW1)，以及第四可斷分支(B4)，包括連接在第三晶體管(M3)的源極與第一晶體管(M1)的柵極之間的第二電容器(C2)和第二開關(SW2)，其中所述第一和第二開關(SW1，SW2)被安排來接收第一轉換信號(C_SW)以用于提供放大裝置(10)的電容性交叉耦合操作模式，并且所述第一和第二可斷分支(B1，B2)被安排來接收第二轉換信號(TR_SW)以用于將第二晶體管(M2)與第一晶體管(M1)并聯(lián)連接并且用于將第四晶體管(M4)與第三晶體管(M3)并聯(lián)連接以便提供放大裝置(10)的標準共柵極操作模式。
2、 根據(jù)權利要求l的放大，(10)，其中第一可斷分支(Bl)將第二晶 體管(M2)的漏極連接至U第一晶體管(Ml)的漏極并且將第二晶體管(M2) 的源極連接至U第-一晶體管(Ml)的源極，并且第二可斷分支(B2)將第四晶體 管(M4)的漏極連接到第三晶體管(M3)的漏極并且將第四晶體管(M4)的 源極連接到第三晶體管(M3)的源極。
3、 根據(jù)權利要求1或2的放大裝置(10)，其中第一輸入信號源(IN+) 與第一輸入阻抗(ZIl)并聯(lián)itt接在第一晶體管(Ml)的源極與信號地之間， 并且第二輸入信號源(IN-)與第二輸入斷亢(ZI2)并聯(lián)i鵬接在第三晶體管(M3)的源極與信號地之間。
4、 根據(jù)前述任一權利要求的放大裝置(10)，其中第一晶體管(Ml)的漏fM過第一輸出阻抗(ZOO連接到信號地，并且第三晶體管(M3)的漏極通 過第二輸出阻抗(Z02)連接到信號地。
5、 根據(jù)前述任一權利要求的放大裝置，其中第一和第三晶體管(Ml， M3) 的柵禾M31至少一個偏置阻抗(RB1， RB2)連接到偏置電位(VB)。
6、 根據(jù)前述任一權利要求的放大裝置(10)，其中第二和第四晶體管(M2， M4)的柵極被安排來接te動信號(VB; TR—SW)。
7、 根據(jù)權禾腰求6的放大體(10)，其中起動信號為偏置電位(VB)， 第一分支(Bl)包括第三開關(SW3)并且第二分支(B2)包括第四開關(SW4)， 第三和第四開關(SW3， SW4)被安排來接收第二轉換信號(TR—SW)。
8、 根據(jù)權利要求6的放大裝置(10)，其中起動信號為第二轉換信號 (TR一SW)，其具有與運作以將第二和第四晶體管(M2， M4)與第一和第三晶 體管(Ml, M3)并聯(lián)連接的偏置電位(VB)相對應的電位。
9、 根據(jù)前述任一權利要求的放大裝置(IO)，其中晶體管被^f共為MOSFET 晶體管。
10、 根據(jù)權利要求1-8中任一權利要求的放大裝置(10)，其中晶體管被提 供為JFET晶體管。
11、 根據(jù)權禾腰求1-8中任一權利要求的放大裝置(10)，其中晶體管被提 供為雙極晶體管。
12、 根據(jù)前述任一權利要求的放大裝置(10)，其中開關以MOSFET晶體 管的形式被提供。
13、 根據(jù)權利要求1-11中任一權利要求的放大裝置(IO)，其中開關以JFET 晶體管的形式被提供。
14、 根據(jù)權利要求1-11中任一權利要求的放大體(10)，其中開關以雙 極晶體管的形式被提供。
15、 一種包括至少一種根據(jù)權利要求1-14中任一權利要求的放大裝置(IO) 的無線收發(fā)器(14)。
16、 一種包括至少一種根據(jù)權利要求1-14中任一權利要求的放大裝置(IO) 的無線電傳i^置02; 18)。
17、根據(jù)權利要求16的無線電傳^a，其中它是無線接入點(12)。
18、根據(jù)權利要求16的無線電傳皿置，其中它是無線終端(18)。
全文摘要
一種放大裝置(10)包括第一、第二、第三和第四晶體管(M1，M2，M3，M4)。在第一和第三晶體管(M1，M3)中，源極連接到輸入信號源(IN+，IN-)，柵極連接到偏置電位(VB)并且漏極連接到信號輸出端(Q+，Q-)。在第一和第三晶體管(M1，M3)的源極與漏極之間分別存在第一和第二分支(B 1，B2)，所述第一和第二分支均包括對應的第二或第四晶體管(M2，M4)。該裝置還包括第三分支(B3)以及第四分支(B4)，所述第三分支包括連接在第一晶體管(M1)源極與第三晶體管(M3)柵極之間的第一電容器(C1)和第一開關(SW1)，所述第四分支包括連接在第三晶體管(M3)源極與第一晶體管(M1)柵極之間的第二電容器(C2)和第二開關(SW2)。
文檔編號H03F3/45GK101652925SQ200780052114
公開日2010年2月17日 申請日期2007年3月13日 優(yōu)先權日2007年3月13日
發(fā)明者H·肖蘭, K·范薩西旺 申請人:艾利森電話股份有限公司