專利名稱：具有保護(hù)電路的共源共柵放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電子裝置，且更具體地說(shuō)，涉及放大器。
背景技術(shù)：
放大器通常用于各種電子裝置中以提供信號(hào)放大。不同類型的放大器可用于不同用途。舉例來(lái)說(shuō)，例如蜂窩式電話等無(wú)線通信裝置可包括發(fā)射器及接收器以進(jìn)行雙向通信。 發(fā)射器可利用驅(qū)動(dòng)器放大器(DA)及功率放大器(PA)，接收器可利用低噪聲放大器(LNA)， 且發(fā)射器及接收器可利用可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)。亞微米互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)制造工藝通常用于無(wú)線裝置及其它電子裝置中的射頻(RF)電路以便減小成本且改進(jìn)集成度。隨著CMOS裝置大小持續(xù)收縮，亞微米晶體管越來(lái)越容易受到在大信號(hào)擺動(dòng)條件下的應(yīng)力影響。應(yīng)力可不利地影響用這些亞微米晶體管實(shí)施的放大器的可靠性。非常需要具有良好性能及良好可靠性的放大器。

發(fā)明內(nèi)容
本文中描述一種具有保護(hù)電路的共源共柵放大器，其可以亞微米CMOS來(lái)制造且具有良好可靠性。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，所述放大器包括并聯(lián)耦合的多個(gè)分支，其中所述多個(gè)分支包括至少一個(gè)可切換分支。每一可切換分支可在“接通”狀態(tài)下操作以增加放大器的總增益或在“斷開(kāi)”狀態(tài)下操作以減小總增益。每一可切換分支可包括耦合到共源共柵晶體管的增益晶體管。所述增益晶體管可在接通狀態(tài)下放大輸入信號(hào)且提供經(jīng)放大的信號(hào)， 且可在斷開(kāi)狀態(tài)下不放大輸入信號(hào)。共源共柵晶體管可在接通狀態(tài)下緩沖經(jīng)放大的信號(hào)且提供輸出信號(hào)。電感器可耦合于電源電壓與每一分支中的共源共柵晶體管的漏極之間。輸出信號(hào)接著可具有低于及高于供應(yīng)電壓的電壓擺動(dòng)。偏置電路可接收輸出信號(hào)且提供用于每一分支中的共源共柵晶體管的偏置電壓。對(duì)于每一可切換分支來(lái)說(shuō)，可借助保護(hù)電路在接通狀態(tài)以及斷開(kāi)狀態(tài)下在增益晶體管與共源共柵晶體管之間分裂輸出信號(hào)的電壓擺動(dòng)。每一晶體管接著可在接通狀態(tài)及斷開(kāi)狀態(tài)兩者下觀測(cè)到輸出電壓擺動(dòng)的小部分，此可減小應(yīng)力且改進(jìn)可靠性。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，可通過(guò)斷開(kāi)/浮動(dòng)增益晶體管且使共源共柵晶體管的柵極與源極短接來(lái)實(shí)現(xiàn)在斷開(kāi)狀態(tài)下的電壓分裂?？赏ㄟ^(guò)(i)將增益晶體管的源極從電路接地去耦或(ii)使增益晶體管的柵極短接到電路接地且使柵極從輸入信號(hào)斷開(kāi)來(lái)斷開(kāi)增益晶體管。下文進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的各種方面及特征。


圖1展示無(wú)線通信裝置的框圖。圖2展示共源共柵放大器的示意圖。圖3及圖4展示具有保護(hù)電路的共源共柵放大器的兩個(gè)示范性設(shè)計(jì)。
圖5展示具有堆疊式共源共柵晶體管與保護(hù)電路的共源共柵放大器的示范性設(shè)計(jì)。圖6展示用于操作放大器的過(guò)程。
具體實(shí)施例方式詞“示范性”在本文中用以意指“充當(dāng)實(shí)例、例子或說(shuō)明”。本文中描述為“示范性” 的任何設(shè)計(jì)未必應(yīng)解釋為比其它設(shè)計(jì)優(yōu)選或有利。本文中所描述的具有保護(hù)電路的共源共柵放大器可用于例如無(wú)線通信裝置、蜂窩式電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、手持式裝置、無(wú)線調(diào)制解調(diào)器、膝上型計(jì)算機(jī)、無(wú)繩電話、廣播接收器、藍(lán)牙裝置、消費(fèi)型電子裝置等各種電子裝置。為清晰起見(jiàn)，下文描述共源共柵放大器在可為蜂窩式電話或某種其它裝置的無(wú)線裝置中的使用。圖1展示無(wú)線通信裝置100的示范性設(shè)計(jì)的框圖。在此示范性設(shè)計(jì)中，無(wú)線裝置 100包括數(shù)據(jù)處理器110及收發(fā)器120。收發(fā)器120包括支持雙向無(wú)線通信的發(fā)射器130 及接收器150。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)線裝置100可包括用于任何數(shù)目的通信系統(tǒng)及任何數(shù)目的頻帶的任何數(shù)目的發(fā)射器及任何數(shù)目的接收器。在發(fā)射路徑中，數(shù)據(jù)處理器110處理待發(fā)射的數(shù)據(jù)且將模擬輸出信號(hào)提供到發(fā)射器130。在發(fā)射器130內(nèi)，模擬輸出信號(hào)由放大器(Amp) 132放大、由低通濾波器134濾波以移除由先前數(shù)/模轉(zhuǎn)換引起的不合需要的圖像、由可變?cè)鲆娣糯笃?VGA) 136放大且由上變頻轉(zhuǎn)換器138從基帶上變頻轉(zhuǎn)換為RF。所述經(jīng)上變頻轉(zhuǎn)換的信號(hào)由濾波器140濾波以移除由上變頻轉(zhuǎn)換引起的不合需要的圖像、由驅(qū)動(dòng)器放大器(DA) 142及功率放大器(PA) 144進(jìn)一步放大、通過(guò)雙工器/開(kāi)關(guān)146路由且經(jīng)由天線148進(jìn)行發(fā)射。在接收路徑中，天線148從基站接收信號(hào)且提供所接收的RF信號(hào)，所述RF信號(hào)通過(guò)雙工器/開(kāi)關(guān)146路由且被提供到接收器150。在接收器150內(nèi)，所接收的RF信號(hào)由低噪聲放大器(LNA) 152放大、由帶通濾波器巧4濾波且由下變頻轉(zhuǎn)換器156從RF下變頻轉(zhuǎn)換為基帶。所述經(jīng)下變頻轉(zhuǎn)換的信號(hào)由VGA 158放大、由低通濾波器160濾波且由放大器 162放大以獲得模擬輸入信號(hào)，所述模擬輸入信號(hào)被提供到數(shù)據(jù)處理器110。圖1展示發(fā)射器130及接收器150實(shí)施直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)，所述直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)將信號(hào)在一個(gè)級(jí)中在RF與基帶之間進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。發(fā)射器130及/或接收器150還可實(shí)施超外差式(super-heterodyne)架構(gòu)，其將信號(hào)在多個(gè)級(jí)中在RF與基帶之間進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。本機(jī)振蕩器(LO)產(chǎn)生器170產(chǎn)生發(fā)射LO信號(hào)及接收LO信號(hào)且分別將其提供到上變頻轉(zhuǎn)換器138及下變頻轉(zhuǎn)換器156。鎖相回路(PLL) 172可從數(shù)據(jù)處理器110接收控制信息且將控制信號(hào)提供到LO產(chǎn)生器170以產(chǎn)生處于適當(dāng)頻率的發(fā)射及接收LO信號(hào)。圖1展示示范性收發(fā)器設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō)，可由放大器、濾波器、混頻器等等中的一個(gè)或一個(gè)以上級(jí)來(lái)執(zhí)行對(duì)發(fā)射器130及接收器150中的信號(hào)的調(diào)節(jié)。這些電路塊可經(jīng)布置成不同于圖1所示的配置。此外，未在圖1中展示的其它電路塊也可用以調(diào)節(jié)發(fā)射器及接收器中的信號(hào)。還可省略圖1中的一些電路塊。收發(fā)器120的全部或一部分可實(shí)施于模擬集成電路(IC)、RFIC(RFIC)、混合信號(hào)IC等等上。舉例來(lái)說(shuō)，放大器132到驅(qū)動(dòng)器放大器 142可實(shí)施于RFIC上，而功率放大器144可實(shí)施于RFIC外部。數(shù)據(jù)處理器110可執(zhí)行無(wú)線裝置100的各種功能，例如，對(duì)經(jīng)發(fā)射及接收的數(shù)據(jù)的數(shù)字處理。存儲(chǔ)器112可存儲(chǔ)用于數(shù)據(jù)處理器110的程序代碼及數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理器110可實(shí)施于一個(gè)或一個(gè)以上專用集成電路(ASIC)及/或其它IC上。如圖1所示，發(fā)射器及接收器可包括各種放大器。每一放大器可用各種設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)施。圖2展示共源共柵放大器200的示意圖。放大器200可用于DA 142,PA 144,LNA 152、VGA 136及158及/或圖1中的其它放大器。放大器200包括并聯(lián)耦合的K個(gè)分支 210a到210k，其中K可為任何整數(shù)值。所述分支還可稱作放大器級(jí)，等等。在每一分支210 內(nèi)，N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOQ晶體管212使其源極耦合到電路接地且使其柵極接收輸入信號(hào)Vin。術(shù)語(yǔ)“晶體管”與“裝置”常常可互換使用。NMOS晶體管214使其源極耦合到NMOS晶體管212的漏極，使其柵極耦合到反相器220的輸出端，且使其漏極耦合到提供輸出信號(hào)Vout的節(jié)點(diǎn)X。NMOS晶體管212為在其柵極處接收Vin信號(hào)、放大所述Vin信號(hào)且在其漏極處提供經(jīng)放大的信號(hào)的增益晶體管。NMOS晶體管212還稱作共源極晶體管、gffl 晶體管等。NMOS晶體管214是使其柵極耦合到AC接地、在其源極處接收經(jīng)放大的信號(hào)且在其漏極處提供Vout信號(hào)的共源共柵晶體管?？捎肞溝道MOS (PMOS)晶體管及NMOS晶體管(其使其柵極耦合在一起且形成反相器輸入端并且使其漏極耦合在一起且形成反相器輸出端)來(lái)實(shí)施反相器220。PMOS晶體管的源極可耦合到節(jié)點(diǎn)Y，且NMOS晶體管的源極可耦合到電路接地。電感器230耦合于節(jié)點(diǎn)X與電源Vdd之間。電感器230為所有經(jīng)啟用分支中的 NMOS晶體管212及214提供偏置電流。電感器230還可用于輸出阻抗匹配。偏置電路MO 接收Vout信號(hào)且產(chǎn)生偏置電壓Vbias。在圖2所示的設(shè)計(jì)中，用形成低通濾波器的電阻器 242及電容器244實(shí)施偏置電路M0。電阻器242耦合于節(jié)點(diǎn)X與節(jié)點(diǎn)Y之間，且電容器 244耦合于節(jié)點(diǎn)Y與電路接地之間。節(jié)點(diǎn)Y提供Vbias電壓。還可用其它設(shè)計(jì)(例如，用電容性反饋)實(shí)施偏置電路M0。K個(gè)分支210a到210k中的每一者可經(jīng)由相應(yīng)Bk控制信號(hào)(其中k e {1，…， K})而個(gè)別地啟用或停用。對(duì)于第k個(gè)分支來(lái)說(shuō)，在他控制信號(hào)處于邏輯低時(shí)，反相器220 的輸出處于邏輯高，NMOS晶體管214接通，且所述分支經(jīng)啟用。相反，在他控制信號(hào)處于邏輯高時(shí)，反相器220的輸出處于邏輯低，NMOS晶體管214斷開(kāi)，且所述分支經(jīng)停用。每一分支在啟用時(shí)提供信號(hào)增益。所述K個(gè)分支210a到210k可提供相等量的增益(例如，所有K個(gè)分支具有相同晶體管大小)或可提供不同量的增益(例如，K個(gè)分支具有不同晶體管大小)。舉例來(lái)說(shuō)，分支1中的NMOS晶體管212及214的大小(及增益)可為分支2中的NMOS晶體管212及214的大小(及增益)的兩倍，分支2中的NMOS晶體管212及214 的大小可為下一分支中的NMOS晶體管212及214的大小的兩倍，等等?？赏ㄟ^(guò)啟用適當(dāng)分支來(lái)獲得放大器200的所要總增益。輸出信號(hào)擺動(dòng)可取決于放大器200的總增益(例如， 可與放大器200的總增益成比例)。共源共柵放大器200如下操作。對(duì)于經(jīng)啟用的每一分支來(lái)說(shuō)，NMOS晶體管212放大Vin信號(hào)且提供經(jīng)放大的信號(hào)。NMOS晶體管212還執(zhí)行電壓/電流轉(zhuǎn)換。NMOS晶體管 214緩沖經(jīng)放大的信號(hào)且提供Vout信號(hào)的信號(hào)驅(qū)動(dòng)。用開(kāi)漏架構(gòu)實(shí)施共源共柵放大器200，且Vout信號(hào)可低于及高于Vdd而擺動(dòng)。由于電感器230的存在，因此有可能輸出電壓擺動(dòng)高于Vdd。在Vout信號(hào)高于Vdd時(shí)，所有K個(gè)分支210中的共源共柵晶體管214可觀測(cè)到大電壓，其可向這些晶體管加應(yīng)力?？墒褂梅答亖?lái)減小跨共源共柵晶體管214的電壓擺動(dòng)。在圖2中，用電阻器242及電容器244實(shí)施反饋，電阻器242及電容器244形成具有比Vout信號(hào)的頻率低得多的帶寬的低通濾波器。所述低通濾波器將Vout信號(hào)的衰減版本提供為Vbias電壓。對(duì)于經(jīng)啟用的每一分支 210來(lái)說(shuō)，將Vbias電壓經(jīng)由反相器220提供到共源共柵晶體管214的柵極。以此方式，可跨每一經(jīng)啟用分支210中的共源共柵晶體管214及增益晶體管212分裂輸出節(jié)點(diǎn)X處的電壓擺動(dòng)。對(duì)于每一分支210來(lái)說(shuō)，反饋限制在共源共柵晶體管214接通時(shí)跨共源共柵晶體管214的電壓擺動(dòng)。然而，大部分應(yīng)力發(fā)生于共源共柵晶體管214斷開(kāi)時(shí)。在斷開(kāi)狀態(tài)下， 共源共柵晶體管214的柵極經(jīng)由反相器220而被拉到接地，且共源共柵晶體管214的源極經(jīng)由增益晶體管212(其作為開(kāi)關(guān)而操作)也被拉到接地。在斷開(kāi)狀態(tài)下，共源共柵晶體管 214的漏極到源極電壓Vds以及柵極到漏極電壓Vgd可能大于Vdd (例如，高達(dá)Vdd的兩倍) 且可能超過(guò)額定裝置電壓。較大的Vds及Vgd電壓可向共源共柵晶體管214加應(yīng)力且可不利地影響晶體管的可靠性及壽命。在放大器200正在高增益/高輸出功率下操作和停用分支以減小增益時(shí)，應(yīng)力可尤其嚴(yán)重。此經(jīng)停用分支中的共源共柵晶體管可觀測(cè)到可能遠(yuǎn)高于Vdd的大的Vds及Vgd電壓?？赏ㄟ^(guò)將具有較長(zhǎng)柵極長(zhǎng)度的NMOS晶體管用于共源共柵晶體管214或?qū)⒑裱趸颪MOS晶體管用于共源共柵晶體管214來(lái)改進(jìn)放大器200中的共源共柵晶體管214的可靠性。然而，所述兩種解決方案均可能歸因于這些NMOS晶體管的較高電容而不利地影響放大器的RF性能。較高電容尤其對(duì)于高頻率操作來(lái)說(shuō)可為問(wèn)題。圖3展示具有保護(hù)電路的共源共柵放大器300的示范性設(shè)計(jì)的示意圖。放大器 300可用于DA 142,PA 144,LNA 152,VGA 136及158及/或圖1中的其它放大器。放大器 300包括并聯(lián)耦合的K個(gè)分支310a到310k。在每一分支310內(nèi)，NMOS晶體管312使其源極耦合到開(kāi)關(guān)316的一個(gè)末端且使其柵極接收Vin信號(hào)。開(kāi)關(guān)316的另一末端耦合到電路接地。NMOS晶體管314使其源極耦合到NMOS晶體管312的漏極，使其柵極耦合到節(jié)點(diǎn)Y， 且使其漏極耦合到節(jié)點(diǎn)X。開(kāi)關(guān)320耦合于NMOS晶體管314的柵極與源極之間且由他控制信號(hào)(其中ke {1，…，K})控制。開(kāi)關(guān)316由與他控制信號(hào)互補(bǔ)的M控制信號(hào)控制。 開(kāi)關(guān)316及320可各自用NMOS晶體管、PMOS晶體管、傳輸門等等實(shí)施。電感器330耦合于Vdd電源與提供Vout信號(hào)的節(jié)點(diǎn)X之間。用耦合于節(jié)點(diǎn)X與節(jié)點(diǎn)Y之間的電阻器342及耦合于節(jié)點(diǎn)Y與電路接地之間的電容器344實(shí)施偏置電路340。 節(jié)點(diǎn)Y提供Vbias電壓。K個(gè)分支310a到310k中的每一者可經(jīng)由用于所述分支的他及M控制信號(hào)而個(gè)別地啟用或停用?？赏ㄟ^(guò)(i)在他控制信號(hào)上提供邏輯低(其斷開(kāi)開(kāi)關(guān)320)及(ii)在 IE控制信號(hào)上提供邏輯高(其閉合開(kāi)關(guān)316)來(lái)啟用第k個(gè)分支。相反，可通過(guò)在他控制信號(hào)上提供邏輯高且在證控制信號(hào)上提供邏輯低來(lái)停用第k個(gè)分支。共源共柵放大器300如下操作。對(duì)于經(jīng)啟用的每一分支來(lái)說(shuō)，NMOS晶體管312使其源極耦合到電路接地且作為放大Vin信號(hào)的增益晶體管而操作。NMOS晶體管314使其源極從其柵極斷開(kāi)且作為緩沖來(lái)自NMOS晶體管312的經(jīng)放大的信號(hào)并提供Vout信號(hào)的信號(hào)驅(qū)動(dòng)的共源共柵晶體管而操作。對(duì)于經(jīng)停用的每一分支來(lái)說(shuō)，NMOS晶體管312使其源極從電路接地去耦且浮動(dòng)。NMOS晶體管314使其源極連接到其柵極，且兩者均接收Vbias電壓。因此，當(dāng)分支在接通狀態(tài)下經(jīng)啟用時(shí)以及當(dāng)分支在斷開(kāi)狀態(tài)下經(jīng)停用時(shí)跨共源共柵晶體管314及增益晶體管312分裂輸出電壓擺動(dòng)。圖4展示具有保護(hù)電路的共源共柵放大器400的示范性設(shè)計(jì)的示意圖。放大器 400還可用于DA 142、PA 144、LNA 152、VGA 136及158及/或圖1中的其它放大器。放大器400包括并聯(lián)耦合的K個(gè)分支410a到410k。在每一分支410內(nèi)，NMOS晶體管412使其源極耦合到電路接地且使其柵極耦合到開(kāi)關(guān)416的一個(gè)末端。開(kāi)關(guān)416的另一末端接收 Vin信號(hào)。開(kāi)關(guān)418耦合于NMOS晶體管412的柵極與電路接地之間。NMOS晶體管414使其源極耦合到NMOS晶體管412的漏極，使其柵極耦合到節(jié)點(diǎn)Y，且使其漏極耦合到節(jié)點(diǎn)X。 開(kāi)關(guān)420耦合于NMOS晶體管414的柵極與源極之間。開(kāi)關(guān)418及420由他控制信號(hào)(其中ke {1，…，K})控制。開(kāi)關(guān)416由與他控制信號(hào)互補(bǔ)的瓦控制信號(hào)控制。開(kāi)關(guān)416、 418及420可各自用NMOS晶體管、PMOS晶體管、傳輸門等實(shí)施。電感器430、偏置電路440、 電阻器442及電容器444以分別與圖3中的電感器330、偏置電路340、電阻器342及電容器344類似的方式耦合。K個(gè)分支410a到410k中的每一者可經(jīng)由用于所述分支的他及證控制信號(hào)而啟用或停用。可通過(guò)(i)在他控制信號(hào)上提供邏輯低(其斷開(kāi)開(kāi)關(guān)418及420)及(ii)在 M控制信號(hào)上提供邏輯高(其閉合開(kāi)關(guān)416)來(lái)啟用第k個(gè)分支。相反地，可通過(guò)在他控制信號(hào)上提供邏輯高且在證控制信號(hào)上提供邏輯低來(lái)停用第k個(gè)分支。共源共柵放大器400如下操作。對(duì)于經(jīng)啟用的每一分支來(lái)說(shuō)，NMOS晶體管412使其柵極接收Vin信號(hào)且作為增益晶體管而操作。NMOS晶體管414使其源極從其柵極斷開(kāi)且作為共源共柵晶體管而操作。對(duì)于經(jīng)停用的每一分支來(lái)說(shuō)，NMOS晶體管412使其柵極從 Vin信號(hào)斷開(kāi)且耦合到電路接地。NMOS晶體管414使其源極連接到其柵極，且兩者均接收 Vbias電壓。因此，在分支經(jīng)啟用時(shí)以及在分支經(jīng)停用時(shí)跨共源共柵晶體管414及增益晶體管412分裂輸出電壓擺動(dòng)。圖3及圖4展示在每一分支中具有一個(gè)共源共柵晶體管的共源共柵放大器的兩個(gè)示范性設(shè)計(jì)。多個(gè)共源共柵晶體管還可用于每一分支中以便進(jìn)一步跨每一晶體管分裂輸出電壓擺動(dòng)。圖5展示具有堆疊式共源共柵晶體管及保護(hù)電路的共源共柵放大器500的示范性設(shè)計(jì)的示意圖。放大器500還可用于DA 142,PA 144,LNA 152,VGA 136及158及/或圖1 中的其它放大器。放大器500包括并聯(lián)耦合的K個(gè)分支510a到510k。在每一分支510內(nèi)， NMOS晶體管512使其源極耦合到開(kāi)關(guān)518的一個(gè)末端且使其柵極接收Vin信號(hào)。開(kāi)關(guān)518 的另一末端耦合到電路接地。兩個(gè)NMOS晶體管514及516堆疊在一起。NMOS晶體管516 使其漏極耦合到節(jié)點(diǎn)X，使其柵極接收Vbiasl電壓，且使其源極耦合到NMOS晶體管514的漏極。NMOS晶體管514使其柵極接收Vbias2電壓且使其源極耦合到NMOS晶體管512的漏極。開(kāi)關(guān)520耦合于NMOS晶體管516的柵極與源極之間。開(kāi)關(guān)522耦合于NMOS晶體管 514的柵極與源極之間。開(kāi)關(guān)520及522由他控制信號(hào)(其中ke {1，…，K})控制。開(kāi)關(guān)518由與他控制信號(hào)互補(bǔ)的M控制信號(hào)控制。開(kāi)關(guān)518、520及522可各自用NMOS晶體管、PMOS晶體管、傳輸門等實(shí)施。電感器530耦合于Vdd供應(yīng)電壓與提供Vout信號(hào)的節(jié)點(diǎn) X之間。
偏置電路540接收Vout信號(hào)且在每一分支510中產(chǎn)生分別用于共源共柵晶體管516及514的Vbiasl電壓及Vbias2電壓?？僧a(chǎn)生Vbiasl電壓及Vbias2電壓以跨共源共柵晶體管514及516分裂輸出電壓擺動(dòng)。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，Vbiasi —且 Vbias2 2\^t/3，其中 ^ 為Vout信號(hào)的經(jīng)濾波版本。在此示范性設(shè)計(jì)中，可跨每一分支中的三個(gè)晶體管而大致均勻地分配輸出電壓擺動(dòng)。K個(gè)分支510a到510k中的每一者可經(jīng)由用于所述分支的他及瓦控制信號(hào)而個(gè)別地啟用或停用?？赏ㄟ^(guò)(i)在他控制信號(hào)上提供邏輯低(其斷開(kāi)開(kāi)關(guān)520及522)及(ii) 在M控制信號(hào)上提供邏輯高(其閉合開(kāi)關(guān)518)來(lái)啟用第k個(gè)分支。相反地，可通過(guò)在他控制信號(hào)上提供邏輯高且在M控制信號(hào)上提供邏輯低來(lái)停用第k個(gè)分支。共源共柵放大器500如下操作。對(duì)于經(jīng)啟用的每一分支來(lái)說(shuō)，NMOS晶體管512使其源極耦合到電路接地且作為增益晶體管而操作。NMOS晶體管514及516的源極從其柵極斷開(kāi)且作為共源共柵晶體管而操作。對(duì)于經(jīng)停用的每一分支來(lái)說(shuō)，NMOS晶體管512使其源極從電路接地去耦且浮動(dòng)。NMOS晶體管516的源極連接到其接收Vbiasl電壓的柵極。 NMOS晶體管514的源極連接到其接收Vbias2電壓的柵極。因此，在分支經(jīng)啟用時(shí)以及在分支經(jīng)停用時(shí)跨共源共柵晶體管514及516以及增益晶體管512分裂輸出電壓擺動(dòng)。圖5展示具有兩個(gè)堆疊式共源共柵晶體管的共源共柵放大器的示范性設(shè)計(jì)。還可堆疊兩個(gè)以上共源共柵晶體管?？蓪⒑线m偏置電壓提供到每一共源共柵晶體管的柵極以獲得在接通狀態(tài)及斷開(kāi)狀態(tài)下跨所述共源共柵晶體管的所要Vds及Vgd電壓擺動(dòng)。圖3、圖4及圖5展示用于共源共柵放大器的保護(hù)電路的三個(gè)示范性設(shè)計(jì)。還可用其它設(shè)計(jì)實(shí)施保護(hù)電路。一般來(lái)說(shuō)，保護(hù)電路可使反饋保持起作用(甚至在分支經(jīng)停用時(shí)也是如此)?？赏ㄟ^(guò)經(jīng)由(i)在增益晶體管的源極處耦合的串聯(lián)開(kāi)關(guān)(例如，如圖3及圖 5所示)或(ii)用以將柵極拉到接地且將柵極從Vin信號(hào)斷開(kāi)的多個(gè)開(kāi)關(guān)(例如，如圖4 所示)而斷開(kāi)/浮動(dòng)增益晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的。此外，可經(jīng)由開(kāi)關(guān)(例如，如圖3到圖5所示)使共源共柵晶體管的柵極與源極短接?？捎瞄_(kāi)關(guān)(例如，如圖3、圖4及圖5所示)實(shí)施保護(hù)電路?！銇?lái)說(shuō)，設(shè)備(例如，集成電路、無(wú)線裝置等等)可包括包含并聯(lián)耦合的多個(gè)分支且操作以放大輸入信號(hào)并提供輸出信號(hào)的放大器。所述放大器可為驅(qū)動(dòng)器放大器、功率放大器、LNA、VGA等等。所述多個(gè)分支可包括至少一個(gè)可切換分支。每一可切換分支可在接通狀態(tài)下操作以增加放大器的總增益或在斷開(kāi)狀態(tài)下操作以減小總增益。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，每一可切換分支可包括耦合到共源共柵晶體管的增益晶體管。所述增益晶體管可在接通狀態(tài)下放大輸入信號(hào)且提供經(jīng)放大的信號(hào)，且可在斷開(kāi)狀態(tài)下不放大輸入信號(hào)。共源共柵晶體管可在接通狀態(tài)下緩沖經(jīng)放大的信號(hào)且提供輸出信號(hào)。 可在接通狀態(tài)以及斷開(kāi)狀態(tài)下在增益晶體管與共源共柵晶體管之間分裂輸出信號(hào)的電壓擺動(dòng)。增益晶體管及共源共柵晶體管可各自在接通及斷開(kāi)狀態(tài)下觀測(cè)到輸出電壓擺動(dòng)的小部分。可用NMOS晶體管或一些其它類型的晶體管實(shí)施增益晶體管及共源共柵晶體管。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，對(duì)于每一可切換分支來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)(例如，圖3中的開(kāi)關(guān)320 或圖4中的開(kāi)關(guān)420)可在斷開(kāi)狀態(tài)下使共源共柵晶體管的柵極與源極短接。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，開(kāi)關(guān)(例如，圖3中的開(kāi)關(guān)316)可耦合于增益晶體管的源極與電路接地之間，且可在接通狀態(tài)下閉合且在斷開(kāi)狀態(tài)下斷開(kāi)。在另一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，一個(gè)開(kāi)關(guān)(例如，圖4中的開(kāi)關(guān)418)可耦合于增益晶體管的柵極與電路接地之間，且可在接通狀態(tài)下斷開(kāi)且在斷開(kāi)狀態(tài)下閉合。另一開(kāi)關(guān)(例如，圖4中的開(kāi)關(guān)416)可耦合于增益晶體管的柵極與輸入信號(hào)之間，且可在接通狀態(tài)下閉合且在斷開(kāi)狀態(tài)下斷開(kāi)。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，每一可切換分支可包括耦合于共源共柵晶體管與增益晶體管之間的第二共源共柵晶體管(例如，如圖5所示)。所述第二共源共柵晶體管可在接通狀態(tài)下緩沖經(jīng)放大的信號(hào)?？稍诮油顟B(tài)及斷開(kāi)狀態(tài)兩者下在增益晶體管與兩個(gè)共源共柵晶體管之間分裂輸出信號(hào)的電壓擺動(dòng)。電感器可耦合于供應(yīng)電壓與每一可切換分支中的共源共柵晶體管的漏極之間。輸出信號(hào)可具有低于及高于供應(yīng)電壓的電壓擺動(dòng)。偏置電路可接收輸出信號(hào)且為每一可切換分支中的共源共柵晶體管提供偏置電壓?？稍诮油顟B(tài)下僅將偏置電壓施加到共源共柵晶體管的柵極，且在斷開(kāi)狀態(tài)下將偏置電壓施加到共源共柵晶體管的柵極與源極兩者(例如，如圖3及圖4所示)。圖6展示用于操作放大器的過(guò)程600的示范性設(shè)計(jì)。可在接通狀態(tài)下用增益晶體管放大輸入信號(hào)以獲得經(jīng)放大的信號(hào)(框61 ?？稍诮油顟B(tài)下用共源共柵晶體管緩沖經(jīng)放大的信號(hào)以獲得輸出信號(hào)(框614)。放大器可包含多個(gè)分支，且可啟用至少一個(gè)分支。 每一經(jīng)啟用的分支可包含在接通狀態(tài)下操作的增益晶體管及共源共柵晶體管?？苫谳敵鲂盘?hào)產(chǎn)生偏置電壓，且可將所述偏置電壓施加到共源共柵晶體管的柵極?？稍诮油顟B(tài)及斷開(kāi)狀態(tài)下在增益晶體管與共源共柵晶體管之間分裂輸出信號(hào)的電壓擺動(dòng)，其中增益晶體管與共源共柵晶體管各自在接通及斷開(kāi)狀態(tài)下觀測(cè)到電壓擺動(dòng)的小部分(框616)。在框616的一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，在斷開(kāi)狀態(tài)下，共源共柵晶體管的柵極與源極可短接，且增益晶體管的源極可從電路接地去耦(例如，如圖3所示)。在框616的另一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，在斷開(kāi)狀態(tài)下，共源共柵晶體管的柵極與源極可短接，且增益晶體管的柵極可從輸入信號(hào)去耦且進(jìn)一步短接到電路接地(例如，如圖4所示)?？稍贗C、模擬IC、RFIC、混合信號(hào)IC、ASIC、印刷電路板(PCB)、電子裝置等上實(shí)施本文中所描述的具有保護(hù)電路的共源共柵放大器。還可用例如CM0S、NM0S、PM0S、雙極結(jié)晶體管(BJT)、雙極CMOS (BiCMOS)、硅鍺(SiGe)、砷化鎵(GaAs)等各種IC工藝技術(shù)來(lái)制造共源共柵放大器。實(shí)施本文所描述的共源共柵放大器的設(shè)備可為獨(dú)立裝置或可為較大裝置的部分。 裝置可為(i)獨(dú)立IC ； (ii)可包括用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)及/或指令的存儲(chǔ)器IC的一個(gè)或一個(gè)以上IC的集合；(iii)例如RF接收器(RFR)或RF發(fā)射器/接收器(RTR)等RFIC ； (iv)例如移動(dòng)臺(tái)調(diào)制解調(diào)器(MSM)等ASIC ； (ν)可嵌入于其它裝置內(nèi)的模塊；(vi)接收器、蜂窩式電話、無(wú)線裝置、手持機(jī)或移動(dòng)單元；(vii)等等。在一個(gè)或一個(gè)以上示范性設(shè)計(jì)中，可以硬件、軟件、固件或其任何組合來(lái)實(shí)施所描述的功能。如果以軟件來(lái)實(shí)施，則功能可作為一個(gè)或一個(gè)以上指令或代碼而存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀媒體上或經(jīng)由計(jì)算機(jī)可讀媒體來(lái)傳輸。計(jì)算機(jī)可讀媒體包括計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)媒體及通信媒體兩者，通信媒體包括促進(jìn)將計(jì)算機(jī)程序從一處傳送到另一處的任何媒體。存儲(chǔ)媒體可為可由計(jì)算機(jī)存取的任何可用媒體。借助于實(shí)例而非限制，所述計(jì)算機(jī)可讀媒體可包含RAM、 R0M、EEPR0M、⑶-ROM或其它光盤存儲(chǔ)裝置、磁盤存儲(chǔ)裝置或其它磁性存儲(chǔ)裝置，或可用以攜載或存儲(chǔ)呈指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式的所要程序代碼且可由計(jì)算機(jī)存取的任何其它媒體。而且，將任何連接適當(dāng)?shù)胤Q為計(jì)算機(jī)可讀媒體。舉例來(lái)說(shuō)，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字訂戶線(DSL)或例如紅外線、無(wú)線電及微波等無(wú)線技術(shù)而從網(wǎng)站、服務(wù)器或其它遠(yuǎn)程源傳輸軟件，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或例如紅外線、無(wú)線電及微波等無(wú)線技術(shù)包括于媒體的定義中。如本文中所使用，磁盤及光盤包括壓縮光盤(CD)、激光光盤、光學(xué)光盤、數(shù)字通用光盤(DVD)、軟性磁盤及藍(lán)光光盤，其中磁盤通常以磁性方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而光盤借助激光以光學(xué)方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)。以上各者的組合也應(yīng)包括于計(jì)算機(jī)可讀媒體的范圍內(nèi)。
提供對(duì)本發(fā)明的先前描述以使所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠制作或使用本發(fā)明。 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易明白本發(fā)明的各種修改，且本文中所定義的一般原理可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下應(yīng)用于其它變型。因此，本發(fā)明不希望限于本文中所描述的實(shí)例及設(shè)計(jì)，而是應(yīng)被賦予與本文中所揭示的原理及新穎特征一致的最廣范圍。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，其包含增益晶體管，其操作以在接通狀態(tài)下放大輸入信號(hào)且提供經(jīng)放大的信號(hào)，且在斷開(kāi)狀態(tài)下不放大所述輸入信號(hào)；及共源共柵晶體管，其耦合到所述增益晶體管且操作以在所述接通狀態(tài)下緩沖所述經(jīng)放大的信號(hào)且提供輸出信號(hào)，其中所述輸出信號(hào)的電壓擺動(dòng)在所述接通狀態(tài)及所述斷開(kāi)狀態(tài)下在所述增益晶體管與所述共源共柵晶體管之間分裂，其中所述增益晶體管及所述共源共柵晶體管各自在所述接通狀態(tài)及所述斷開(kāi)狀態(tài)下觀測(cè)到所述電壓擺動(dòng)的小部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含第一開(kāi)關(guān)，其操作以在所述斷開(kāi)狀態(tài)下使所述共源共柵晶體管的柵極與源極短接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含第二開(kāi)關(guān)，其耦合于所述增益晶體管的源極與電路接地之間，所述第二開(kāi)關(guān)在所述接通狀態(tài)下閉合且在所述斷開(kāi)狀態(tài)下斷開(kāi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含第二開(kāi)關(guān)，其耦合于所述增益晶體管的柵極與電路接地之間，所述第二開(kāi)關(guān)在所述接通狀態(tài)下斷開(kāi)且在所述斷開(kāi)狀態(tài)下閉合；及第三開(kāi)關(guān)，其耦合于所述增益晶體管的所述柵極與所述輸入信號(hào)之間，所述第三開(kāi)關(guān)在所述接通狀態(tài)下閉合且在所述斷開(kāi)狀態(tài)下斷開(kāi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含第二共源共柵晶體管，其耦合于所述增益晶體管與所述共源共柵晶體管之間且操作以在所述接通狀態(tài)下緩沖所述經(jīng)放大的信號(hào)，其中所述輸出信號(hào)的所述電壓擺動(dòng)在所述接通及斷開(kāi)狀態(tài)下在所述增益晶體管、所述共源共柵晶體管與所述第二共源共柵晶體管之間分 m農(nóng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含偏置電路，其操作以接收所述輸出信號(hào)且為所述共源共柵晶體管提供偏置電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述偏置電壓在所述接通狀態(tài)下僅施加到所述共源共柵晶體管的柵極，而在所述斷開(kāi)狀態(tài)下施加到所述共源共柵晶體管的所述柵極與源極兩者。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述偏置電路包含電阻器，其耦合于所述共源共柵晶體管的漏極與柵極之間，及電容器，其耦合于所述共源共柵晶體管的所述柵極與電路接地之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含電感器，其耦合于所述共源共柵晶體管的漏極與供應(yīng)電壓之間，其中所述輸出信號(hào)具有低于及高于所述供應(yīng)電壓的電壓擺動(dòng)。
10.一種無(wú)線裝置，其包含放大器，其包含并聯(lián)耦合的多個(gè)分支且操作以放大輸入信號(hào)且提供輸出信號(hào)，所述多個(gè)分支包含至少一個(gè)可切換分支，每一可切換分支可在接通狀態(tài)或斷開(kāi)狀態(tài)下操作且包含增益晶體管，其操作以在所述接通狀態(tài)下放大所述輸入信號(hào)且提供經(jīng)放大的信號(hào)，且在所述斷開(kāi)狀態(tài)下不放大所述輸入信號(hào)，及共源共柵晶體管，其耦合到所述增益晶體管且操作以在所述接通狀態(tài)下緩沖所述經(jīng)放大的信號(hào)且提供所述輸出信號(hào)，其中所述輸出信號(hào)的電壓擺動(dòng)在所述接通狀態(tài)及所述斷開(kāi)狀態(tài)下在所述增益晶體管與所述共源共柵晶體管之間分裂。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無(wú)線裝置，其中所述至少一個(gè)可切換分支中的每一者在所述接通狀態(tài)下經(jīng)操作以增加所述放大器的總增益，且在所述斷開(kāi)狀態(tài)下經(jīng)操作以減小所述總增 ο
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無(wú)線裝置，其進(jìn)一步包含電感器，其耦合于供應(yīng)電壓與每一可切換分支中的所述共源共柵晶體管的漏極之間， 其中所述輸出信號(hào)具有低于及高于所述供應(yīng)電壓的電壓擺動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無(wú)線裝置，其進(jìn)一步包含偏置電路，其操作以接收所述輸出信號(hào)且為每一可切換分支中的所述共源共柵晶體管提供偏置電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無(wú)線裝置，其中所述放大器為驅(qū)動(dòng)器放大器DA、功率放大器ΡΑ、低噪聲放大器LNA或可變?cè)鲆娣糯笃鱒GA。
15.一種方法，其包含在接通狀態(tài)下用增益晶體管放大輸入信號(hào)以獲得經(jīng)放大的信號(hào)； 在所述接通狀態(tài)下用共源共柵晶體管緩沖所述經(jīng)放大的信號(hào)且提供輸出信號(hào)；及在所述接通狀態(tài)及斷開(kāi)狀態(tài)下在所述增益晶體管與所述共源共柵晶體管之間分裂所述輸出信號(hào)的電壓擺動(dòng)，其中所述增益晶體管及所述共源共柵晶體管各自在所述接通及斷開(kāi)狀態(tài)下觀測(cè)到所述電壓擺動(dòng)的小部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包含 在所述斷開(kāi)狀態(tài)下使所述共源共柵晶體管的柵極與源極短接。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包含在所述接通狀態(tài)下將所述增益晶體管的源極耦合到電路接地；及在所述斷開(kāi)狀態(tài)下使所述增益晶體管的所述源極從電路接地去耦。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包含在所述接通狀態(tài)下將所述輸入信號(hào)耦合到所述增益晶體管的柵極；及在所述斷開(kāi)狀態(tài)下使所述輸入信號(hào)從所述增益晶體管的所述柵極去耦且使所述柵極短接到電路接地。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包含 基于所述輸出信號(hào)產(chǎn)生偏置電壓；及 將所述偏置電壓施加到所述共源共柵晶體管的柵極。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包含啟用包含多個(gè)分支的放大器的至少一個(gè)分支，每一經(jīng)啟用的分支包含在所述接通狀態(tài)下操作的所述增益晶體管及所述共源共柵晶體管。
21.一種設(shè)備，其包含用于在接通狀態(tài)下放大輸入信號(hào)以獲得經(jīng)放大的信號(hào)的裝置； 用于在所述接通狀態(tài)下緩沖所述經(jīng)放大的信號(hào)且提供輸出信號(hào)的裝置；及用于在所述接通狀態(tài)及斷開(kāi)狀態(tài)下在所述用于放大的裝置與所述用于緩沖的裝置之間分裂所述輸出信號(hào)的電壓擺動(dòng)的裝置，其中所述用于放大的裝置及所述用于緩沖的裝置各自在所述接通及斷開(kāi)狀態(tài)下觀測(cè)到所述電壓擺動(dòng)的小部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于在所述接通狀態(tài)下啟用所述用于放大的裝置及在所述斷開(kāi)狀態(tài)下停用所述用于放大的裝置的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于在所述斷開(kāi)狀態(tài)下用至少一個(gè)偏置電壓對(duì)所述用于緩沖的裝置進(jìn)行偏置的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于啟用包含多個(gè)分支的放大器的至少一個(gè)分支的裝置，每一經(jīng)啟用的分支包含在所述接通狀態(tài)下操作的所述用于放大的裝置及所述用于緩沖的裝置。
全文摘要
本發(fā)明描述一種具有保護(hù)電路的共源共柵放大器(300)。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，所述放大器包括并聯(lián)耦合的多個(gè)分支(310a、310b、310k)，其中至少一個(gè)分支可在“接通”狀態(tài)與“斷開(kāi)”狀態(tài)之間切換。每一可切換分支包括耦合到共源共柵晶體管(314)的增益晶體管(312)。所述增益晶體管(312)在所述接通狀態(tài)下放大輸入信號(hào)且提供經(jīng)放大的信號(hào)，且在所述斷開(kāi)狀態(tài)下不放大所述輸入信號(hào)。所述共源共柵晶體管(314)在所述接通狀態(tài)下緩沖所述經(jīng)放大的信號(hào)且提供輸出信號(hào)。輸出信號(hào)擺動(dòng)可借助所述保護(hù)電路而在所述接通及斷開(kāi)狀態(tài)兩者下在所述增益晶體管(312)與所述共源共柵晶體管(314)之間分裂。每一晶體管接著可觀測(cè)到電壓擺動(dòng)的小部分。所述斷開(kāi)狀態(tài)下的電壓分裂可通過(guò)浮動(dòng)所述增益晶體管(312)且使所述共源共柵晶體管(314)的柵極與源極短接來(lái)實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H03F1/22GK102356542SQ201080012472
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者居坎瓦爾·辛格·薩霍塔, 馬爾科·卡西亞 申請(qǐng)人:高通股份有限公司