具有電感衰退和可配置增益和輸入匹配的放大器的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有電感衰退和可配置増益和輸入匹配的放大器
[0001]背景
[0002]領(lǐng)域
[0003]本公開(kāi)一般涉及電子器件，尤其涉及放大器。
[0004]背景
[0005]無(wú)線通信系統(tǒng)中的無(wú)線設(shè)備(例如，蜂窩電話或智能電話)可以傳送和接收數(shù)據(jù)以供雙向通信。無(wú)線設(shè)備可包括用于數(shù)據(jù)傳送的發(fā)射機(jī)以及用于數(shù)據(jù)接收的接收機(jī)。對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)射機(jī)可用數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)制本地振蕩器(LO)信號(hào)以獲得經(jīng)調(diào)制信號(hào)，放大經(jīng)調(diào)制信號(hào)以獲得具有恰當(dāng)發(fā)射功率電平的輸出射頻(RF)信號(hào)，并經(jīng)由天線將該輸出RF信號(hào)發(fā)射到基站。對(duì)于數(shù)據(jù)接收，接收機(jī)可經(jīng)由天線獲得收到RF信號(hào)并且可放大和處理該收到RF信號(hào)以恢復(fù)由基站發(fā)送的數(shù)據(jù)。
[0006]無(wú)線設(shè)備可包括用于不同目的的不同類(lèi)型的放大器。例如，無(wú)線設(shè)備可包括接收機(jī)中的低噪聲放大器(LNA)、發(fā)射機(jī)中的功率放大器(PA)以及接收機(jī)和/或發(fā)射機(jī)中的可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)。可要求放大器(例如，LNA)具有可配置增益以處置不同的信號(hào)狀況。為放大器提供可配置增益同時(shí)達(dá)成良好性能和低功耗可能是期望的。
[0007]附圖簡(jiǎn)述
[0008]圖1示出了無(wú)線設(shè)備正與無(wú)線系統(tǒng)通信。
[0009]圖2示出了圖1中的無(wú)線設(shè)備的框圖。
[0010]圖3示出了具有電感衰退和可配置增益的LNA的示意圖。
[0011]圖4示出了具有電感衰退和可配置增益和輸入匹配的LNA的示例性設(shè)計(jì)的示意圖。
[0012]圖5A到示出了可配置輸入匹配電路的四個(gè)示例性設(shè)計(jì)的示意圖。
[0013]圖6示出了具有電感衰退和可配置增益和輸入匹配的LNA的另一示例性設(shè)計(jì)的示意圖。
[0014]圖7A和7B示出了具有電感衰退和可配置增益和輸入匹配的單輸入多輸出(snro)LNA的兩個(gè)示例性設(shè)計(jì)的示意圖。
[0015]圖8示出了具有電感衰退和可配置增益和輸入匹配的多輸入多輸出(MHTO) LNA的示意圖。
[0016]圖9示出了用于執(zhí)行信號(hào)放大的過(guò)程。
[0017]詳細(xì)描述
[0018]以下闡述的詳細(xì)描述旨在作為本公開(kāi)的示例性設(shè)計(jì)的描述，而無(wú)意表示可在其中實(shí)踐本公開(kāi)的僅有設(shè)計(jì)。術(shù)語(yǔ)“示例性”在本文中用于表示“用作示例、實(shí)例或解說(shuō)”。本文中描述為“示例性”的任何設(shè)計(jì)不必被解釋為優(yōu)于或勝過(guò)其他設(shè)計(jì)。本詳細(xì)描述包括具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本公開(kāi)的示例性設(shè)計(jì)的透徹理解。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將明顯的是，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)踐本文描述的示例性設(shè)計(jì)。在一些實(shí)例中，公知的結(jié)構(gòu)和器件以框圖形式示出以免煙沒(méi)本文中給出的示例性設(shè)計(jì)的新穎性。
[0019]本文公開(kāi)了具有電感衰退和可配置增益和輸入匹配的放大器。這些放大器可提供可配置增益同時(shí)達(dá)成良好性能和低功耗。這些放大器可被用于各種電子設(shè)備，諸如無(wú)線通信設(shè)備。
[0020]圖1示出了無(wú)線設(shè)備110正與無(wú)線通信系統(tǒng)120和122通信。每個(gè)無(wú)線系統(tǒng)可以是長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)系統(tǒng)、碼分多址(CDMA)系統(tǒng)、全球移動(dòng)通信(GSM)系統(tǒng)、無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)或其他某個(gè)無(wú)線系統(tǒng)。CDMA系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)寬帶CDMA(WCDMA)、CDMA IX、時(shí)分同步CDMA(TD-SCDMA)、或其他某個(gè)版本的CDMA。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，圖1示出了包括兩個(gè)基站130和132以及一個(gè)系統(tǒng)控制器140的無(wú)線系統(tǒng)120以及包括一個(gè)基站134的無(wú)線系統(tǒng)122。一般而言，無(wú)線系統(tǒng)可包括任何數(shù)目的基站以及任何網(wǎng)絡(luò)實(shí)體集合?；具€可被稱(chēng)為B節(jié)點(diǎn)、演進(jìn)型B節(jié)點(diǎn)(eNB)、接入點(diǎn)等。
[0021]無(wú)線設(shè)備110還可以被稱(chēng)為用戶裝備(UE)、移動(dòng)站、終端、接入終端、訂戶單元、站等。無(wú)線設(shè)備110可以是蜂窩電話、智能電話、平板設(shè)備、無(wú)線調(diào)制解調(diào)器、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、手持式設(shè)備、膝上型計(jì)算機(jī)、智能本、上網(wǎng)本、無(wú)繩電話、無(wú)線本地環(huán)路(WLL)站、藍(lán)牙設(shè)備、等等。無(wú)線設(shè)備110可與無(wú)線系統(tǒng)120和/或122通信。無(wú)線設(shè)備110還可接收來(lái)自廣播站的信號(hào)、來(lái)自一個(gè)或多個(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中的衛(wèi)星(例如，衛(wèi)星150)的信號(hào)、等等。無(wú)線設(shè)備110可以支持用于無(wú)線通信的一種或多種無(wú)線電技術(shù)，諸如LTE、WCDMA、CDMA IX、TD-SCDMA、GSM^ 802.11 等等。
[0022]圖2示出了圖1中的無(wú)線設(shè)備110的示例性設(shè)計(jì)的框圖。在這一示例性設(shè)計(jì)中，無(wú)線設(shè)備110包括耦合至主天線210的收發(fā)機(jī)220、耦合至副天線212的收發(fā)機(jī)222、以及數(shù)據(jù)處理器/控制器280。收發(fā)機(jī)220包括天線接口電路224、多(K)個(gè)LNA 230a到230k、接收電路240、發(fā)射電路250、和多(K)個(gè)功率放大器(PA) 260a到260k。收發(fā)機(jī)222包括天線接口電路226、多(M)個(gè)LNA 232a到232m、接收電路242、發(fā)射電路252、和多(M)個(gè)PA 262a到262m。收發(fā)機(jī)220和222可支持多個(gè)頻帶、載波聚集、多種無(wú)線電技術(shù)、多個(gè)無(wú)線系統(tǒng)、接收分集、發(fā)射分集、從多個(gè)發(fā)射天線到多個(gè)接收天線的MIMO傳輸?shù)鹊?，或其任何組合。
[0023]對(duì)于數(shù)據(jù)接收，天線210接收來(lái)自基站和/或其他發(fā)射機(jī)站的信號(hào)并將收到RF信號(hào)提供給天線接口電路224。天線接口電路224將一個(gè)或多個(gè)輸入RF信號(hào)提供給一個(gè)或多個(gè)所選LNA 230。天線接口電路224可包括開(kāi)關(guān)、雙工器、共用器、發(fā)射濾波器、接收濾波器、匹配電路、定向耦合器等。每個(gè)所選LNA 230放大其輸入RF信號(hào)并且向接收電路240提供一個(gè)或多個(gè)經(jīng)放大RF信號(hào)。接收電路240將每一個(gè)經(jīng)放大RF信號(hào)從RF下變頻到基帶，對(duì)經(jīng)下變頻信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并且將輸入基帶信號(hào)提供給數(shù)據(jù)處理器280。接收電路240可包括混頻器、濾波器、放大器、匹配電路、振蕩器、LO發(fā)生器、鎖相環(huán)(PLL)等。
[0024]對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)處理器280處理(例如，編碼和調(diào)制)要發(fā)射的數(shù)據(jù)，并且將一個(gè)或多個(gè)輸出基帶信號(hào)提供給發(fā)射電路250。發(fā)射電路250對(duì)各輸出基帶信號(hào)進(jìn)行放大、濾波并將其從基帶上變頻至RF，以及將經(jīng)調(diào)制的信號(hào)提供給所選PA 260。發(fā)射電路250可包括放大器、濾波器、混頻器、匹配電路、振蕩器、LO發(fā)生器、PLL等等。每個(gè)所選PA 260放大其經(jīng)調(diào)制信號(hào)，并且提供具有恰當(dāng)發(fā)射功率電平的輸出RF信號(hào)。來(lái)自每個(gè)所選PA 260的輸出RF信號(hào)被路由通過(guò)天線接口電路224并經(jīng)由天線210來(lái)發(fā)射。
[0025]收發(fā)機(jī)222內(nèi)的LNA 232、接收電路242、發(fā)射電路252和PA 262可以按與收發(fā)機(jī)220內(nèi)的LNA 230、接收電路240、發(fā)射電路250和PA 260相類(lèi)似的方式操作。收發(fā)機(jī)220和222可包括圖2中未示出的其他電路。收發(fā)機(jī)220和222的全部或部分可被實(shí)現(xiàn)在一個(gè)或多個(gè)模擬集成電路(IC)、RF IC(RFIC)、混合信號(hào)IC等上。例如，LNA 230和接收電路240可實(shí)現(xiàn)在一個(gè)模塊上，該模塊可以是RFIC等。收發(fā)機(jī)220和222中的這些電路也可按其他方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0026]數(shù)據(jù)處理器/控制器280可為無(wú)線設(shè)備110執(zhí)行各種功能。例如，數(shù)據(jù)處理器280可對(duì)經(jīng)由接收機(jī)電路240和242接收到的數(shù)據(jù)以及經(jīng)由發(fā)射電路250和252傳送的數(shù)據(jù)執(zhí)行處理。控制器280可以控制收發(fā)機(jī)220和222內(nèi)的各種電路的操作。存儲(chǔ)器282可存儲(chǔ)供數(shù)據(jù)處理器/控制器280使用的程序代碼和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理器/控制器280可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)或多個(gè)專(zhuān)用集成電路(ASIC)和/或其他IC上。
[0027]圖2示出了具有耦合到兩個(gè)天線210和212的兩個(gè)收發(fā)機(jī)220和222的無(wú)線設(shè)備110的示例性設(shè)計(jì)。一般而言，無(wú)線設(shè)備可以包括用于任何數(shù)目的天線的任何數(shù)目的收發(fā)機(jī)。每個(gè)收發(fā)機(jī)可包括任何數(shù)目的LNA和任何數(shù)目的PA以支持任何數(shù)目的頻帶、任何數(shù)目的無(wú)線系統(tǒng)、任何數(shù)目的無(wú)線電技術(shù)等。
[0028]圖2中的LNA 230和232可具有可配置增益以處置一定范圍的信號(hào)狀況。具有可配置增益的LNA可按各種方式并用各種類(lèi)型的晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)。以下描述了用N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)的LNA的一些示例性電路設(shè)計(jì)。
[0029]圖3示出了具有電感衰退和可配置增益的LNA 300的示意圖。LNA 300包括源極衰退電感器332、增益晶體管334和兩個(gè)共源共柵晶體管336和338。輸入匹配電路310使其一端接收輸入RF信號(hào)(RFin)，并且另一端耦合至增益晶體管334的柵極。增益晶體管334使其源極耦合至電感器332的一端，并且使其漏極耦合至共源共柵晶體管336和338的源極。電感器332的另一端耦合至電路接地。共源共柵晶體管336使其柵極接收第一控制信號(hào)(Vcasc)，并且使其漏極耦合至負(fù)載電路380。共源共柵晶體管338使其柵極接收第二控制信號(hào)(Vbleed)，并且使其漏極耦合至電源電壓(VDD)。增益晶體管334以及共源共柵晶體管336和338可用NMOS晶體管(如圖3所示)或使用其他類(lèi)型的晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)。電阻器314使其一端耦合至增益晶體管334的柵極，并且使另一端接收增益晶體管334的偏置電壓(Vbias)。
[0030]在LNA 300內(nèi)，增益晶體管334放大RFin信號(hào)并且提供經(jīng)放大信號(hào)。當(dāng)被啟用時(shí)，共源共柵晶體管336緩沖經(jīng)放大信號(hào)并將輸出RF信號(hào)(RFout)提供給負(fù)載電路380。當(dāng)被啟用時(shí)，共源共柵晶體管338傳導(dǎo)流經(jīng)增益晶體管334的一些電流，這將隨后導(dǎo)致較少的電流流經(jīng)共源共柵晶體管336。源極衰退電感器332執(zhí)行數(shù)種功能。首先，電感器332使LNA300能夠獲取好的動(dòng)態(tài)范圍(例如，好的噪聲系數(shù))，并且以低功耗來(lái)為接收機(jī)達(dá)成高靈敏度。其次，電感器332有助于LNA 300的輸入匹配。
[0031]增益晶體管334可用偏置電流Ibias來(lái)偏置，該偏置電流Ibias可由經(jīng)由電阻器314施加給增益晶體管334的柵極的Vbias電壓來(lái)確定。該偏置電流可以被選擇以為L(zhǎng)NA300獲得期望的增益和動(dòng)態(tài)范圍。偏置電壓可被調(diào)整以使得期望量的偏置電流流經(jīng)增益晶體管334?？蔀榫哂休^高偏置電流的LNA 300獲得較高的增益，反之亦然。
[0032]提供給LNA 300的輸入RF信號(hào)可包括一個(gè)或多個(gè)期望信號(hào)以及干擾信號(hào)。期望信號(hào)是將由無(wú)線設(shè)備接收的所傳送信號(hào)。干擾信號(hào)是不由無(wú)線設(shè)備接收的所傳送信號(hào)。輸入RF信號(hào)可包括擾亂，該擾亂是具有比期望信號(hào)的振幅大得多的振幅并且在頻率上接近期望信號(hào)的干擾信號(hào)。LNA 300的非線性可導(dǎo)致致使互調(diào)畸變(Hffi)的擾亂。頂D可在頻率上交疊期望信號(hào)并且可充當(dāng)可不利地影響期望信號(hào)的接收的附加噪聲。
[0033]LNA 300可以支持多種增益模式以處置不同的信號(hào)狀況。這多種增益模式可包括高增益模式和低增益模式。LNA 300可在高增益模式中操作并在輸入RF信號(hào)中不存在擾亂時(shí)提供期望高增益。LNA 300可在低增益模式中操作并在輸入RF信號(hào)中存在擾亂時(shí)提供較低增益。LNA 300在低增益模式中可具有比處于高增益模式時(shí)低的增益。例如，低增益模式可與比關(guān)聯(lián)于高增益模式的增益低6到9分貝(dB)的增益相關(guān)聯(lián)。低增益模式中的較低增益可有助于接收機(jī)在存在擾亂的情況下滿足線性要求。
[0034]在高增益模式中，共源共柵晶體管336可被導(dǎo)通而共源共柵晶體管338可被截止。共