專(zhuān)利名稱(chēng)：放大電路、半導(dǎo)體集成電路、無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)和通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大電路、其上安裝放大電路的半導(dǎo)體集成電路、其上安裝放大電路 的無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)和其上安裝放大電路的通信裝置。例如，本發(fā)明涉及高頻放大電路，其應(yīng)用 于傳輸側(cè)的通信裝置和接收側(cè)的通信裝置的每個(gè)，并且該傳輸側(cè)的通信裝置和接收側(cè)的通 信裝置的每個(gè)在超寬帶(UWB)或毫米波段中運(yùn)行。
背景技術(shù)：
例如，在日本專(zhuān)利公開(kāi)No. 2009-005137和2007-195189 (以下稱(chēng)為專(zhuān)利文獻(xiàn)1和 2)中公開(kāi)了在寬頻范圍內(nèi)具有平坦的放大特性的寬帶放大電路，作為可以響應(yīng)對(duì)寬帶和大 增益兩種要求的放大電路。例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1提出一種高頻電路。該高頻電路配置如下。也就是說(shuō)，該高頻電 路包括晶體管、負(fù)載、連接點(diǎn)和串聯(lián)電路。在該情況下，晶體管具有電勢(shì)固定的源極端和接 收輸入信號(hào)的柵極端。負(fù)載連接到晶體管的漏極端。晶體管的漏極端和負(fù)載在連接點(diǎn)相互 連接。此外，在該串聯(lián)電路中，電感器和電容器與高頻電路的輸出端串聯(lián)連接。此外，具有 預(yù)定特性的帶通濾波器構(gòu)成表示晶體管、負(fù)載和串聯(lián)電路的輸出阻抗的輸出等效電路?？?之，以使用電感器的負(fù)載電路的形式實(shí)現(xiàn)具有GHz或更多的寬帶的寬帶放大電路。專(zhuān)利文獻(xiàn)2提出一種差分跨導(dǎo)倒數(shù)(transimpedance)放大電路，包括第一運(yùn)算放 大器、第二運(yùn)算放大器、第一反饋元件、第二反饋元件、第三反饋元件和第四反饋元件。在該 情況下，第一運(yùn)算放大器具有第一反相輸入端、第一非反相輸入端、第一反相輸出端和第一 非反相輸出端。第二運(yùn)算放大器具有第二反相輸入端、第二非反相輸入端、第二反相輸出端 和第二非反相輸出端。第二反相輸出端連接到第一非反相輸入端。第二非反相輸出端連接 到第一反相輸入端。第一反饋元件連接到第一非反相輸入端和第一反相輸入端的每個(gè)。第 二反饋元件連接到第一反相輸入端和第一非反相輸入端的每個(gè)。第三反饋元件連接到第二 反相輸入端和第一反相輸出端的每個(gè)。此外，第四反饋元件連接到第一非反相輸入端和第 一非反相輸出端的每個(gè)?？傊?，以電阻反饋型電路的形式實(shí)現(xiàn)了具有GHz或更多的寬帶的 寬帶放大電路。

發(fā)明內(nèi)容
然而，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中描述的高頻電路的配置涉及由于在負(fù)載電路中使用電感器而 導(dǎo)致的缺點(diǎn)(其細(xì)節(jié)將在“具體實(shí)施例”章節(jié)中描述)。此外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中描述的差分 跨導(dǎo)倒數(shù)放大器電路的配置中，例如參考圖26到29描述了使用PMOS晶體管的電路。此外， 在第81段中描述了 “該圖示出圖7的第一級(jí)嵌套的TIA700，并且TIA700包括運(yùn)算放大器 710的第一實(shí)施例”。然而，該差分跨導(dǎo)倒數(shù)電路通過(guò)使用多個(gè)使用P型晶體管(如PMOS晶 體管或PNP晶體管)的跨導(dǎo)倒數(shù)放大器配置，該P(yáng)型晶體管在頻率特性上不如N型晶體管。 因此，該差分跨導(dǎo)倒數(shù)放大器電路涉及寬帶加寬中的缺點(diǎn)。已經(jīng)進(jìn)行本發(fā)明以便解決上述問(wèn)題，因此期望提供一種其中可以在寬帶上獲得滿(mǎn)
7意的增益而在負(fù)載中不使用任何電感器和P型晶體管的放大電路、其上安裝該放大電路的 半導(dǎo)體集成電路、其上安裝該放大電路的無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)和其上安裝該放大電路的通信裝置。為了達(dá)到上述希望，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種放大電路，包括放大單元 部分，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè)包括一對(duì)相互差分連接的N型晶體 管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每個(gè)具有放大差分信號(hào)的功能；反饋部 分，配置為將來(lái)自所述放大單元部分的后級(jí)側(cè)中的放大單元的差分輸出信號(hào)反饋到前級(jí)側(cè) 的放大單元的差分輸入端；以及輸入部分，配置為將差分輸入信號(hào)提供給所述放大單元部 分的第一級(jí)中的輸入端?？傊?，不使用電感器和P型晶體管，但是負(fù)載電阻器用作放大單元中相互差分連 接的一對(duì)N型晶體管的負(fù)載。此外，多級(jí)放大單元相互級(jí)聯(lián)，從而獲得大的增益，并且差分 輸出信號(hào)從后級(jí)側(cè)反饋到前級(jí)側(cè)的放大單元的輸入端，從而配置負(fù)反饋放大電路。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體集成電路，包括放大單元部分，通 過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè)包括一對(duì)相互差分連接的N型晶體管、負(fù)載 電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每個(gè)具有放大差分信號(hào)的功能；反饋部分，配置 為將來(lái)自所述放大單元部分的后級(jí)側(cè)中的放大單元的差分輸出信號(hào)反饋到前級(jí)側(cè)的放大 單元的差分輸入端；輸入部分，配置為將差分輸入信號(hào)提供給所述放大單元部分的第一級(jí) 中的輸入端；以及半導(dǎo)體基底，其中形成所述放大單元部分、所述反饋部分和所述輸入部 分。此外，分別具有上述配置的放大電路和半導(dǎo)體集成電路的每個(gè)例如用作用于在 UWB或毫米波段中執(zhí)行無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)的傳輸側(cè)的通信裝置和接收側(cè)的通信裝置 的每個(gè)中的放大部分(高頻放大電路)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)，包括第一通信裝置；第二 通信裝置；以及毫米波信號(hào)傳輸路徑，通過(guò)其將信息適于在所述第一通信裝置和所述第二 通信裝置之間以毫米波段傳輸。所述第一通信裝置和所述第二通信裝置的每個(gè)具有放大 電路，其包括放大單元部分，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè)包括一對(duì)相 互差分連接的N型晶體管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每個(gè)具有放大 差分信號(hào)的功能；反饋部分，配置為將來(lái)自所述放大單元部分的后級(jí)側(cè)中的放大單元的差 分輸出信號(hào)反饋到前級(jí)側(cè)的放大單元的差分輸入端；以及輸入部分，配置為將差分輸入信 號(hào)提供給所述放大單元部分的第一級(jí)中的輸入端。在該無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)中，所述第一通信裝 置將作為傳輸對(duì)象的信號(hào)轉(zhuǎn)換為毫米波信號(hào)，并且在所述放大電路中放大得到的毫米波信 號(hào)，并且通過(guò)所述毫米波信號(hào)傳輸路徑將這樣放大的得到的毫米波傳輸?shù)剿龅诙ㄐ叛b 置，或者所述第二通信裝置通過(guò)所述毫米波信號(hào)傳輸路徑從所述第一通信裝置接收毫米波 信號(hào)，并且在所述放大電路中放大毫米波信號(hào)，并且將這樣放大的毫米波信號(hào)解調(diào)為作為 傳輸對(duì)象的信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種傳輸側(cè)的通信裝置，包括傳輸側(cè)的信號(hào)生 成部分，配置為對(duì)作為傳輸對(duì)象的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，以生成毫米波信號(hào)；放大部分，配置 為放大在所述傳輸側(cè)的信號(hào)生成部分中生成的毫米波信號(hào)；以及傳輸側(cè)的信號(hào)耦合部分， 配置為將在所述放大部分中放大的毫米波信號(hào)耦合到通過(guò)其傳輸毫米波信號(hào)的毫米波信號(hào)傳輸路徑。所述放大部分包括放大單元部分，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單 元每個(gè)包括一對(duì)相互差分連接的N型晶體管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源， 并且每個(gè)具有放大差分信號(hào)的功能；反饋部分，配置為將來(lái)自所述放大單元部分的后級(jí)側(cè) 中的放大單元的差分輸出信號(hào)反饋到前級(jí)側(cè)的放大單元的差分輸入端；以及輸入部分，配 置為將在所述傳輸側(cè)的信號(hào)生成部分中生成的差分毫米波信號(hào)作為輸入信號(hào)提供給所述 放大單元部分的第一級(jí)中的輸入端。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種接收側(cè)的通信裝置，包括接收側(cè)的信號(hào)耦 合部分，用于接收通過(guò)毫米波信號(hào)傳輸路徑傳輸?shù)暮撩撞ㄐ盘?hào)；放大部分，配置為放大在所 述接收側(cè)的信號(hào)耦合部分中接收的毫米波信號(hào)；以及接收側(cè)的信號(hào)生成部分，配置為對(duì)在 所述放大部分中放大的毫米波信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，以生成作為傳輸對(duì)象的信號(hào)。所述放大 部分包括放大單元部分，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè)包括一對(duì)相互差 分連接的N型晶體管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每個(gè)具有放大差分 信號(hào)的功能；反饋部分，配置為將來(lái)自所述放大單元部分的后級(jí)側(cè)中的放大單元的差分輸 出信號(hào)反饋到前級(jí)側(cè)的放大單元的差分輸入端；以及輸入部分，配置為將在所述接收側(cè)的 信號(hào)耦合部分中接收的毫米波信號(hào)作為輸入信號(hào)提供給所述放大單元部分的第一級(jí)中的 輸入端。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種通信裝置，包括傳輸部分，包括傳輸側(cè)的 信號(hào)生成部分和傳輸側(cè)的放大部分，該傳輸側(cè)的信號(hào)生成部分配置為對(duì)作為傳輸對(duì)象的信 號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，以生成傳輸信號(hào)，并且該傳輸側(cè)的放大部分配置為放大在所述傳輸側(cè)的 信號(hào)生成部分中生成的傳輸信號(hào)；和/或接收部分，包括接收側(cè)的放大部分和接收側(cè)的信 號(hào)生成部分，該接收側(cè)的放大部分配置為放大接收信號(hào)，并且該接收側(cè)的信號(hào)生成部分配 置為對(duì)在所述接收側(cè)的放大部分中放大的接收信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，以生成作為傳輸對(duì)象的 信號(hào)。所述放大部分包括放大單元部分，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè) 包括一對(duì)相互差分連接的N型晶體管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每 個(gè)具有放大差分信號(hào)的功能；反饋部分，配置為將來(lái)自所述放大單元部分的后級(jí)側(cè)中的放 大單元的差分輸出信號(hào)反饋到前級(jí)側(cè)的放大單元的差分輸入端；以及輸入部分，配置為將 在所述傳輸側(cè)的信號(hào)生成部分中生成的差分毫米波信號(hào)作為輸入信號(hào)提供給所述放大單 元部分的第一級(jí)中的輸入端。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可能實(shí)現(xiàn)其中在寬帶中實(shí)現(xiàn)了大增益而不使用電感器和 在頻率特性上不如P型晶體管的N型晶體管的放大電路、其上安裝放大電路的半導(dǎo)體集成 電路、其上安裝放大電路的無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)和其上安裝放大電路的通信裝置。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的放大電路的配置的電路圖；圖2是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的放大電路的頻帶的圖形表示；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的放大電路的配置的電路圖；圖4A和4B分別是示出示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的放大電路的配置的電路圖、 和示出在圖4A所示的放大電路中的負(fù)電容電路的配置的電路圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的放大電路的配置的電路圖6A是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的放大電路的配置的電路圖；圖6B到6D分別是示出可變電阻器電路側(cè)的功能部分的配置的電路圖、示出控制 電路側(cè)的功能部分的配置的電路圖、和說(shuō)明電壓關(guān)系和電壓判斷部分的操作之間的關(guān)系的 圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的、從功能配置方面說(shuō)明對(duì)其安裝放大電路的無(wú)線(xiàn) 傳輸系統(tǒng)中的信號(hào)接口的方塊圖；以及圖8A和8B、8C和8D分別是說(shuō)明圖7所示的第七實(shí)施例的無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)中的信號(hào) 的復(fù)用的圖形表示、方塊圖和圖形表示。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。當(dāng)在各實(shí)施例中區(qū)分功能構(gòu)成元
件時(shí)，通過(guò)分別增加大寫(xiě)字母(如A、B、C.......)的參考符號(hào)到原始參考標(biāo)號(hào)來(lái)描述該功
能構(gòu)成元件。另一方面，當(dāng)給出描述而沒(méi)有特別區(qū)分時(shí)，在省略這些參考符號(hào)的情況下描述 該功能構(gòu)成元件。這對(duì)附圖也適用。要注意，下面將根據(jù)以下順序給出描述。1.放大電路(第一到第五實(shí)施例)2.半導(dǎo)體集成電路(第六實(shí)施例)3.無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)(第七實(shí)施例)4.傳輸側(cè)的通信裝置(第八實(shí)施例)5.接收側(cè)的通信裝置(第九實(shí)施例)6.通信裝置(第十實(shí)施例)1.放大電路第一實(shí)施例(多級(jí)放大單元+反饋電路)圖1和2分別是說(shuō)明書(shū)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的放大電路的電路圖和圖形表示。 這里，圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的放大電路的配置的電路圖，并且圖2是說(shuō)明根據(jù) 本發(fā)明第一實(shí)施例的放大電路的頻帶的圖形表示。第一實(shí)施例的放大電路IA包括輸入部分3、放大單元部分4、D. C.反饋路徑5和參 考電源部分6。在該情況下，在放大單元部分4中，每個(gè)具有放大信號(hào)的功能的多級(jí)放大單 元AS相互級(jí)聯(lián)。此外，參考電源部分6生成參考電壓，根據(jù)該參考電壓調(diào)整操作電流。輸 入部分3、放大單元部分4、D. C.反饋路徑5和參考電源部分6 (功能部分)配置在相同半 導(dǎo)體基底上，并且以半導(dǎo)體集成電路(IC)的形式提供。在該情況下，通過(guò)將每個(gè)配置為差分放大器的三級(jí)放大單元AS (120、140和160) 相互級(jí)聯(lián)來(lái)配置放大單元部分4。最后級(jí)的放大單元160也用作輸出放大器。多級(jí)放大單 元AS相互級(jí)聯(lián)，從而獲得大的增益，因此由于通過(guò)D. C.反饋部分5的D. C.負(fù)反饋操作， D. C.操作點(diǎn)穩(wěn)定維持在某個(gè)范圍度內(nèi)?？紤]與某個(gè)部分的操作點(diǎn)與參考點(diǎn)一致的這種負(fù)反 饋電路不同的點(diǎn)，使用了用語(yǔ)“在某個(gè)范圍度內(nèi)”。當(dāng)只考慮A. C.增益時(shí)，可以通過(guò)電容耦 合執(zhí)行反饋。這里，為了配置作為差分放大器的每個(gè)放大單元，第一實(shí)施例的特征是通過(guò)使用N 型晶體管配置差分對(duì)，并且不使用有源負(fù)載和電感單元作為負(fù)載，而是替代地使用電阻器作為負(fù)載。盡管可以使用N溝道晶體管(NM0S晶體管)和N型雙極結(jié)晶體管(NPN晶體管) 的任一作為N型晶體管，但是在下面的描述中，使用NMOS晶體管作為N型晶體管。預(yù)期在差分對(duì)或有源負(fù)載中使用P型晶體管(如P溝道晶體管(PM0S晶體管)或 PNP晶體管)。然而，在此沒(méi)有采用P型晶體管，因?yàn)镻型晶體管在高頻特性上不如N型晶 體管。例如，預(yù)期通過(guò)使用其每個(gè)使用在頻率特性上差的晶體管的多個(gè)跨導(dǎo)倒數(shù)放大器 來(lái)配置放大器。然而在該情況下，這樣配置的放大器不適于用于對(duì)應(yīng)于寬帶的基帶信號(hào)的 放大器。此外，電感器的使用涉及這樣的缺點(diǎn)，即由于電感器的Q值將帶寬變窄，顯示帶通 (BPF)特性。盡管預(yù)期當(dāng)BPF特性的頻帶等于或?qū)捰谠际褂脩?yīng)用中的頻帶時(shí)，沒(méi)有問(wèn)題。 然而，存在由于恒定離差而劣化性能的缺點(diǎn)。此外，當(dāng)以半導(dǎo)體集成電路(IC)的形式安裝 放大電路IA時(shí)，電感器的使用導(dǎo)致芯片尺寸變大的缺點(diǎn)。當(dāng)優(yōu)先考慮芯片尺寸時(shí)，在一些 情況下還必須將電感器布置在芯片外部。另一方面，在半導(dǎo)體IC中電阻器比電感器更容易 形成，并且在電阻器中恒定離差較小。每個(gè)放大單元AS (120、140和160)包括NMOS晶體管的差分對(duì)、作為負(fù)載的電阻器 和用于生成對(duì)應(yīng)于放大單元120、140和160之一的操作電流的電流源。例如，初始級(jí)中(第 一級(jí)中)的放大單元120包括NMOS晶體管122和124的差分對(duì)、其一端分別連接到NMOS 晶體管122和124的漏極端的負(fù)載電阻器126和128、以及其一端共同連接到NMOS晶體管 122和124的源極端的電流源132。負(fù)載電阻器126和128的另一端每個(gè)連接到高電勢(shì)側(cè) 的電源Vdd_l。電流源132的另一端連接到地(GND)。要注意，可以使用低電勢(shì)側(cè)的電源電 壓Vss_l替代使用地。第二級(jí)中的放大單元140包括NMOS晶體管142和144的差分對(duì)、其一端分別連接 到NMOS晶體管142和144的漏極端的負(fù)載電阻器146和148、以及其一端共同連接到NMOS 晶體管142和144的源極端的電流源152。負(fù)載電阻器146和148的另一端每個(gè)連接到高 電勢(shì)側(cè)的電源Vdd_2。電流源152的另一端連接到地(GND)。要注意，可以使用低電勢(shì)側(cè)的 電源電壓Vss_2(優(yōu)選地，Vss_l = Vss_2)替代使用地(GND)。最后級(jí)(第三級(jí))中的放大單元160包括NMOS晶體管162和164的差分對(duì)、其一 端分別連接到NMOS晶體管162和164的漏極端的負(fù)載電阻器166和168、以及其一端共同 連接到NMOS晶體管162和164的源極端的電流源172。負(fù)載電阻器166和168的另一端每 個(gè)連接到高電勢(shì)側(cè)的電源Vdd_3。電流源172的另一端連接到地(GND)。要注意，可以使用 低電勢(shì)側(cè)的電源電壓Vss_3(優(yōu)選地，Vss_l = Vss_2 = Vss_3)替代使用地(GND)。當(dāng)分別使用低電勢(shì)側(cè)的電源電壓￥88_1、￥88_2和￥88_3作為放大單元120、140和 160的低電勢(shì)側(cè)的參考替代使用地時(shí)，也使用低電勢(shì)側(cè)的電源電壓Vss作為稍后將描述的 第二到第五實(shí)施例中用于每個(gè)部分的低電勢(shì)側(cè)的參考，替代使用地。參考電源部分6包括一個(gè)參考電壓源102，其對(duì)于多級(jí)放大單元AS (120、140和 160)共用。電流源132、152和172的每個(gè)連接到參考電壓源102，使得用于電流值的設(shè)置 的參考電勢(shì)Vrefl共同提供到電流源132、152和172。電流源132、152和172提供D. C.偏 置電流1_1、1_2和1_3(操作電流)，其每個(gè)分別對(duì)應(yīng)于到NMOS晶體管122和124的差分 對(duì)、NMOS晶體管142和144的差分對(duì)和NMOS晶體管162和164的差分對(duì)的參考電勢(shì)Vrefl。為了優(yōu)化操作點(diǎn)和第一到第三級(jí)的互導(dǎo)(mutual conductance)，在每一個(gè)放大單元AS設(shè) 置D.C.偏置電流值。在該連接中，在每一個(gè)放大單元AS將D. C.偏置電流值劃分為兩部分，以使得流過(guò) 兩個(gè)負(fù)載電阻器，從而確定輸出信號(hào)的操作點(diǎn)。此外，差分對(duì)的互導(dǎo)根據(jù)D. C.偏置電流增 加或減少。也就是說(shuō)，根據(jù)D. C.偏置電流的設(shè)置值確定放大單元AS的增益。在該配置的 情況下，操作點(diǎn)和互導(dǎo)(即，增益)不是相互獨(dú)立地設(shè)置，而是相互結(jié)合地設(shè)置。換句話(huà)說(shuō)， 當(dāng)優(yōu)化操作點(diǎn)時(shí)(例如，在電源Vdd和地之間的中點(diǎn))，根據(jù)此時(shí)的D. C.偏置電流確定互導(dǎo) (增益)。與此相反，當(dāng)設(shè)置D. C.偏置電流以便獲得必需的互導(dǎo)(增益)時(shí)，不能說(shuō)操作點(diǎn) 不必優(yōu)化。當(dāng)操作點(diǎn)變得不適合時(shí)，必須確定失真性能。具體地，因?yàn)樵谧詈蠹?jí)中輸出幅度 大，所以關(guān)于操作點(diǎn)和失真性能之間的關(guān)系的問(wèn)題顯著出現(xiàn)。輸入部分3提供在初始級(jí)中的放大單元120的輸入側(cè)(柵極側(cè))。輸入部分3具 有這樣的配置，以便具有分別對(duì)應(yīng)于信號(hào)路徑上的差分信號(hào)的電阻器。也就是說(shuō)，在輸入部 分3中，輸入電阻器112和114的一端分別連接到NMOS晶體管122和124的柵極端，用于 放大單元120中的差分輸入。輸入電阻器112和114的另一端分別連接到信號(hào)輸入端，即， 用于時(shí)鐘信號(hào)的輸入端IN_P和用于放大電路IA的反相信號(hào)的輸入端IN_N，從而分別提供 差分信號(hào)(即，正常相位輸入信號(hào)SP和反相輸入信號(hào)SN)給差分對(duì)中的NMOS晶體管122 和124的柵極端。來(lái)自初始級(jí)中的放大單元120的差分輸出信號(hào)分別變?yōu)榈诙?jí)中的放大單元140 的差分輸入信號(hào)。在該情況下，NMOS晶體管122的輸出端(漏極端)連接到NMOS晶體管 144的柵極端，并且NMOS晶體管124的輸出端(漏極端)連接到NMOS晶體管142的柵極端。同樣，來(lái)自第二級(jí)中的放大單元140的差分輸出信號(hào)分別變?yōu)榈谌?jí)中的放大單 元160的差分輸入信號(hào)。在該情況下，NMOS晶體管142的輸出端(漏極端)連接到NMOS晶 體管164的柵極端，并且NMOS晶體管144的輸出端(漏極端)連接到NMOS晶體管162的 柵極端。第三級(jí)中的放大單元160的NMOS晶體管162的輸出端(漏極端)連接到用于與 輸入到放大電路IA的輸入端IN_P(時(shí)鐘信號(hào)輸入端)的信號(hào)同相的信號(hào)的輸出端(時(shí)鐘 信號(hào)輸出端0UT_P)。第三級(jí)中的放大單元160的NMOS晶體管164的輸出端(漏極端)連 接到用于與輸入到放大電路IA的輸入端IN_N(反相信號(hào)輸入端)的信號(hào)同相的信號(hào)的輸 出端(反相信號(hào)輸出端0UT_N)。D. C.反饋部分5采用這樣的配置，以便通過(guò)D. C.耦合將后級(jí)側(cè)的輸出信號(hào)反饋到 前級(jí)側(cè)，從而起作用以便將前級(jí)側(cè)和后級(jí)側(cè)之間的放大單元AS中的操作D. C.電平保持在 恒定值。從要D.C.反饋給前級(jí)側(cè)的輸入端子的后級(jí)側(cè)的輸出信號(hào)提取D. C.分量，從而優(yōu) 化對(duì)于來(lái)自后級(jí)側(cè)的放大單元AS的輸出信號(hào)的D. C.偏置。因此，即使在輸出幅度增加時(shí)， 也改進(jìn)了失真性能。例如，D. C.反饋部分5采用這樣的配置，以便具有分別對(duì)應(yīng)于信號(hào)路徑上的差分 信號(hào)的電阻器。在第一實(shí)施例中，D. C.反饋部分5采用這樣的配置，使得來(lái)自第二級(jí)中的放 大單元140的差分輸出信號(hào)(對(duì)第三級(jí)中的放大單元160的差分輸入信號(hào))分別通過(guò)反饋 電阻器182和184，反饋給初始級(jí)中的放大單元120的NMOS晶體管122和124的柵極端。要注意，盡管在第一實(shí)施例中來(lái)自第二級(jí)中的放大單元140的差分輸出信號(hào)反饋給初始級(jí)中的放大單元120，但是本發(fā)明不限于此，并且例如來(lái)自最后級(jí)中的放大單元160 的差分輸出可以反饋給初始級(jí)中的放大單元120。然而，在該情況下，減少了對(duì)放大電路IA 的輸出阻抗的設(shè)置自由度。例如，盡管在UWB或毫米波段情況下使用的輸出放大器具有大 的增益和高的輸出功率是重要的，但是在UWB或毫米波段情況下使用的輸出放大器在使用 的波段中符合輸出匹配也是重要的。當(dāng)沒(méi)有充分符合輸出匹配時(shí)，例如，在天線(xiàn)等的外部電 路中導(dǎo)致不必要的反射，因此可能產(chǎn)生電路的異常振蕩。因此，在超寬帶(如UWB或毫米波 段)的通信系統(tǒng)中使用的輸出放大器必須在整個(gè)波段上符合輸出匹配。考慮這方面，第一實(shí)施例采用這樣的配置，使得當(dāng)提供D. C.反饋部分5時(shí)，來(lái)自 緊接在最后級(jí)之前的一級(jí)(第一實(shí)施例中為第二級(jí))中的放大單元的差分輸出信號(hào)通過(guò) D. C.耦合反饋給初始級(jí)中的放大單元，從而使得最后級(jí)與反饋回路獨(dú)立。這里，第一級(jí)中的放大單元120的放大增益Gl由表達(dá)式(1)表示 訊 _ gml ‘ Rl
權(quán)利要求
一種放大電路，包括放大單元部分，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè)包括一對(duì)相互差分連接的N型晶體管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每個(gè)具有放大差分信號(hào)的功能；反饋部分，配置為將來(lái)自所述放大單元部分的后級(jí)側(cè)中的放大單元的差分輸出信號(hào)反饋到前級(jí)側(cè)的放大單元的差分輸入端；以及輸入部分，配置為將差分輸入信號(hào)提供給所述放大單元部分的第一級(jí)中的輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的放大電路，其中所述輸入部分在信號(hào)路徑上包括分別對(duì)應(yīng)于各 差分信號(hào)的各電阻器，并且所述反饋部分在所述信號(hào)路徑上包括分別對(duì)應(yīng)于各差分信號(hào)的 各電阻器。
3.如權(quán)利要求1所述的放大電路，其中所述反饋部分將來(lái)自所述放大單元部分中的最 后級(jí)中的放大單元的差分輸出信號(hào)通過(guò)D. C.耦合饋送到第一級(jí)中的放大單元的差分輸入端。
4.如權(quán)利要求1所述的放大電路，還包括操作點(diǎn)電壓穩(wěn)定電路，用于監(jiān)視來(lái)自放大單元的差分輸出的每個(gè)操作點(diǎn)電壓，并且以 此方式執(zhí)行控制，使得基于監(jiān)視結(jié)果將每個(gè)操作點(diǎn)電壓保持恒定。
5.如權(quán)利要求4所述的放大電路，其中所述操作點(diǎn)電壓穩(wěn)定電路包括D.C.操作點(diǎn)調(diào)節(jié)元件，提供在高電勢(shì)側(cè)的電源和所述負(fù)載電阻器之間；D. C.操作點(diǎn)控制部分，包括用于分別監(jiān)視來(lái)自放大單元的差分輸出信號(hào)的操作點(diǎn)電壓 的監(jiān)視元件、用于生成參考電壓的參考電壓源、以及比較部分，該比較部分配置為比較分別 由所述監(jiān)視元件監(jiān)視的來(lái)自放大單元的差分輸出信號(hào)的操作點(diǎn)電壓與由所述參考電壓源 生成的參考電壓；以及電流驅(qū)動(dòng)部分，配置為根據(jù)來(lái)自所述比較部分的輸出信號(hào)，使得D. C.電流分別流過(guò)所 述D.C.操作點(diǎn)調(diào)節(jié)元件。
6.如權(quán)利要求5所述的放大電路，其中為所述多級(jí)放大單元分別提供D.C.操作點(diǎn)調(diào)節(jié) 元件；為所述多級(jí)放大單元共同提供所述D. C.操作點(diǎn)控制部分；所述電流驅(qū)動(dòng)部分具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)晶體管，用于使得電流分別流過(guò)為所述多級(jí)放大單元 分別提供的所述D. C.操作點(diǎn)調(diào)節(jié)元件；以及所述D. C.操作點(diǎn)控制部分通過(guò)所述監(jiān)視元件監(jiān)視來(lái)自最后級(jí)中的所述放大單元的差 分輸出信號(hào)的操作點(diǎn)電壓，并且根據(jù)通過(guò)比較如此監(jiān)視的操作點(diǎn)電壓和由所述比較部分中 的所述參考電壓源生成的參考電壓獲得的結(jié)果，分別驅(qū)動(dòng)為所述多級(jí)放大單元提供的所述 驅(qū)動(dòng)晶體管。
7.如權(quán)利要求4所述的放大電路，還包括增益調(diào)節(jié)電路，用于通過(guò)調(diào)節(jié)從放大單元的電流源生成的操作電流的值來(lái)調(diào)節(jié)增益。
8.如權(quán)利要求7所述的放大電路，其中所述增益調(diào)節(jié)電路包括一個(gè)可變電壓源，適于改變用于操作電流值的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)電勢(shì)，并且為所述多級(jí)放大 單元共同提供；以及多個(gè)電流源晶體管，其每個(gè)生成具有對(duì)應(yīng)于由所述一個(gè)可變電壓源生成的調(diào)節(jié)電勢(shì)的幅度的操作電流，并且分別為所述多級(jí)放大單元提供。
9.如權(quán)利要求1所述的放大電路，還包括寄生電容校正電路，用于校正在放大單元的輸出側(cè)生成的寄生電容。
10.如權(quán)利要求9所述的放大電路，其中所述寄生電容校正電路包括一對(duì)晶體管，具有連接到放大單元的差分輸出端的控制輸入端，所述一對(duì)晶體管之一 的輸出端和所述控制輸入端分別交叉連接到所述一對(duì)晶體管的另一個(gè)的所述控制輸入端 和輸出端；一對(duì)電流源，分別連接到相互交叉連接的所述一對(duì)晶體管的其它輸出端，用于分別提 供操作電流給所述一對(duì)晶體管；以及一對(duì)校正電容器，與所述一對(duì)電流源并聯(lián)。
11.如權(quán)利要求1所述的放大電路，還包括操作電流調(diào)節(jié)電路，用于調(diào)節(jié)由放大單元的電流源生成的操作電流的值；以及操作點(diǎn)電壓改變校正部分，配置為在通過(guò)所述操作電流調(diào)節(jié)電路的操作電流的調(diào)節(jié) 后，校正放大單元的操作點(diǎn)電壓的改變。
12.如權(quán)利要求11所述的放大電路，其中當(dāng)所述操作電流調(diào)節(jié)電路將操作電流的值調(diào) 節(jié)到較小的值時(shí)，所述操作點(diǎn)電壓改變校正部分增加所述放大單元的負(fù)載電阻器的值；以 及當(dāng)所述操作電流調(diào)節(jié)電路將操作電流的值調(diào)節(jié)到較大的值時(shí)，所述操作點(diǎn)電壓改變校 正部分減少所述放大單元的負(fù)載電阻器的值。
13.一種半導(dǎo)體集成電路，包括放大單元部分，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè)包括一對(duì)相互差分連 接的N型晶體管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每個(gè)具有放大差分信號(hào) 的功能；反饋部分，配置為將來(lái)自所述放大單元部分的后級(jí)側(cè)中的所述放大單元的差分輸出信 號(hào)反饋到前級(jí)側(cè)的所述放大單元的差分輸入端；輸入部分，配置為將差分輸入信號(hào)提供給所述放大單元部分的第一級(jí)中的輸入端；以及半導(dǎo)體基底，其中形成所述放大單元部分、所述反饋部分和所述輸入部分。
14.一種無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)，包括第一通信裝置；第二通信裝置；以及毫米波信號(hào)傳輸路徑，通過(guò)其信息適于以毫米波段在所述第一通信裝置和所述第二通 信裝置之間傳輸，并且所述第一通信裝置和所述第二通信裝置的每個(gè)具有放大電路，其包括放大單元部分，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè)包括一對(duì)相互差分連 接的N型晶體管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每個(gè)具有放大差分信號(hào) 的功能，反饋部分，配置為將來(lái)自所述放大單元部分的后級(jí)側(cè)中的所述放大單元的差分輸出信 號(hào)反饋到前級(jí)側(cè)的所述放大單元的差分輸入端，以及輸入部分，配置為將差分輸入信號(hào)提供給所述放大單元部分的第一級(jí)中的輸入端， 其中所述第一通信裝置將作為傳輸對(duì)象的信號(hào)轉(zhuǎn)換為毫米波信號(hào)，并且在所述放大電 路中放大得到的毫米波信號(hào)，并且通過(guò)所述毫米波信號(hào)傳輸路徑將如此放大的得到的毫米 波傳輸?shù)剿龅诙ㄐ叛b置，或者所述第二通信裝置通過(guò)所述毫米波信號(hào)傳輸路徑從所述 第一通信裝置接收毫米波信號(hào)，并且在所述放大電路中放大毫米波信號(hào)，并且將如此放大 的毫米波信號(hào)解調(diào)為作為傳輸對(duì)象的信號(hào)。
15.一種傳輸側(cè)的通信裝置，包括傳輸側(cè)的信號(hào)生成部分，配置為對(duì)作為傳輸對(duì)象的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，以生成毫米波 信號(hào)；放大部分，配置為放大在所述傳輸側(cè)的信號(hào)生成部分中生成的毫米波信號(hào)；以及 傳輸側(cè)的信號(hào)耦合部分，配置為將在所述放大部分中放大的毫米波信號(hào)耦合到通過(guò)其 傳輸毫米波信號(hào)的毫米波信號(hào)傳輸路徑，并且 所述放大部分包括放大單元部分，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè)包括一對(duì)相互差分連 接的N型晶體管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每個(gè)具有放大差分信號(hào) 的功能；反饋部分，配置為將來(lái)自所述放大單元部分的后級(jí)側(cè)中的所述放大單元的差分輸出信 號(hào)反饋到前級(jí)側(cè)的所述放大單元的差分輸入端；以及輸入部分，配置為將在所述傳輸側(cè)的信號(hào)生成部分中生成的差分毫米波信號(hào)作為輸入 信號(hào)提供給所述放大單元部分的第一級(jí)中的輸入端。
16.一種接收側(cè)的通信裝置，包括接收側(cè)的信號(hào)耦合部分，配置為接收通過(guò)毫米波信號(hào)傳輸路徑傳輸?shù)暮撩撞ㄐ盘?hào)； 放大部分，配置為放大在所述接收側(cè)的信號(hào)耦合部分中接收的毫米波信號(hào)；以及 接收側(cè)的信號(hào)生成部分，配置為對(duì)在所述放大部分中放大的毫米波信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處 理，以生成作為傳輸對(duì)象的信號(hào)，并且 所述放大部分包括放大單元部分，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè)包括一對(duì)相互差分連 接的N型晶體管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每個(gè)具有放大差分信號(hào) 的功能；反饋部分，配置為將來(lái)自所述放大單元部分的后級(jí)側(cè)中的所述放大單元的差分輸出信 號(hào)反饋到前級(jí)側(cè)的所述放大單元的差分輸入端；以及輸入部分，配置為將在所述接收側(cè)的信號(hào)耦合部分中接收的毫米波信號(hào)作為輸入信號(hào) 提供給所述放大單元部分的第一級(jí)中的輸入端。
17.一種通信裝置，包括傳輸部分，包括傳輸側(cè)的信號(hào)生成部分和傳輸側(cè)的放大部分，該傳輸側(cè)的信號(hào)生成部 分配置為對(duì)作為傳輸對(duì)象的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，以生成傳輸信號(hào)，并且該傳輸側(cè)的放大部 分配置為放大在所述傳輸側(cè)的信號(hào)生成部分中生成的傳輸信號(hào)，以及接收部分，包括接收側(cè)的放大部分和接收側(cè)的信號(hào)生成部分，該接收側(cè)的放大部分配 置為放大接收信號(hào)，并且該接收側(cè)的信號(hào)生成部分配置為對(duì)在所述接收側(cè)的放大部分中放大的接收信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，以生成作為傳輸對(duì)象的信號(hào)，并且 所述放大部分包括放大單元部分，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè)包括一對(duì)相互差分連 接的N型晶體管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每個(gè)具有放大差分信號(hào) 的功能；反饋部分，配置為將來(lái)自所述放大單元部分的后級(jí)側(cè)中的所述放大單元的差分輸出信 號(hào)反饋到所述前級(jí)側(cè)的放大單元的差分輸入端；以及輸入部分，配置為將在所述傳輸側(cè)的信號(hào)生成部分中生成的差分毫米波信號(hào)作為輸入 信號(hào)提供給所述放大單元部分的第一級(jí)中的輸入端。
18.一種通信裝置，包括傳輸部分，包括傳輸側(cè)的信號(hào)生成部分和傳輸側(cè)的放大部分，該傳輸側(cè)的信號(hào)生成部 分配置為對(duì)作為傳輸對(duì)象的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，以生成傳輸信號(hào)，并且該傳輸側(cè)的放大部 分配置為放大在所述傳輸側(cè)的信號(hào)生成部分中生成的傳輸信號(hào)，或接收部分，包括接收側(cè)的放大部分和接收側(cè)的信號(hào)生成部分，該接收側(cè)的放大部分配 置為放大接收信號(hào)，并且該接收側(cè)的信號(hào)生成部分配置為對(duì)在所述接收側(cè)的放大部分中放 大的接收信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，以生成作為傳輸對(duì)象的信號(hào)，并且 所述放大部分包括放大單元部分，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè)包括一對(duì)相互差分連 接的N型晶體管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每個(gè)具有放大差分信號(hào) 的功能；反饋部分，配置為將來(lái)自所述放大單元部分的后級(jí)側(cè)中的所述放大單元的差分輸出信 號(hào)反饋到所述前級(jí)側(cè)的放大單元的差分輸入端；以及輸入部分，配置為將在所述傳輸側(cè)的信號(hào)生成部分中生成的差分毫米波信號(hào)作為輸入 信號(hào)提供給所述放大單元部分的第一級(jí)中的輸入端。
19.一種傳輸側(cè)的通信裝置，包括傳輸側(cè)的信號(hào)生成部件，用于對(duì)作為傳輸對(duì)象的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，以生成毫米波信號(hào)；放大部件，用于放大在所述傳輸側(cè)的信號(hào)生成部件中生成的毫米波信號(hào)；以及 傳輸側(cè)的信號(hào)耦合部件，用于將在所述放大部件中放大的毫米波信號(hào)耦合到通過(guò)其傳 輸毫米波信號(hào)的毫米波信號(hào)傳輸路徑，并且 所述放大部件包括放大單元部件，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè)包括一對(duì)相互差分連 接的N型晶體管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每個(gè)具有放大差分信號(hào) 的功能；反饋部件，配置為將來(lái)自所述放大單元部件的后級(jí)側(cè)中的所述放大單元的差分輸出信 號(hào)反饋到前級(jí)側(cè)的所述放大單元的差分輸入端；以及輸入部件，配置為將在所述傳輸側(cè)的信號(hào)生成部件中生成的差分毫米波信號(hào)作為輸入 信號(hào)提供給所述放大單元部件的第一級(jí)中的輸入端。
20.一種接收側(cè)的通信裝置，包括接收側(cè)的信號(hào)耦合部件，用于接收通過(guò)毫米波信號(hào)傳輸路徑傳輸?shù)暮撩撞ㄐ盘?hào)；放大部件，用于放大在所述接收側(cè)的信號(hào)耦合部件中接收的毫米波信號(hào)；以及 接收側(cè)的信號(hào)生成部件，用于對(duì)在所述放大部件中放大的毫米波信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理， 以生成作為傳輸對(duì)象的信號(hào)，并且 所述放大部件包括放大單元部件，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè)包括一對(duì)相互差分連 接的N型晶體管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每個(gè)具有放大差分信號(hào) 的功能；反饋部件，配置為將來(lái)自所述放大單元部件的后級(jí)側(cè)中的所述放大單元的差分輸出信 號(hào)反饋到前級(jí)側(cè)的所述放大單元的差分輸入端；以及輸入部件，配置為將在所述接收側(cè)的信號(hào)耦合部件中接收的毫米波信號(hào)作為輸入信號(hào) 提供給所述放大單元部件的第一級(jí)中的輸入端。
全文摘要
一種放大電路，包括放大單元部分，通過(guò)級(jí)聯(lián)多級(jí)放大單元來(lái)配置，該放大單元每個(gè)包括一對(duì)相互差分連接的N型晶體管、負(fù)載電阻器和用于生成操作電流的電流源，并且每個(gè)具有放大差分信號(hào)的功能；反饋部分，配置為將來(lái)自所述放大單元部分的后級(jí)側(cè)中的放大單元的差分輸出信號(hào)反饋到前級(jí)側(cè)的放大單元的差分輸入端；以及輸入部分，配置為將差分輸入信號(hào)提供給所述放大單元部分的第一級(jí)中的輸入端。
文檔編號(hào)H04B1/16GK101986560SQ20101023706
公開(kāi)日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者小森健司 申請(qǐng)人:索尼公司