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
【專利說明】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]本公開一般涉及電子器件，尤其涉及放大器。
[0004]背景
[0005]無線通信系統(tǒng)中的無線設(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)。對于數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)射機(jī)可用數(shù)據(jù)來調(diào)制本地振蕩器(LO)信號以獲得經(jīng)調(diào)制信號，放大經(jīng)調(diào)制信號以獲得具有恰當(dāng)發(fā)射功率電平的輸出射頻(RF)信號，并經(jīng)由天線將該輸出RF信號發(fā)射到基站。對于數(shù)據(jù)接收，接收機(jī)可經(jīng)由天線獲得收到RF信號并且可放大和處理該收到RF信號以恢復(fù)由基站發(fā)送的數(shù)據(jù)。
[0006]無線設(shè)備可包括用于不同目的的不同類型的放大器。例如，無線設(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)中的可變增益放大器(VGA)?？梢蠓糯笃?例如，LNA)具有可配置增益以處置不同的信號狀況。為放大器提供可配置增益同時達(dá)成良好性能和低功耗可能是期望的。
[0007]附圖簡述
[0008]圖1示出了無線設(shè)備正與無線系統(tǒng)通信。
[0009]圖2示出了圖1中的無線設(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)計的示意圖。
[0012]圖5A到示出了可配置輸入匹配電路的四個示例性設(shè)計的示意圖。
[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的兩個示例性設(shè)計的示意圖。
[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)行信號放大的過程。
[0017]詳細(xì)描述
[0018]以下闡述的詳細(xì)描述旨在作為本公開的示例性設(shè)計的描述，而無意表示可在其中實(shí)踐本公開的僅有設(shè)計。術(shù)語“示例性”在本文中用于表示“用作示例、實(shí)例或解說”。本文中描述為“示例性”的任何設(shè)計不必被解釋為優(yōu)于或勝過其他設(shè)計。本詳細(xì)描述包括具體細(xì)節(jié)以提供對本公開的示例性設(shè)計的透徹理解。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將明顯的是，沒有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)踐本文描述的示例性設(shè)計。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本文中給出的示例性設(shè)計的新穎性。
[0019]本文公開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，諸如無線通信設(shè)備。
[0020]圖1示出了無線設(shè)備110正與無線通信系統(tǒng)120和122通信。每個無線系統(tǒng)可以是長期演進(jìn)(LTE)系統(tǒng)、碼分多址(CDMA)系統(tǒng)、全球移動通信(GSM)系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)或其他某個無線系統(tǒng)。CDMA系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)寬帶CDMA(WCDMA)、CDMA IX、時分同步CDMA(TD-SCDMA)、或其他某個版本的CDMA。為簡化起見，圖1示出了包括兩個基站130和132以及一個系統(tǒng)控制器140的無線系統(tǒng)120以及包括一個基站134的無線系統(tǒng)122。一般而言，無線系統(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€可被稱為B節(jié)點(diǎn)、演進(jìn)型B節(jié)點(diǎn)(eNB)、接入點(diǎn)等。
[0021]無線設(shè)備110還可以被稱為用戶裝備(UE)、移動站、終端、接入終端、訂戶單元、站等。無線設(shè)備110可以是蜂窩電話、智能電話、平板設(shè)備、無線調(diào)制解調(diào)器、個人數(shù)字助理(PDA)、手持式設(shè)備、膝上型計算機(jī)、智能本、上網(wǎng)本、無繩電話、無線本地環(huán)路(WLL)站、藍(lán)牙設(shè)備、等等。無線設(shè)備110可與無線系統(tǒng)120和/或122通信。無線設(shè)備110還可接收來自廣播站的信號、來自一個或多個全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中的衛(wèi)星(例如，衛(wèi)星150)的信號、等等。無線設(shè)備110可以支持用于無線通信的一種或多種無線電技術(shù)，諸如LTE、WCDMA、CDMA IX、TD-SCDMA、GSM^ 802.11 等等。
[0022]圖2示出了圖1中的無線設(shè)備110的示例性設(shè)計的框圖。在這一示例性設(shè)計中，無線設(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LNA 230a到230k、接收電路240、發(fā)射電路250、和多(K)個功率放大器(PA) 260a到260k。收發(fā)機(jī)222包括天線接口電路226、多(M)個LNA 232a到232m、接收電路242、發(fā)射電路252、和多(M)個PA 262a到262m。收發(fā)機(jī)220和222可支持多個頻帶、載波聚集、多種無線電技術(shù)、多個無線系統(tǒng)、接收分集、發(fā)射分集、從多個發(fā)射天線到多個接收天線的MIMO傳輸?shù)鹊?，或其任何組合。
[0023]對于數(shù)據(jù)接收，天線210接收來自基站和/或其他發(fā)射機(jī)站的信號并將收到RF信號提供給天線接口電路224。天線接口電路224將一個或多個輸入RF信號提供給一個或多個所選LNA 230。天線接口電路224可包括開關(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。每個所選LNA 230放大其輸入RF信號并且向接收電路240提供一個或多個經(jīng)放大RF信號。接收電路240將每一個經(jīng)放大RF信號從RF下變頻到基帶，對經(jīng)下變頻信號進(jìn)行濾波和放大，并且將輸入基帶信號提供給數(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)，并且將一個或多個輸出基帶信號提供給發(fā)射電路250。發(fā)射電路250對各輸出基帶信號進(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。每個所選PA 260放大其經(jīng)調(diào)制信號，并且提供具有恰當(dāng)發(fā)射功率電平的輸出RF信號。來自每個所選PA 260的輸出RF信號被路由通過天線接口電路224并經(jīng)由天線210來發(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)在一個或多個模擬集成電路(IC)、RF IC(RFIC)、混合信號IC等上。例如，LNA 230和接收電路240可實(shí)現(xiàn)在一個模塊上，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實(shí)現(xiàn)。
[0026]數(shù)據(jù)處理器/控制器280可為無線設(shè)備110執(zhí)行各種功能。例如，數(shù)據(jù)處理器280可對經(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。存儲器282可存儲供數(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)在一個或多個專用集成電路(ASIC)和/或其他IC上。
[0027]圖2示出了具有耦合到兩個天線210和212的兩個收發(fā)機(jī)220和222的無線設(shè)備110的示例性設(shè)計。一般而言，無線設(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)目的無線系統(tǒng)、任何數(shù)目的無線電技術(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狀況。具有可配置增益的LNA可按各種方式并用各種類型的晶體管來實(shí)現(xiàn)。以下描述了用N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)晶體管來實(shí)現(xiàn)的LNA的一些示例性電路設(shè)計。
[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(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(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(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)或使用其他類型的晶體管來實(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信號并且提供經(jīng)放大信號。當(dāng)被啟用時，共源共柵晶體管336緩沖經(jīng)放大信號并將輸出RF信號(RFout)提供給負(fù)載電路380。當(dāng)被啟用時，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能夠獲取好的動態(tài)范圍(例如，好的噪聲系數(shù))，并且以低功耗來為接收機(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電壓來確定。該偏置電流可以被選擇以為LNA300獲得期望的增益和動態(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信號可包括一個或多個期望信號以及干擾信號。期望信號是將由無線設(shè)備接收的所傳送信號。干擾信號是不由無線設(shè)備接收的所傳送信號。輸入RF信號可包括擾亂，該擾亂是具有比期望信號的振幅大得多的振幅并且在頻率上接近期望信號的干擾信號。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并且可充當(dāng)可不利地影響期望信號的接收的附加噪聲。
[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信號中不存在擾亂時提供期望高增益。LNA 300可在低增益模式中操作并在輸入RF信號中存在擾亂時提供較低增益。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