CN101627535A - 具有宽带阻抗和噪声匹配的频率选择性放大器 - Google Patents

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CN101627535A CN200880007423A CN200880007423A CN101627535A CN 101627535 A CN101627535 A CN 101627535A CN 200880007423 A CN200880007423 A CN 200880007423A CN 200880007423 A CN200880007423 A CN 200880007423A CN 101627535 A CN101627535 A CN 101627535A
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Abstract

本发明涉及一种具有宽带阻抗及噪声匹配的频率选择性低噪声放大器(LNA)。所述LNA可包含支持宽带输入匹配的闭环电路。例如，所述闭环电路可经配置以阻抗匹配输入信号并提供低噪声系数。另外，所述LNA可包含放大所述输入信号并提供高输出阻抗的开环电路。所述开环电路可进一步包含滤除在所需频带外的频率的选择性滤波器。所述LNA可经由所述开环电路驱动可调谐带通滤波器。

Description

具有宽带阻抗和噪声匹配的频率选择性放大器
技术领域
本发明大体来说涉及放大器，且更特定来说，涉及用于宽带电信的频率选择性放大器。
背景技术
无线接收器通常包含低噪声放大器(LNA)以放大通过天线接收的射频信号。所述无线接收器可包含可调谐元件，所述可调谐元件允许频率选择性处理跨越一系列频率的传入信号。可在各种装置内提供无线接收器，包含数字电视、数字直接广播系统、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、桌上型计算机、数字音乐及视频播放器、手持式游戏装置、视频游戏控制台、数码相机、数字记录装置、蜂窝式或卫星无线电电话，及类似装置。
某些装置可经装备以(例如)根据例如DVB-H(手持式数字视频广播)、ISDB-T(地面综合服务数字广播)、DMB(数字媒体广播)或FLO(仅前向链路)等视频广播标准处理数字视频。例如，对于DVB-H及FLO广播，可在大约470兆赫兹(MHz)至862MHz的宽频带范围内广播视频。装置中经装备以处理宽频带的无线接收器应支持具有适当阻抗与噪声匹配的精确频率选择。
发明内容
本发明涉及一种具有宽带阻抗及噪声匹配的频率选择性低噪声放大器(LNA)。所述LNA可包含支持宽带输入匹配的闭环电路。例如，所述闭环电路可经配置以阻抗匹配输入信号且提供低噪声系数。另外，所述LNA可包含放大所述输入信号并提供高输出阻抗的开环电路。所述开环电路可进一步包含滤除在所需频带外的频率的选择性滤波器。所述LNA可经由所述开环电路驱动可调谐带通滤波器。
在一个实例中，本发明提供一种放大器，其包括闭环电路及耦合到所述闭环电路的开环电路，其中所述闭环电路为输入信号提供阻抗匹配，所述开环电路放大所述经阻抗匹配的输入信号。在另一实例中，本发明提供无线接收器，其包括射频(RF)天线及放大器，所述放大器包括闭环电路及耦合到所述闭环电路的开环电路，其中所述闭环电路为经由所述天线接收的输入信号提供阻抗匹配，所述开环电路放大所述经阻抗匹配的输入信号。
在另外实例中，本发明提供一种方法，其包括：经由闭环电路为输入信号提供阻抗匹配，及经由开环电路放大所述经阻抗匹配的输入信号，其中所述开环电路及所述闭环电路共享用以接收所述输入信号的共用输入晶体管。
在附图及下文说明中，阐述本发明一个或一个以上方面的细节。根据所述说明及图式且根据以上权利要求书可明了其它特征。
附图说明
图1是包含低噪声放大器(LNA)的实例性无线接收器的方框图。
图2是包含闭环电路及开环电路的LNA的方框图。
图3是图示说明包含闭环电路及开环电路的单端LNA的电路图。
图4是包含闭环电路及开环电路的差动LNA的电路图。
图5是图示说明包含闭环电路及具有选择性滤波器的开环电路的单端LNA的电路图。
图6是图示说明包含闭环电路及具有选择性滤波器的开环电路的差动LNA的电路图。
图7是图示说明包含闭环电路及驱动可调谐带通滤波器的开环电路的单端LNA的电路图。
图8是图示说明包含闭环电路及驱动可调谐带通滤波器的开环电路的差动LNA的电路图。
图9是图示说明包含闭环电路及开环电路的单端LNA的电路图，所述开环电路包含选择性滤波器并驱动可调谐带通滤波器。
图10是图示说明包含闭环电路及开环电路的差动LNA的电路图，所述开环电路包含选择性滤波器并驱动可调谐带通滤波器。
图11是更详细地图示说明包含闭环电路及开环电路的差动LNA的另一电路图，所述开环电路包含选择性滤波器并驱动可调谐带通滤波器。
具体实施方式
本发明涉及一种具有宽带阻抗及噪声匹配的频率选择性低噪声放大器(LNA)。所述LNA可包含支持宽带输入匹配的闭环电路。例如，所述闭环电路可经配置以阻抗匹配输入信号且提供低噪声系数。另外，所述LNA可包含放大所述输入信号并提供高输出阻抗的开环电路。所述开环电路可进一步包含滤除在所需频带外的频率的选择性滤波器。所述LNA可经由所述开环电路驱动可调谐带通滤波器。
从LNA包含用于宽带阻抗及噪声匹配的闭环反馈电路及用于高输出阻抗及稳定频率选择性的开环增益电路的组合的意义上讲，所述LNA可被称作“部分反馈”放大器。例如，可将所述选择性滤波器放置在所述开环电路中，而不是放置在整体闭环电路中，以避免不稳定性。所述LNA可经配置以支持在一宽频带范围内的精确频率选择、输入阻抗匹配与噪声匹配。所述选择性滤波器可拒绝在所关注频带之外的频率。所述可调谐带通滤波器可在选择性、可调谐基础上使所述宽带内的特定窄带频率通过。
所述LNA可用在各种装置中，包含经装备以处理数字视频的装置。例如，所述LNA可经配置以处理跨越宽带的视频信号，例如用于DVB-H及FLO视频广播的频带，亦即，大约470兆赫兹(MHz)至862MHz。此频带通常驻存于超高频(UHF)带中。为说明的目的起见，本发明可参考与DVB-H及FLO视频相关联的频带。然而，本发明中所述的LNA可应用于多种频带及装置，包含经装备以处理携载音频、视频及/或数据的信号的装置。
图1是图示说明包含根据本发明的LNA的实例性无线接收器10的方框图。如图1中所示，接收器10可包含天线12、LNA14、下变频混频器16、模拟数字转换器(ADC)18及调制解调器20。接收器10可以是经装备以接收无线音频、视频及/或信号的无线通信装置的一部分。在一个实例中，可在经配置以接收DVB-H及/或FLO广播信号的无线通信装置中提供接收器10。另外，所述无线通信装置可包含用以传输无线信号到其它装置的无线传输器，例如，用于音频电话、视频电话及/或数据传输。因此，无线接收器10可包含为方便说明起见图1中未显示的其它组件。
在接收器10中，天线12接收射频(RF)信号并将所接收的信号提供到LNA 14。LNA 14接收通过天线12接收的信号作为输入信号。LNA 14可经配置以处理所述输入信号作为单端或差动信号，如下文将描述。LNA 14放大所接收的输入信号以供下变频混频器16、ADC 18及调制解调器20进行进一步处理。天线12可接收宽频率范围内的信号。为实现最优电力传送，LNA 14的输入阻抗应与宽输入频率范围内的输入信号相匹配，例如，在DVB-H或FLO数字视频广播信号的实例情况下为大约470MHz至862MHz。
而且，因为通过LNA 14所接收的信号可能弱，所以所述LNA应具有低噪声系数(NF)。所述NF通常是指LNA 14的实际输出噪声与在所述装置自身不引入噪声时而仍存在的噪声的比。LNA 14具有低噪声系数是重要的，以使得降低LNA 14所产生的任何噪声对输入信号的影响。如果LNA 14具有低噪声系数，那么其可在不明显降级输出信号的情况下放大通过天线12接收的弱信号。如下文中将描述，LNA 14可构造有部分反馈电路以向从天线12接收的输入信号呈现期望的阻抗及噪声匹配，同时提供必要增益及频率选择性。
LNA 14将经放大的信号提供到下变频混频器16。下变频混频器16可以是将宽带输入信号的频率转换成基带频率的任何类型混频器，例如零中间频率(ZIF)或低中间频率(LIF)下变频混频器。下变频混频器16将所述基带信号提供至ADC 18，ADC 18将所述模拟基带信号转换成数字数据。调制解调器20解调ADC 18提供的数字数据。可在接收器10内提供音频或视频解码器以解码所述经解调的数字数据来驱动音频扬声器、视觉显示器及/或其它用户界面媒体。所述音频或视频解码器可形成组合式编码器-解码器(CODEC)的一部分，且支持对从另一装置接收的数字数据进行解码及对供传输至另一装置的数字数据进行编码两者。
例如，接收器10可形成经配置以支持例如根据MPEG-2、MPEG-4、ITU-T H.263、ITU-T H.264或其副本、ISO/IEC MPEG-4，第10部分(即高级视频译码(AVC))的视频压缩及解压缩的装置的一部分。另外，对于视频广播接收来说，无线接收器10可用于接收与FLO、DVB-H、ISDB-T或DMB数字视频广播的传递相关联的频带内的RF信号。例如，DVB-H及FLO广播可利用大约470MHz至862MHz的宽频带。如下文中将描述，LNA 4可经配置以支持宽频带(例如与DVB-H及FLO相关联的频带)范围内的具有阻抗与噪声匹配的精确频率选择性。在某些情况下，接收器10可包含多LNA来处理更宽总频带内的子频带。
图2是根据本发明的一个方面的实例性LNA 14的方框图。在图2的实例中，LNA14包含闭环电路22及开环电路24，所述闭环电路及所述开环电路共同工作以提供部分反馈LNA。闭环电路22及开环电路24两者均经由共用输入接收输入信号。提供至所述输入的信号可作为RF信号从天线12(图1)接收，或可作为RF信号经由其它类型的有线或无线媒体(例如，铜导体、光纤或类似媒体)接收。LNA 14可被配置为单端或差动放大器，在这种情况下，闭环电路22及开环电路24可经配置以形成单端或差动LNA 14。
闭环电路22可包含闭环增益放大器26及设定所述闭环增益的反馈环路27。闭环电路22支持宽带输入匹配。例如，闭环电路22可经配置以为输入信号提供阻抗匹配并提供低噪声系数。开环电路24可包含开环增益放大器28。开环电路24放大所述输入信号并向其负载呈现高输出阻抗。可在开环电路22内提供选择性滤波器来滤除在所需频带外的频率。另外，开环电路24可驱动可调谐带通滤波器。通过将所述选择性滤波器放置在开环电路24内，可降低不稳定性。另外，通过经由闭环电路22提供输入阻抗匹配，可保持低NF。
LNA 14的部分反馈拓朴提供对共用栅极或完全反馈拓朴的替代。具有共用栅极拓朴的LNA往往产生高NF，且因此通常不适合用于宽带阻抗匹配。通常，具有反馈拓朴的LNA可提供低NF及可接受的宽带输入匹配。然而，具有反馈拓朴的LNA由于所述LNA的输出与输入之间的所需反馈环路往往呈现低输出阻抗。如果输出阻抗被降低，那么在所述LNA的负载下的滤波器选择性将会降级。另外，由于不稳定性，具有反馈拓朴的LNA通常无法支持反馈环路中的选择性滤波器。
通过提供部分反馈拓朴，而非共用栅极或完全反馈拓朴，LNA 14可提供宽带输入匹配、低NF及足够的输出阻抗。另外，LNA 14可支持将选择性滤波器并入所述LNA内，例如并入开环电路24内。特定来说，闭环电路22可支持具有低NF的宽带输入匹配，而开环电路24支持具有高输出阻抗的信号放大并允许在不呈现不稳定性的条件下并入选择性滤波器。另外，在高输出阻抗的情况下，可将可调谐带通滤波器放置在开环电路24的负下处，而不显著地降级所述选择性滤波器的选择性。
图3是图示说明包含闭环电路22及开环电路24的单端LNA 14的电路图。在图3的实例中，闭环电路22包含晶体管M1与M2、电阻器RD1与RF及电容器C。晶体管M1与M2可以是(例如)场效应晶体管(FET)。晶体管M1的栅极接收输入信号。电容器C的一个侧可经耦合以接收输入信号，而电容器C的另一个侧可串联耦合到电阻器RF的第一侧。电阻器RD1的一个侧可连接到电压源。电阻器RD1的第二侧可连接到电阻器RF的第二侧。另外，电阻器RD1的第二侧也可耦合到晶体管M2的源极。晶体管M2的漏极可耦合到晶体管M1的源极。晶体管M1的漏极可接地。因此，反馈环路27可包括电容器C、电阻器RD1与RF及晶体管M2。闭环增益放大器26可包括电阻器RD1及晶体管M2与M1。
在图3的实例中，开环电路24包含晶体管M1与M3及电阻器RD2。因此，在一些实施方案中，闭环电路22及开环电路24可共享晶体管M1。闭环电路22与开环电路24之间所共享的输入晶体管M1可以是单一晶体管或并联的复数个晶体管以实现所需晶体管特性。晶体管M1的栅极接收输入信号。晶体管M1的源极可接地。晶体管M1的漏极可以耦合到晶体管M3的源极，以及晶体管M2的源极。晶体管M3的源极可以耦合电阻器RD2的第一侧。电阻器RD2的第二侧可以耦合到电压源。LNA14的输出可以是晶体管M3的源极电压。晶体管M2与M3的栅极可以耦合到偏压电路(未显示)，所述偏压电路施加偏压电流以使得晶体管M2与M3保持在有源操作区域中。通过调节晶体管M2与M3的相对大小，可调节闭环电路22与开环电路24之间的信号比来最优化总电路的噪声系数、输入匹配及增益性能。另外，可将不同偏压施加于晶体管M2与M3来调节闭环电路22与开环电路24之间的信号比。
LNA 14的输出阻抗可接近开环电路24的电阻器RD2的值。LNA 14的输入阻抗受闭环电路22的输入阻抗Rin支配，其可近似为：
Rin＝RF/(1+T)，
其中T＝gm*(W1/(W1+W2)*(RD1)，
且其中，gm是晶体管M1的跨导，W1是晶体管M1的栅极宽度且W2是晶体管M2的栅极宽度。如从上文的输入阻抗方程式中可见，LNA 14的输入阻抗不依赖输入频率。因此，可使LNA 14的输入阻抗与宽输入频率范围内的输入信号的阻抗相匹配。而且，如上文中所述，LNA 14的噪声可借助闭环电路22中所提供的部分反馈拓朴而降低。随着噪声的降低，噪声系数也可降低。然而，反馈拓朴不存在于开环电路24中，此增加LNA 14的输出阻抗，并允许在不引入不稳定性的条件下将选择性滤波器并入所述开环电路中。
而且，闭环电路22所呈现的输入阻抗可不依赖输入信号的频率。如上文所指示，可将闭环电路22的输入阻抗建模为闭环增益放大器26的输入阻抗除以闭环放大器26的信号增益乘以反馈环路27的信号增益加一的和。闭环放大器26及反馈环路27的增益在LNA 14的不同实施方案中可能会变化。可将LNA 14的输入阻抗建模为与开环22的输入阻抗并联的闭环电路22的输入阻抗。然而，开环电路24的输入阻抗通常将经配置以比闭环电路22的输入阻抗大得多。因此，LNA 14的输入阻抗可能不会受开环电路24的输入阻抗影响，且LNA 14的输入阻抗可与闭环电路22的输入阻抗近似相同。
闭环电路22也可为LNA 4提供低噪声系数。如上文中所论述，低噪声系数允许放大弱信号而不会降级输出。放大器内的组件由于电流的随机波动固有地产生噪声。放大器的输出信号因所述放大器放大输入信号及所述固有噪声两者而降级。如果噪声水平高，那么可难于区分所述放大器的输出信号上的经放大的信号与经放大的固有噪声。
为最小化噪声的影响，放大器可需要高信-噪比。在接收器10中，放大器可接收弱信号。在放大器接收弱信号的情况下，必须降低噪声以获得高信-噪比。闭环电路22可使用部分反馈拓朴降低LNA 14的输入处的固有噪声，所述部分反馈拓朴包括闭环增益放大器26及反馈环路27。LNA 14的输入处的噪声可计算为闭环增益放大器26的输入处的噪声除以闭环增益26的信号增益乘以反馈环路27的信号增益加一的和。通常，根据方程式Rin＝RF/(1+T)，闭环电路22提供输入电阻阻抗而不降级NF性能。随着LNA 14的固有噪声降低，对应地噪声系数可降低。
尽管闭环电路22可提供阻抗匹配及低噪声系数，但是闭环电路22无法提供高输出阻抗。可需要高输出阻抗来驱动接收器10内的各种组件。因此，高输出阻抗及信号放大可通过LNA 14内的开环电路24提供。开环24以所需增益放大所述经阻抗匹配的输入信号。另外，开环电路24可经设计以提供高输出阻抗。在此实例中，开环电路24的输出可以是LNA 14的输出。开环电路24可提供高输出阻抗，这是因为开环22的输出可与闭环电路22电无关。因此，闭环电路22的阻抗不会显著影响开环电路24的输出阻抗，且可将开环电路24的输出阻抗设计为所需值。
图4是图示说明包含闭环电路及开环电路的差动LNA 14S的电路图。在图4的实例中，差动LNA 14S包含接收正差动输入信号的第一LNA 14A及接收负差动输入信号的第二LNA 14B。LNA 14A包含以上文关于图3所述的方式布置的晶体管M1、M2、M3、电阻器RF1、RD1及电容器C1。LNA 14B的配置与LNA 14A的配置相同，且其包含对应晶体管M4、M5、M6、电阻器RD3与RF1及电容器C2。晶体管M1的栅极可自输入12接收正输入信号。所述正输入也可连接到电容器C1。类似地，所述负输入耦合到晶体管M4的栅极以及到容器C2。LNA 14A与14B经组合以跨越正输入端及负输入端接受差动输入信号，并跨越正输出端及负输出端产生组合差动输出信号。晶体管M2、M3、M5与M6的栅极可以耦合到相应偏压电路(未显示)，所述相应偏压电路施加偏压电流以使得所述晶体管保持在有源操作区域中。
图5是图示说明包含闭环电路22及具有选择性滤波器30的开环电路24的单端LNA 14T的电路图。图5的LNA 14T大致上对应于图2的LNA 14，但图5的LNA 14T进一步包含选择性滤波器30。如图5中所示，选择性滤波器30可驻存于开环电路24中晶体管M1的漏极与晶体管M3的源极之间。在一些实施方案中，开环电路24的输出可驱动可调谐带通滤波器(如下文中将描述)或其它负载。晶体管M2与M3的栅极可以耦合到偏压电路(未显示)，所述偏压电路施加偏压电流以使得晶体管M2与M3保持在有源操作区域中。
作为一实例，DVB-H或FLO装置可在大约470兆赫兹与862兆赫兹的宽频带内操作。然而，所述装置可实施在DVB-H或FLO频带外的频率范围中操作的其它功能，或可暴露于那些频带外的频率范围。例如，在GSM 1800系统中，输入12可接收从1.710千兆赫兹至1.785千兆赫兹范围的频率。在UMTS系统中，输入12可接收从1.92千兆赫兹至1.98千兆赫兹范围的频率。在无线局域网络(WLAN)中，输入12可接收从2.4千兆赫兹至2.48千兆赫兹范围的频率。
具有在所关注频带外的频率的信号的传播可对LNA 14T及接收链中的其它组件(例如，下变频混频器16、ADC 18及调制解调器20)造成不利影响。例如，如果所关注频带外的频率未被滤除，那么接收器10中的下变频混频器16可将所述频率混成基带，从而可能产生错误。特定来说，在基带中，所关注频带内的频率可能与所关注频带外的频率重叠。出于此原因，可期望提供选择性滤波器30以拒绝具有在所关注频带外的频率的信号。选择性滤波器30可用作带阻滤波器，所述带阻滤波器向具有所需频带的信号呈现低阻抗并向在所关注频带外的信号(例如，干扰信号)呈现高阻抗。可在不产生不稳定性的条件下将选择性滤波器30并入开环电路24中。
选择性滤波器30拒绝频带外信号，且可配置为单端或差动滤波器，其配置与LNA14的配置一致。在一些情形中，选择性滤波器30可包括陷波滤波器。陷波滤波器可衰减处于特定频率的信号的功率。作为一个实例，所述陷波滤波器可经设计以显著地衰减处于1.8千兆赫兹与2.4千兆赫兹的信号，而使所关注频带内的信号(例如，470兆赫兹及862兆赫兹)通过。当然，衰减量及所衰减的频率可依据设计考虑而变化。除陷波滤波器之外，选择性滤波器24还可包含其它滤波器，例如低通滤波器。
图6是图示说明包含闭环电路及具有选择性滤波器的开环电路的差动LNA 14U的电路图。在图6的实例中，LNA 14U包含接收正差动输入信号的第一LNA 14A及接收负差动输入信号的第二LNA 14B。LNA 14A包含以上文关于图3所述的方式所布置的晶体管M1、M2、M3、电阻器RF1、RD1及电容器C1。LNA 14B的配置与LNA14A的配置相同，且其包含对应晶体管M4、M5、M6、电阻器RD3与RF1及电容器C2。晶体管M2、M3与M5、M6的栅极可以耦合到相应偏压电路(未显示)，所述相应偏压电路施加偏压电流以使得所述晶体管保持在有源操作区域中。
每一LNA 14A、14B分别包含选择性滤波器30A、30B，或所共享的选择性滤波器的一部分。可将每一选择性滤波器30A、30B布置在相应LNA 14A、LMA 14B的开环电路24中。LNA 14A与14B经组合以跨越正输入端及负输入端接受差动输入信号，在开环电路24中(例如)经由陷波滤波器应用选择性频率滤波，并跨越正输出端及负输出端产生组合的差动输出信号。在一些实施方案中可提供电流源32，并在LNA 14A与LNA 14B之间共享所述电流源。电流源32允许所述电路完全以差动方式操作。然而，电流源32是任选的。如图6中所示，电流源32在晶体管M1与M4的漏极与地面之间延伸。
图7是图示说明包含闭环电路22及驱动可调谐带通滤波器34的开环电路24的单端LNA 14V的电路图。在图7的实例中，LNA 14V大体上对应于图3的LNA 14，但LNA 14V包含可调谐带通滤波器34作为输出负载。另外，如图7中所示，LNA 14可省略电阻器RD2。可调谐带通滤波器34耦合于开环电路24中的晶体管M3的漏极与电源之间，且其可以是单端或差动滤波器，与LNA 14的特定实施方案一致。而且，晶体管M2与M3的栅极可耦合到偏压电路(未显示)，所述偏压电路施加偏压电流以使得晶体管M2与M3保持在有源操作区域中。
作为一实例，可调谐带通滤波器34可经配置以支持频带选择及干扰拒绝。以这样方式，可调谐带通滤波器34可允许调谐至所需频带，并补充选择性滤波器30所提供的干扰拒绝。另外，在差动实施方案中，可调谐带通滤波器34可提供单到差动转换，此对于某些LNA可能是需要的。
可调谐带通滤波器34可呈现高阻抗负载，且因此需要高阻抗输出。开环电路24可提供所需输出阻抗来驱动可调谐带通滤波器34。另外，开环电路24可容纳选择性滤波器30，如先前所描述。然而，与此同时，闭环电路22提供所需输入阻抗及噪声匹配。
图8是图示说明包含闭环电路22及驱动可调谐带通滤波器34的开环电路24的差动LNA 14W的电路图。在图8的实例中，第一LNA 14A接收正差动输入信号，且第二LNA 14B接收负差动输入信号。LNA 14A包含以上文关于图3所述的方式所布置的晶体管M1、M2、M3、电阻器RF1、RD1及电容器C1。LNA 14B的配置与LNA14A的配置相同，且其包含对应晶体管M4、M5、M6、电阻器RD3与RF2及电容器C2。如在先前实例中，晶体管M2、M3与M5、M6的栅极可耦合到相应的偏压电路(未显示)，所述相应的偏压电路施加偏压电流以使得所述晶体管保持在有源操作区域中。
每一LNA 14A、14B分别驱动可调谐带通滤波器34A、34B，或所共享的可调谐带通滤波器的一部分。每一带通滤波器34A、34B可布置为相应LNA 14A、LNA 14B的开环电路24的负载。LNA 14A与14B经组合以跨越正输入端及负输入端接受差动输入信号，驱动可调谐带通滤波器34A、34B并跨越由可调谐带通滤波器所呈现的正输出端及负输出端产生组合的差动输出信号。图8中还显示从耦合晶体管M1与M4的源极的共用节点延伸至地面的任选电流源32。
图9是图示说明包含闭环电路22及开环电路24的单端LNA 14X的电路图，其中开环电路24包含选择性滤波器30并驱动可调谐带通滤波器34。于图9的实例中，LNA 14X大体上与图3的LNA 14相符，但LNA 14X包含开环电路24中的选择性滤波器30并驱动可调谐带通滤波器34。在此情况下，选择性滤波器30提供对处于所关注频带外的频率的干扰信号的拒绝，且可调谐带通滤波器34提供额外干扰拒绝及选择性地调谐至通过LNA 14X的宽带内的特定频率子带的能力。同样，闭环电路22提供所需输入阻抗及噪声匹配，而开环电路24放大所述输入信号，产生所需输出阻抗来驱动可调谐带通滤波器34，并支持将选择性滤波器30并入LNA 14X内。晶体管M2与M3的栅极可以耦合到偏压电路(未显示)，所述偏压电路施加偏压电流以使得晶体管M2与M3保持在有源操作区域中。
图10是图示说明包含闭环电路22及开环电路24的差动LNA 14Y的电路图，所述开环电路具有选择性滤波器30A、30B并驱动可调谐带通滤波器34A、34B。在图10的实例中，第一LNA 14A接收正差动输入信号，且第二LNA 14B接收负差动输入信号。LNA 14A包含以上文关于图3所述的方式所布置的晶体管M1、M2、M3、电阻器RF1、RD1及电容器C1。LNA 14B的配置与LNA 14A的配置相同，且其包含对应晶体管M4、M5、M6、电阻器RD3与RF1及电容器C2。如先前实例中，晶体管M2、M3与M5、M6的栅极可以耦合到相应的偏压电路(未显示)，所述相应的偏压电路施加偏压电流以使得所述晶体管保持在有源操作区域中。
每一LNA 14A、14B分别包含位于晶体管M1与晶体管M3之间及位于晶体管M4与晶体管M6之间的选择性滤波器30A、30B。另外，每一LNA 14A、14B驱动相应的可调谐带通滤波器34A、34B，或所共享的可调谐带通滤波器的一部分。LNA 14A与14B经组合以跨越正输入端及负输入端接受差动输入信号，驱动可调谐带通滤波器34A、34B并跨越由可调谐带通滤波器所呈现的正输出端及负输出端产生组合的差动输出信号。图8中还显示从耦合晶体管M1与M4的源极的共用节点延伸至地面的任选电流源32。
图11是更详细地图示说明包含闭环电路22及开环电路24的差动LNA 14Z的另一电路图，其中所述开环电路24包含选择性滤波器30并驱动可调谐带通滤波器34。在图11的实例中，LNA 14A包含晶体管M1、M2与M3、电阻器RF与RD1、及电容器C1。LNA 14B包含晶体管M4、M5与M6、电阻器RF2与RD3、及电容器C2。选择性滤波器24的一侧耦合到晶体管M1的漏极及晶体管M2的源极。选择性滤波器24的另一侧耦合到晶体管M4的漏极及晶体管M5的源极。
选择性滤波器24可包括两个晶体管M7与M8及两个LC储能电路，所述两个LC储能电路包括感应器线圈L3-L6及电容器C5-C16。感应器L3与C5可彼此并联连接。L3与C5的并联组合的第一侧经由电容器C6共同接地并耦合到晶体管M3的漏极。L3与C5的并联组合的第二侧经由电容器C8共同接地并耦合到晶体管M7的源极。感应器L4及电容器C10类似地并联耦合。L4与C10的并联组合的第一侧经由电容器C7共同接地并耦合到晶体管M6的漏极。L4与C10的第二侧经由电容器C9共通接地并耦合到晶体管M8的源极，可串联连接到电容器C7，到电压源的第二侧。所述并联组合的第二侧可串联连接到电容器C9，到电压源的第二侧。
感应器L5及电容器C11彼此并联耦合。L5与C11的并联组合的第一侧可经由电容器C12共同接地并耦合到晶体管M7的漏极。L5与C11的并联组合的第二侧经由电容器C14共同接地并耦合到晶体管M1的源极及晶体管M2的漏极。感应器L6及电容器C16可彼此并联连接。L6及C16的并联组合的第一侧经由电容器C13共同接地并耦合到晶体管M8的漏极。L6及C16的并联组合的第二侧经由电容器C15共同接地并耦合到晶体管M4的源极及晶体管M5的漏极。
可调谐带通滤波器34可包括两个感应器L1与L2、两个可变电容器C3与C4及两个晶体管M3与M6。可变电容器C3、C4可以由切换的电容器网络形成，所述切换的电容器网络可经选择性地切换以将可调谐带通滤波器34调谐至所需频带。感应器L1及可变电容器C3并联连接。类似地，感应器L2及可变电容器C4并联连接。L1与C3的并联组合可电磁耦合到L2与C4的并联组合。感应器L2的中心抽头可连接到电压源。L2与C4的并联组合的第一侧可连接到晶体管M3的漏极。L2与C4的并联组合的第二侧可连接到晶体管M6的漏极。晶体管M3的源极可连接到选择性滤波器30的感应器L3与电容器C5的并联组合的第一侧。晶体管M6的源极可连接到选择性滤波器30的感应器L4与电容器C10的并联组合的第一侧。
有效地，选择性滤波器30形成双共阴共栅与椭圆带阻滤波器。一般而言，晶体管M7与M8的漏极节点处的频带内信号经历低阻抗，而所关注频带外的干扰信号经历高阻抗。而且，从晶体管M7与M8的漏极流动穿过电容器C12与C13的频带内信号经历高阻抗，而干扰信号经历低阻抗且经分流以接地。因此，在选择性滤波器30中，所关注频带内的信号被放大，而干扰信号被拒绝。对于高度拒绝而言，滤波器的高Q可是重要的。另外，感应器L5与L6之间及感应器L3与L4之间的低k(耦合系数)，以及感应器L5、L6与感应器L3、L4之间的大致对称可是重要的。
可如下提供用于图11的实例性实施方案的实例性电路组件值：
晶体管M1：975微米/0.18微米(栅极宽度/栅极长度)
晶体管M2：132微米/0.18微米
晶体管M7：810微米/0.18微米
电阻器RF1：2.7千欧姆
电阻器RD1：1千欧姆
电容器C1：2.5皮法
感应器L5：3毫微亨
电容器C11：3皮法
电容器C14：3皮法
电容器C12：8皮法
感应器L3：9毫微亨
电容器C5：1皮法
电容器C8：2皮法
电容器C6：2皮法
晶体管M3：360微米/0.2微米
感应器L1：11毫微亨
感应器L2：11毫微亨
电容器C3：可自230fF调谐至3.5皮法
可为另一半电路上的组件提供相同组件值，所述另一半电路实质上是上文所述一半电路的镜像。上述电路组件值是用于实例及图示说明的目的，而不应视为对本发明中所述的各种实例的限制。
已揭示各种实例。本发明中所述的各种晶体管、电阻器、电容器与感应器及其它组件可通过各种适合技术及制造技术中的任一者来实现。例如，此类组件可形成于一个或一个以上集成电路装置内、由集成电路组件及离散组件的组合形成、或完全由离散组件形成。晶体管可以是FET或其它类型的晶体管。适当的组件值、物理性质及特性可根据设计要求进行选择，包含LNA的所需频率响应、增益及选择性。另外，出于集成电路制造的目的，可使用各种蚀刻技术及技艺中的任一者。这些及其它实例均在以上权利要求书的范围内。

Claims (32)

1、一种放大器，其包括：
闭环电路，其为输入信号提供阻抗匹配；及
开环电路，其耦合到所述闭环电路并放大所述经阻抗匹配的输入信号。
2、如权利要求1所述的放大器，其中所述闭环电路包含输入晶体管及反馈晶体管，且开环增益放大器电路包含所述输入晶体管及输出晶体管。
3、如权利要求2所述的放大器，其中所述输入晶体管的栅极接收所述输入信号，所述反馈晶体管的漏极耦合到所述输入晶体管的源极，所述输出晶体管的漏极耦合到所述输入晶体管的所述源极，且所述反馈晶体管的源极经由反馈环路耦合到所述输入晶体管的所述栅极。
4、如权利要求1所述的放大器，其进一步包括位于所述开环电路内的选择性滤波器，所述选择性滤波器拒绝在选定频带外的频率。
5、如权利要求4所述的放大器，其中所述选择性滤波器包括陷波滤波器。
6、如权利要求4所述的放大器，其进一步包括耦合到所述开环电路的输出的带通滤波器。
7、如权利要求4所述的放大器，其中所述带通滤波器是可调谐的。
8、如权利要求1所述的放大器，其进一步包括耦合到所述开环电路的输出的带通滤波器。
9、如权利要求1所述的放大器，其中所述带通滤波器是可调谐的。
10、如权利要求1所述的放大器，其中所述放大器是差动放大器，所述闭环电路包含：第一闭环电路，其为所述输入信号的正分量提供阻抗匹配；及第二闭环电路，其为所述输入信号的负分量提供阻抗匹配，且所述开环电路包含：第一开环电路，其放大所述输入信号的所述正分量；及第二开环电路，其放大所述输入信号的所述负分量。
11、如权利要求1所述的放大器，其中所述闭环电路为在大约470兆赫兹至大约862兆赫兹的频率范围内的所述输入信号提供阻抗匹配。
12、一种无线接收器，其包括：
射频(RF)天线；及
放大器，其包括：
闭环电路，其为经由所述天线接收的输入信号提供阻抗匹配，及
开环电路，其耦合到所述闭环电路并放大所述经阻抗匹配的输入信号。
13、如权利要求12所述的接收器，其中所述闭环电路包含输入晶体管及反馈晶体管，且开环增益放大器电路包含所述输入晶体管及输出晶体管。
14、如权利要求13所述的接收器，其中所述输入晶体管的栅极接收所述输入信号，所述反馈晶体管的漏极耦合到所述输入晶体管的源极，所述输出晶体管的漏极耦合到所述输入晶体管的所述源极，且所述反馈晶体管的源极经由反馈环路耦合到所述输入晶体管的所述栅极。
15、如权利要求12所述的接收器，其进一步包括位于所述开环电路内的选择性滤波器，所述选择性滤波器拒绝在选定频带外的频率。
16、如权利要求15所述的接收器，其中所述选择性滤波器包括陷波滤波器。
17、如权利要求15所述的接收器，其进一步包括耦合到所述开环电路的输出的带通滤波器。
18、如权利要求15所述的接收器，其中所述带通滤波器是可调谐的。
19、如权利要求12所述的接收器，其进一步包括耦合到所述开环电路的输出的带通滤波器。
20、如权利要求12所述的接收器，其中所述带通滤波器是可调谐的。
21、如权利要求12所述的接收器，其中所述放大器是差动放大器，所述闭环电路包含：第一闭环电路，其为所述输入信号的正分量提供阻抗匹配；及第二闭环电路，其为所述输入信号的负分量提供阻抗匹配，且所述开环电路包含：第一开环电路，其放大所述输入信号的所述正分量；及第二开环电路，其放大所述输入信号的所述负分量。
22、如权利要求1所述的接收器，其中所述闭环电路为在大约470兆赫兹至大约862兆赫兹的频率范围内的所述输入信号提供阻抗匹配。
23、如权利要求1所述的接收器，其进一步包括：下变频混频器，其耦合到所述放大器的输出并将所述经放大的输入信号的频率下变频到基带频率；模拟至数字转换器，其将所述基频输入信号转换成数字值。
24、一种方法，其包括：
经由闭环电路为输入信号提供阻抗匹配；及
经由开环电路放大所述经阻抗匹配的输入信号，其中所述开环电路与所述闭环电路共享用以接收所述输入信号的共用输入晶体管。
25、如权利要求24所述的方法，其中所述闭环电路包含输入晶体管及反馈晶体管，且开环增益放大器电路包含所述输入晶体管及输出晶体管。
26、如权利要求25所述的方法，其中所述输入晶体管的栅极接收所述输入信号，所述反馈晶体管的漏极耦合到所述输入晶体管的源极，所述输出晶体管的漏极耦合到所述输入晶体管的所述源极，且所述反馈晶体管的源极经由反馈环路耦合到所述输入晶体管的所述栅极。
27、如权利要求24所述的方法，其进一步包括经由位于所述开环电路内的选择性滤波器拒绝所述经放大的输入信号中在选定频带外的频率。
28、如权利要求27所述的方法，其中所述选择性滤波器包括陷波滤波器。
29、如权利要求27所述的方法，其进一步包括经由耦合到所述开环电路的输出的带通滤波器对所述经放大的信号进行带通滤波。
30、如权利要求24所述的方法，其进一步包括经由耦合到所述开环电路的输出的带通滤波器对所述经放大的信号进行带通滤波。
31、如权利要求24所述的方法，其中所述放大器是差动放大器，所述闭环电路包含：第一闭环电路，其为所述输入信号的正分量提供阻抗匹配；及第二闭环电路，其为所述输入信号的负分量提供阻抗匹配，且所述开环电路包含：第一开环电路，其放大所述输入信号的所述正分量；及第二开环电路，其放大所述输入信号的所述负分量。
32、如权利要求24所述的方法，其中所述闭环电路为在大约470兆赫兹至大约862兆赫兹的频率范围内的所述输入信号提供阻抗匹配。
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