CN102484452B - 具有基于二极管的偏压的堆叠式放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明描述用于改进放大器的线性的技术。在一示范性设计中，放大器(例如，功率放大器)可包括耦合成堆叠的多个晶体管和至少一个二极管。所述多个晶体管可接收并放大输入信号且提供输出信号。所述至少一个二极管可操作性地耦合到所述堆叠中的至少一个晶体管。每一二极管可将可变偏压电压提供给所述堆叠中一相关联的晶体管。每一二极管可在高输入功率下具有跨所述二极管的较低电压降，且可在高输入功率下将较高偏压电压提供给所述相关联的晶体管。所述至少一个晶体管可归因于来自所述至少一个二极管的较高偏压电压而在高输入功率下具有较高增益。所述较高增益可改进所述放大器的所述线性。
Description
依据35U.S.C.§119主张优先权
本专利申请案主张2009年8月19日申请的题目为“用于堆叠式功率放大器的基于二极管的偏压电路(DIODE BASED BIAS CIRCUIT FOR STACKED PA)”的第61/235,317号美国临时申请案的优先权，所述临时申请案转让给本受让人且以引用的方式明确地并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及电子设备，且更具体来说涉及放大器。
背景技术
放大器通常用于各种电子装置中以提供信号放大。不同类型的放大器可用于不同用途。举例来说，例如蜂窝式电话等无线通信装置可包括用于双向通信的发射器和接收器。发射器可包括驱动器放大器(DA)和功率放大器(PA)，接收器可包括低噪声放大器(LNA)，且发射器和接收器可包括可变增益放大器(VGA)。
线性为功率放大器的重要设计目标。功率放大器可设计成通过使用足够大的晶体管和施加适当偏压而满足线性要求。功率放大器可具有额外线性容限，其可随后用于提升功率放大器的效率和降低电流消耗。额外线性容限还可用于减小晶体管大小，且可导致节约芯片面积以及成本。因此，可非常需要具有良好线性的功率放大器。
发明内容
附图说明
图1展示无线通信装置的框图。
图2展示具有堆叠式晶体管的功率放大器。
图3和4展示具有堆叠式晶体管和基于二极管的偏压的两个功率放大器。
图5A和5B展示具有和不具有基于二极管的偏压的晶体管的栅极-源极电压和增益的曲线。
图6展示具有堆叠式晶体管和基于二极管的偏压的另一功率放大器。
图7展示具有和不具有基于二极管的偏压的功率放大器的性能的曲线。
图8展示放大信号的过程。
具体实施方式
下文阐述的具体实施方式希望作为本发明的示范性设计的描述，且不希望表示可实践本发明的仅有设计。术语“示范性”在本文中用于表示“充当实例、例子或说明”。本文中被描述为“示范性”的任一设计未必解释为与其它设计相比是优选或有利的。具体实施方式包括特定细节以便实现提供对本发明的示范性设计的彻底理解的目的。所属领域的技术人员将显而易见的是，可在无这些特定细节的情况下实践本文所描述的示范性设计。在一些情况下，以框图形式展示众所周知的结构和装置以避免使本文所呈现的示范性设计的新颖性模糊不清。
本文描述用于改进放大器的线性的技术。所述技术可用于各种类型的放大器，例如功率放大器、驱动器放大器、LNA、VGA等。所述技术还可用于各种电子装置中的放大器，例如无线通信装置、蜂窝式电话、个人数字助理(PDA)、手持式装置、无线调制解调器、膝上型计算机、无绳电话、蓝牙装置、消费型电子装置等。为了清楚起见，下文描述所述技术用于无线通信装置中的放大器。
图1展示无线通信装置100的示范性设计的框图。在此示范性设计中，无线装置100包括数据处理器110和收发器120。收发器120包括支持双向无线通信的发射器130和接收器150。一般来说，针对任何数目的通信系统和任何数目的频带，无线装置100可包括任何数目的发射器和任何数目的接收器。
在发射路径中，数据处理器110处理待发射的数据且将模拟输出信号提供给发射器130。在发射器130内，模拟输出信号由放大器(Amp)132放大，由低通滤波器134滤波以移除因数/模转换所致的图像，由VGA 136放大且由混频器138从基带升频转换为射频(RF)。升频转换的信号由滤波器140滤波，由驱动器放大器142和功率放大器144进一步放大，经由开关/双工器146投送，且经由天线148发射。
在接收路径中，天线148从基站和/或其它发射器台接收信号，且提供所接收信号，所述所接收信号经由开关/双工器146投送且提供给接收器150。在接收器150内，所接收信号由LNA 152放大，由带通滤波器154滤波，且由混频器156从RF降频转换为基带。降频转换的信号由VGA 158放大，由低通滤波器160滤波，且由放大器162放大以获得模拟输入信号，所述信号提供给数据处理器110。
图1展示实施直接转换架构的发射器130和接收器150，所述架构以一个级将信号在RF与基带之间进行频率转换。发射器130和/或接收器150还可实施超外差式架构，所述架构以多个级将信号在RF与基带之间进行频率转换。本机振荡器(LO)产生器170产生发射和接收LO信号且将发射和接收LO信号分别提供给混频器138和156。锁相回路(PLL)172从数据处理器110接收控制信息，且将控制信号提供给LO产生器170以产生适当频率下的发射和接收LO信号。
图1展示示范性收发器设计。一般来说，可由放大器、滤波器、混频器等的一个或一个以上级执行发射器130和接收器150中的信号的调节。这些电路可不同于图1中所示的配置而布置。此外，图1中未展示的其它电路也可用于发射器和接收器中。举例来说，匹配电路可用于匹配图1中的各种有源电路。也可省略图1中的一些电路。收发器120的全部或一部分可实施于一个或一个以上模拟集成电路(IC)、RF IC(RFIC)、混频信号IC等上。举例来说，发射器130中的放大器132到功率放大器144可实施于RFIC上。驱动器放大器142和功率放大器144也可实施于RFIC外部的另一IC上。
数据处理器110可为无线装置100执行各种功能，例如处理所发射数据和所接收数据。存储器112可存储数据处理器110的程序代码和数据。数据处理器110可实施于一个或一个以上专用集成电路(ASIC)和/或其它IC上。
用于改进本文描述的放大器的线性的技术可用于各种类型的放大器，例如图1中所示的放大器。为了清楚起见，下文的大部分描述涵盖改进功率放大器(例如，图1中的功率放大器144)的线性。所述技术可当在高输入RF功率下需要时改变功率放大器的偏压以改进线性。
图2展示通过堆叠式晶体管实施的功率放大器200的示范性设计的示意图。在图2所示的示范性设计中，通过耦合成堆叠的三个N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管212、214和216来实施功率放大器200。NMOS晶体管212将其栅极耦合到电阻器232的一端，且将其源极耦合到电路接地。NMOS晶体管214将其栅极耦合到电阻器234的一端，且将其源极耦合到NMOS晶体管212的漏极。NMOS晶体管216将其栅极耦合到电阻器236的一端，将其源极耦合到NMOS晶体管214的漏极，且使其漏极提供输出RF信号(RFout)。电阻器232、234和236的另一端分别耦合到节点A、B和C。电容器224耦合在NMOS晶体管214的栅极与接地电路之间。电容器226耦合在NMOS晶体管216的栅极与接地电路之间。负载218耦合在电源(Vdd)与NMOS晶体管216的漏极之间。负载218可包括电感器、电容器、MOS晶体管和/或其它电路。AC耦合电容器222使其一端接收输入RF信号(RFin)，且将其另一端耦合到NMOS晶体管212的栅极。
偏压电路250为NMOS晶体管212、214和216产生偏压电压。在图2所示的示范性设计中，偏压电路250包括由串联耦合在Vdd与电路接地之间的四个电阻器252、254、256和258形成的电阻器梯。电阻器252的顶端耦合到节点A，且提供第一偏压电压(Vbiasl)。电阻器254的顶端耦合到节点B，且提供第二偏压电压(Vbias2)。电阻器256的顶端耦合到节点C，且提供第三偏压电压(Vbias3)。电容器262、264和266将其一端分别耦合到节点A、B和C，且将其另一端耦合到电路接地。
NMOS晶体管212为增益晶体管，其为RFin信号提供信号放大。NMOS晶体管214和216为RFout信号提供信号放大以及信号驱动。可通过使用耦合成堆叠的多个NMOS晶体管实现改进的可靠度。RFout信号可具有大的电压摆动，其可能超过每一NMOS晶体管的击穿电压。RFout信号的电压摆动可大致相等地分割或分布于NMOS晶体管212、214和216上。每一NMOS晶体管于是可能仅观察到电压摆动的一部分，其应低于NMOS晶体管的击穿电压以实现良好可靠度。使用堆叠式晶体管对于通过以深亚微米IC工艺制造且具有低击穿电压的晶体管实施的高频放大器而言尤其合乎需要。堆叠式晶体管可实质上倍增击穿电压以改进可靠度。
电阻器232、234和236分别为NMOS晶体管212、214和216提供隔离。电阻器232、234和236防止过多RF信号从NMOS晶体管212、214和216泄漏到偏压电路250，所述泄漏可随后造成功率放大器200的增益下降。电阻器232、234和236可具有固定值(如图2所示)或可具有可调整值(图2中未展示)。在任一情况下，电阻器232、234和236的值可经选择以在NMOS晶体管212、214和216与偏压电路250之间提供所要的隔离量。电容器224和226分别在NMOS晶体管214和216的栅极处提供适当RF信号强度。
偏压电路250为NMOS晶体管212、214和216产生适当偏压电压。电阻器252、254、256和258可经选择以分别为NMOS晶体管212、214和216获得所要Vbias1、Vbias2和Vbias3电压，例如为NMOS晶体管的获得要增益以及在NMOS晶体管上实现所要电压分割。电容器262、264和266分别提供从NMOS晶体管212、214和216的栅极窥入偏压电路250的低RF阻抗。电容器262、264和266的大小可经选择以为从NMOS晶体管212、214和216泄漏的RF信号提供所要阻抗。
图2展示实施电阻器梯以产生功率放大器200中的NMOS晶体管的偏压电压的偏压电路250的示范性设计。还可通过可产生功率放大器的所要偏压电压的其它示范性设计来实施偏压电路。
图2展示具有耦合成堆叠的三个NMOS晶体管的功率放大器200的示范性设计。一般来说，可通过耦合成堆叠的任何数目的NMOS晶体管来实施功率放大器。可基于RFout信号的预期最大电压摆动、每一NMOS晶体管的击穿电压和/或其它因素确定耦合成堆叠的NMOS晶体管的数目。
功率放大器200可能能够使用具有小击穿电压的NMOS晶体管处置大RFout信号。然而，在某些操作情形下，功率放大器200可具有相对低劣的线性性能。在高输入RF功率下，NMOS晶体管212的增益通常降低。在高输入RF功率下，NMOS晶体管212的较低增益可导致功率放大器200的线性较差，这可能不合乎需要。
图3展示通过堆叠式晶体管实施且具有增益晶体管的基于二极管的偏压的功率放大器202的示范性设计的示意图。功率放大器202包括NMOS晶体管212、214和216；负载218；电容器222、224和226；电阻器232、234和236；以及偏压电路250，其如上文针对图2中的功率放大器200所述而耦合。功率放大器202进一步包括耦合成二极管配置的NMOS晶体管242。NMOS晶体管242将其栅极耦合到其漏极且将其漏极耦合到节点A。电阻器232将一端耦合到NMOS晶体管212的栅极，且将另一端耦合到NMOS晶体管242的源极。可通过对称结构来实施NMOS晶体管242，且NMOS 242晶体管的源极和漏极可能可互换。
二极管式连接的NMOS晶体管242具有栅极-源极电压Vgs_diode1。跨电阻器232的电压降可能可忽略。继而NMOS晶体管212的栅极电压(Vg1)可表示为：
Vg1＝Vbias1-Vgs_diode1。等式(1)
二极管式连接的NMOS晶体管242的Vgs_diode1电压取决于输入RF功率。从NMOS晶体管212泄漏到偏压电路250的RF电流的量取决于输入RF功率(例如，与之成比例)。当输入RF功率高时，二极管式连接的NMOS晶体管242将对从NMOS晶体管212泄漏到偏压电路250的RF电流进行整流。随着输入RF功率增加，经整流RF电流产生较小Vgs_diode1电压。Vbias1电压可为固定电压。在此情况下，Vgs_diode1电压的减小将引起Vg1电压增加。因为Vg1电压等于NMOS晶体管212的栅极-源极(Vgs)电压，所以在高输入RF功率下，较高的Vg1电压增加Vgs电压，且因此增加NMOS晶体管212的增益。较高的增益可改进功率放大器202的线性。
图4展示通过堆叠式晶体管实施且对于堆叠中的每一晶体管具有基于二极管的偏压的功率放大器204的示范性设计的示意图。功率放大器204包括图3中的功率放大器202中的所有电路组件。功率放大器204进一步包括NMOS晶体管244和246，其中的每一者耦合成二极管配置。NMOS晶体管244的栅极耦合到其漏极且其漏极耦合到节点B。电阻器234的一端耦合到NMOS晶体管214的栅极，且另一端耦合到NMOS晶体管244的源极。类似地，NMOS晶体管246的栅极耦合到其漏极且其漏极耦合到节点C。电阻器236的一端耦合到NMOS晶体管216的栅极，且另一端耦合到NMOS晶体管246的源极。
偏压电路250可提供固定Vbias1、Vbias2和Vbias3电压。二极管式连接的NMOS晶体管242、244和246可分别具有Vgs电压Vgs_diode1、Vgs_diode2和Vgs_diode3，其可能可变且取决于输入RF功率。NMOS晶体管212、214和216分别具有栅极电压Vg1、Vg2和Vg3，其可能可变且取决于(i)来自偏压电路250的Vbias1、Vbias2和Vbias3电压，以及(ii)二极管式连接的NMOS晶体管242、244和246的Vgs_diode1、Vgs_diode2和Vgs_diode3电压。如等式(1)所示，每一NMOS晶体管的Vg电压可基于Vbias电压和适用于所述NMOS晶体管的Vgs_diode电压来确定。在高输入RF功率下，每一NMOS晶体管的Vg电压可增加，这可改进所述NMOS晶体管的增益。NMOS晶体管212、214和216的较高增益可改进功率放大器204的线性。
可通过各种量度(例如，邻近信道功率比(ACPR))定量通过使用基于二极管的偏压而实现的功率放大器202和204的线性的改进。如图7所示，计算机模拟表明：当采用基于二极管的偏压时，ACPR针对码分多址(CDMA)信号而改进。
图5A展示具有和不具有基于二极管的偏压的NMOS晶体管212的Vgs电压的曲线。基于二极管的偏压的效应在施加到图4中的三个NMOS晶体管而非图3中的仅一个NMOS晶体管时较强。在图5A中，水平轴表示RFin信号的输入RF功率，且以单位dBm给出。垂直轴表示NMOS晶体管212的Vgs电压，且以单位伏(V)给出。曲线510展示不具有基于二极管的偏压的图2中的NMOS晶体管212的Vgs电压。曲线512展示具有二极管式连接的NMOS晶体管242提供的基于二极管的偏压的图4中的NMOS晶体管212的Vgs电压。如图5A所示，在不具有基于二极管的偏压的情况下，NMOS晶体管212的Vgs电压相对恒定，且当使用基于二极管的偏压时，NMOS晶体管212的Vgs电压随着输入RF功率增加。
图5B展示具有和不具有基于二极管的偏压的NMOS晶体管212的增益的曲线。在图5B中，水平轴表示输入RF功率，且以单位dBm给出。垂直轴表示NMOS晶体管212的增益，且以单位分贝(dB)给出。曲线520展示不具有基于二极管的偏压的图2中的NMOS晶体管212的增益。曲线522展示具有二极管式连接的NMOS晶体管242提供的基于二极管的偏压的图4中的NMOS晶体管212的增益。如图5B所示，在不具有基于二极管的偏压的情况下，NMOS晶体管212的增益在高输入RF功率下下降，而在具有基于二极管的偏压的情况下，NMOS晶体管212的增益在高输入RF功率下产生略高的峰值。
如图5A所示，二极管式连接的NMOS晶体管242可在高输入RF功率下增加NMOS晶体管212的Vgs电压。NMOS晶体管242的大小可小于NMOS晶体管212的大小，且可经选择以在高输入RF功率下获得NMOS晶体管212的所要Vgs电压增加。在低输入RF功率下，NMOS晶体管242的较小大小可防止NMOS晶体管242的Vgs电压增加，且防止NMOS晶体管212的Vgs电压减小。对于给定量的RF电流变化，NMOS晶体管242的Vgs电压变化可远大于NMOS晶体管212的Vgs电压变化。多个二极管式连接的NMOS晶体管还可串联耦合以在高输入RF功率下进一步增加NMOS晶体管212的Vgs电压。
可一起选择电容器262的大小和二极管式连接的NMOS晶体管242的大小。一般来说，对于较小NMOS晶体管242，可选择较大电容器262，且反之亦然。
图6展示通过堆叠式晶体管实施且具有基于二极管的偏压的功率放大器206的示范性设计的示意图。功率放大器206包括图4中的功率放大器204中的所有电路组件，其具有以下差异。功率放大器206包括可变电阻器632、634和636而非图4中的固定电阻器232、234和236。功率放大器206进一步包括可变电阻器652、654、656和658而非图4中的偏压电路250中的固定电阻器252、254、256和258。
可变电阻器652、654、656和658可经调整以获得NMOS晶体管212、214和216的所要偏压电压，例如，以考量IC工艺、温度、电源电压等的变化。可变电阻器632、634和636可经调整(例如，个别调整)以改变因相关联的二极管式连接的NMOS晶体管所致的每一NMOS晶体管的增益改进的程度。此情形可改进功率放大器206的总增益和线性。
图3、4和6展示具有耦合成堆叠的三个NMOS晶体管的功率放大器的示范性设计。一般来说，本文所述的技术可用于具有耦合成堆叠的任何数目的晶体管(例如，两个、三个、四个或四个以上晶体管)的放大器。基于二极管的偏压可用于所述堆叠中的至少一个晶体管。举例来说，基于二极管的偏压可仅用于所述堆叠中的增益晶体管(例如，如图3所示)，或用于所述堆叠中的每一晶体管(例如，如图4所示)。
图3、4和6展示示范性设计，其中二极管式连接的NMOS晶体管用于基于二极管的偏压。在其它示范性设计中，二极管式连接的P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管可用于基于二极管的偏压。举例来说，在图3中，可用二极管式连接的PMOS晶体管替换二极管式连接的NMOS晶体管242，所述PMOS晶体管将其源极耦合到节点A且将其栅极和漏极耦合到电阻器232。在一些其它示范性设计中，pin型二极管可用于基于二极管的偏压。举例来说，在图3中，可用pin型二极管替换二极管式连接的NMOS晶体管242，所述pin型二极管将其阳极耦合到节点A且将其阴极耦合到电阻器232。还可通过其它电路组件来实施基于二极管的偏压。
图3、4和6展示通过NMOS晶体管实施的功率放大器的示范性设计。一般来说，本文所述的技术可用于通过各种类型的晶体管实施的放大器。举例来说，基于二极管的偏压可用于通过以下各者实施的放大器：PMOS晶体管、双极结晶体管(BJT)、异质结双极晶体管(HBT)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、砷化镓(GaAs)晶体管等。所述技术还可用于通过各种IC工艺技术(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)、绝缘体上硅(SOI)等)制造的放大器。
通过堆叠式晶体管实施且具有基于二极管的偏压的放大器(例如，如图3、4和6所示)可具有相比于其它放大器的某些优势。基于二极管的偏压可基于简单且有用的模拟电路提供线性化。对于在DC偏压路径中具有二极管的堆叠中的每一晶体管，基于二极管的偏压可在高输入RF功率下增加DC偏压电压且增加RF增益。基于二极管的偏压可显著改进放大器的线性，所述改进可提供上述其它益处。
基于二极管的偏压可改进线性同时降低电流消耗。可通过较多电流对放大器加偏压以获得较高增益和较好线性。然而，即使在无需较高增益(例如，在低输入RF功率下)时，放大器也始终消耗较多偏压电流。基于二极管的偏压允许增益随高输入RF功率动态增加，以使得仅在针对高输入RF功率而需要时才使用较多偏压电流。
图7展示具有和不具有基于二极管的偏压的功率放大器的线性性能的曲线。在图7中，水平轴表示输出功率电平(Pout)，其以单位dBm给出。垂直轴表示ACPR，其以单位dBc/30kHz给出。曲线710展示不具有基于二极管的偏压的功率放大器的ACPR。曲线720展示具有基于二极管的偏压的功率放大器的ACPR。如图7所示，可通过使用基于二极管的偏压在所有输出功率电平下改进ACPR。
可有利地在若干情形下使用具有基于二极管的偏压的功率放大器。第一，所述功率放大器可用于改进ACPR或线性而不会牺牲效率。举例来说，图7中，在23dBm的输出功率电平下，在不具有基于二极管的偏压的情况下，ACPR可为约-50dBc/30kHz，而在具有基于二极管的偏压的情况下，ACPR为约-52dBc/30kHz。两种情况的效率可大致相同，因为输出功率电平相同。然而，在具有基于二极管的偏压的情况下，可获得较好ACPR。第二，所述功率放大器可用于以较好效率实现相同ACPR或线性。举例来说，图7中，在-50dBc/30kHz的ACPR电平下，在不具有基于二极管的偏压的情况下，输出功率电平可为约23dBm，而在具有基于二极管的偏压的情况下，输出功率电平为约23.5dBm。通常，输出功率电平越高，则效率越高。可基于线性与效率之间的折衷设计功率放大器。功率放大器一旦经设计便可操作以获得所要输出功率电平。此输出功率电平下的功率放大器的线性和效率可继而取决于功率放大器的设计。
在示范性设计中，一设备(例如，无线装置、集成电路等)可包含放大器(例如，功率放大器)。所述放大器可包含耦合成堆叠的多个晶体管(例如，图3或4中的NMOS晶体管212、214和216)和至少一个二极管(例如，图3中的二极管式连接的NMOS晶体管242或图4中的二极管式连接的NMOS晶体管242、244和246)。所述多个晶体管可接收并放大输入信号且提供输出信号。所述至少一个二极管可操作性地(例如，间接地)耦合到所述堆叠中的至少一个晶体管。每一二极管可对所述堆叠中的相关联晶体管提供可变偏压电压(例如，图3中的Vg1)。
在示范性设计中，例如，如图3所示，单个二极管可操作性地耦合到所述堆叠中的单个晶体管。所述单个晶体管可为接收输入信号且提供输入信号的信号增益的增益晶体管。在另一示范性设计中，例如，如图4所示，一个二极管可操作性地耦合到所述堆叠中的每一晶体管。一般来说，一个或一个以上二极管可操作性地耦合到所述堆叠中的晶体管的全部或子集。在任何情况下，每一二极管可在高输入功率下具有跨所述二极管的较低电压降，且可在高输入功率下将较高偏压电压提供给相关联的晶体管。操作性地耦合到所述至少一个二极管的所述至少一个晶体管可归因于来自所述至少一个二极管的较高偏压电压而在高输入功率下具有较高增益。
所述放大器可进一步包含耦合于所述堆叠中的所述至少一个晶体管与所述至少一个二极管之间的至少一个电阻器(例如，电阻器232、234和236)。每一电阻器可为固定电阻器(例如，如图3和图4所示)或可变电阻器(例如，如图6所示)。
所述放大器可进一步包含耦合成梯的多个电阻器(例如，图3和4中的电阻器252到258)。所述多个电阻器可提供所述堆叠中的所述多个晶体管的多个偏压电压(例如，Vbias1、Vbias2和Vbias3)。所述至少一个二极管可耦合到所述梯中的至少一个电阻器。所述多个电阻器可包含至少一个可变电阻器以提供可调整偏压电压，例如以考量IC工艺、温度、电源等的变化。所述放大器可进一步包含耦合到所述梯中的所述多个电阻器的多个电容器(例如，图3和4中的电容器262、264和266)。每一电容器可提供从所述堆叠中的相关联的晶体管的栅极所见的低阻抗。
在示范性设计中，所述多个晶体管可包含MOS晶体管，例如，如图3和图4所示的NMOS晶体管，或PMOS晶体管。也可通过其它类型的晶体管来实施所述多个晶体管。在示范性设计中，所述至少一个二极管可包含至少一个NMOS晶体管，所述至少一个NMOS晶体管各自耦合为二极管。也可通过其它类型的二极管来实施所述至少一个二极管。
在示范性设计中，集成电路可包含放大器(例如，功率放大器)。所述放大器可包含耦合成堆叠的多个MOS晶体管和至少一个二极管式连接的MOS晶体管。所述多个MOS晶体管可接收并放大输入信号且提供输出信号。所述至少一个二极管式连接的MOS晶体管可操作性地耦合到所述堆叠中的至少一个MOS晶体管。每一二极管式连接的MOS晶体管可将可变偏压电压提供给所述堆叠中的相关联的MOS晶体管。在一示范性设计中，例如，如图3所示，单个二极管式连接的MOS晶体管可操作性地耦合到所述堆叠中的单个MOS晶体管(例如，增益MOS晶体管)。在另一示范性设计中，例如，如图4所示，一个二极管式连接的MOS晶体管可操作性地耦合到所述堆叠中的每一MOS晶体管。所述放大器可进一步包含耦合于所述至少一个二极管式连接的MOS晶体管与所述堆叠中的所述至少一个MOS晶体管之间的至少一个电阻器。
图8展示用于放大信号的过程800的示范性设计。可通过耦合成堆叠的多个晶体管放大输入信号以获得输出信号(框812)。可例如通过耦合成梯的多个电阻器产生所述堆叠中的所述多个晶体管的多个偏压电压(框814)。可基于至少一个二极管产生所述堆叠中的至少一个晶体管的至少一个可变偏压电压(框816)。在一示范性设计中，可基于单个二极管和来自所述电阻器梯的固定偏压产生所述堆叠中的单个晶体管的单个可变偏压电压。在另一示范性设计中，可基于多个二极管产生所述堆叠中的所述多个晶体管的多个可变偏压电压，所述堆叠中的每一晶体管一个可变偏压电压。可通过耦合于所述至少一个晶体管与所述至少一个二极管之间的至少一个电阻器控制(例如，减少)来自所述堆叠中的所述至少一个晶体管的泄漏(框818)。
本文所述的放大器可实施于IC、模拟IC、RFIC、混频信号IC、ASIC、印刷电路板(PCB)、电子装置等上。也可通过例如以下各者的各种IC工艺技术制造所述放大器：CMOS、NMOS、PMOS、BJT、双极CMOS(BiCMOS)、硅锗(SiGe)、GaAs等。
实施本文所述的放大器的设备可为独立装置或可为较大装置的一部分。装置可为(i)独立IC、(ii)可包括用于存储数据和/或指令的存储器IC的一组一个或一个以上IC、(iii)例如RF接收器(RFR)或RF发射器/接收器(RTR)等RFIC、(iv)例如移动台调制解调器(MSM)等ASIC、(v)可嵌入于其它装置内的模块、(vi)接收器、蜂窝式电话、无线装置、手持机或移动单元，(vii)等等。
在一个或一个以上示范性设计中，可以硬件、软件、固件或其任何组合实施所描述的功能。如果以软件实施，那么可将所述功能作为一个或一个以上指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体来发射。计算机可读媒体包括计算机存储媒体与通信媒体两者，通信媒体包括促进计算机程序从一处传送到另一处的任何媒体。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。举例来说而非限制，此类计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用以载运或存储呈指令或数据结构的形式的所要程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。并且，将任何连接适当地称作计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤缆线、双绞线、数字订户线(DSL)或无线技术(例如，红外线、无线电和微波)而从网站、服务器或其它远程源发射软件，那么同轴电缆、光纤缆线、双绞线、DSL或无线技术(例如，红外线、无线电和微波)包括于媒体的定义中。如本文所用的磁盘(Disk)和光盘(disc)包括紧密光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软性磁盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘通过激光以光学方式再现数据。上文的组合也应包括于计算机可读媒体的范围内。
提供本发明的以上描述以使所属领域的任何技术人员能够制造或使用本发明。对本发明的各种修改对所属领域的技术人员将显而易见，且在不背离本发明的范围的情况下，本文中所定义的一般原理可应用于其它变型。因此，本发明不希望限于本文所描述的实例和设计，而是应被赋予与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。
Claims (25)
1.一种用于放大输入信号的设备，其包含：
放大器，其包含
多个晶体管，其耦合成堆叠且用于接收并放大输入信号且提供输出信号，以及
具有可变电压降的至少一个二极管，其操作性地串联耦合到所述堆叠中的至少一个晶体管的栅极，每一二极管将可变偏压电压提供给所述堆叠中一相关联的晶体管，且所述多个晶体管中的每一晶体管还进一步由同一偏压电路偏置，其中，所述同一偏压电路与所述至少一个二极管是分立的。
2.根据权利要求1所述的设备，所述至少一个二极管包含操作性地耦合到所述堆叠中的单个晶体管的单个二极管，所述单个晶体管接收所述输入信号且为所述输入信号提供信号增益。
3.根据权利要求1所述的设备，所述至少一个二极管包含用于所述堆叠中的每一晶体管的一个二极管，每一二极管操作性地耦合到所述堆叠中一相关联的晶体管。
4.根据权利要求1所述的设备，每一二极管在高输入功率下具有跨所述二极管的较低电压降，且在高输入功率下将较高偏压电压提供给所述相关联的晶体管。
5.根据权利要求4所述的设备，所述至少一个晶体管归因于来自所述至少一个二极管的较高偏压电压而在高输入功率下具有较高增益。
6.根据权利要求1所述的设备，所述放大器进一步包含
至少一个电阻器，其耦合于所述堆叠中的所述至少一个晶体管与所述至少一个二极管之间。
7.根据权利要求6所述的设备，所述至少一个电阻器中的每一者为可变电阻器。
8.根据权利要求1所述的设备，所述放大器进一步包含
多个电阻器，其耦合成梯且为所述堆叠中的所述多个晶体管提供多个偏压电压，所述至少一个二极管耦合到所述梯中的至少一个电阻器。
9.根据权利要求8所述的设备，所述多个电阻器包含至少一个可变电阻器以在所述多个偏压电压中提供至少一个可调整偏压电压。
10.根据权利要求8所述的设备，所述放大器进一步包含
多个电容器，其耦合到所述梯中的所述多个电阻器，所述堆叠中的每一晶体管一个电容器，每一电容器提供从所述堆叠中的相关联的晶体管的栅极观察到的低阻抗。
11.根据权利要求1所述的设备，所述多个晶体管包含金属氧化物半导体MOS晶体管。
12.根据权利要求1所述的设备，所述多个晶体管包含N沟道金属氧化物半导体NMOS晶体管。
13.根据权利要求12所述的设备，所述至少一个二极管包含各自耦合为二极管的至少一个NMOS晶体管。
14.根据权利要求1所述的设备，所述放大器包含耦合成所述堆叠的至少三个晶体管。
15.根据权利要求1所述的设备，所述放大器为功率放大器以接收输入射频RF信号且提供输出RF信号。
16.一种用于放大输入信号的集成电路，其包含：
放大器，其包含
多个金属氧化物半导体MOS晶体管，其耦合成堆叠且接收并放大输入信号且提供输出信号，以及
具有可变电压降的至少一个二极管式连接的MOS晶体管，其操作性地串联耦合到所述堆叠中的至少一个MOS晶体管的栅极，每一二极管式连接的MOS晶体管将可变偏压电压提供给所述堆叠中一相关联的MOS晶体管，且所述多个MOS晶体管中的每一晶体管还进一步由同一偏压电路偏置，其中，所述同一偏压电路与所述至少一个二极管式连接的MOS晶体管是分立的。
17.根据权利要求16所述的集成电路，所述至少一个二极管式连接的MOS晶体管包含操作性地耦合到所述堆叠中的单个MOS晶体管的单个二极管式连接的MOS晶体管，所述单个MOS晶体管接收所述输入信号且为所述输入信号提供信号增益。
18.根据权利要求16所述的集成电路，所述至少一个二极管式连接的MOS晶体管包含用于所述堆叠中的每一MOS晶体管的一个二极管式连接的MOS晶体管，每一二极管式连接的MOS晶体管操作性地耦合到所述堆叠中一相关联的MOS晶体管。
19.根据权利要求16所述的集成电路，所述放大器进一步包含
至少一个电阻器，其耦合于所述至少一个二极管式连接的MOS晶体管与所述堆叠中的所述至少一个MOS晶体管之间。
20.一种放大输入信号的方法，其包含：
用耦合成堆叠的多个晶体管放大所述输入信号以获得输出信号；以及
基于具有可变电压降的至少一个二极管产生用于所述堆叠中的至少一个晶体管的至少一个可变偏压电压，所述至少一个二极管操作性地串联耦合到所述堆叠中的至少一个晶体管的栅极，所述多个晶体管中的每一晶体管还进一步由同一偏压电路偏置，其中，所述同一偏压电路与所述至少一个二极管是分立的。
21.根据权利要求20所述的方法，所述产生至少一个可变偏压电压包含基于单个二极管产生用于所述堆叠中的单个晶体管的单个可变偏压电压，所述单个晶体管接收所述输入信号且为所述输入信号提供信号增益。
22.根据权利要求20所述的方法，所述产生至少一个可变偏压电压包含基于多个二极管产生用于所述堆叠中的所述多个晶体管的多个可变偏压电压，所述堆叠中的每一晶体管一个可变偏压电压。
23.根据权利要求20所述的方法，其进一步包含：
通过耦合于所述至少一个晶体管与所述至少一个二极管之间的至少一个电阻器控制来自所述堆叠中的所述至少一个晶体管的泄漏。
24.根据权利要求20所述的方法，其进一步包含：
通过耦合成梯的多个电阻器产生用于所述堆叠中的所述多个晶体管的多个偏压电压。
25.一种用于放大输入信号的设备，其包含：
用于放大所述输入信号以获得输出信号的装置，所述用于放大的装置包含耦合成堆叠的多个晶体管；以及
用于产生用于所述堆叠中的至少一个晶体管的至少一个可变偏压电压的装置，所述用于产生的装置包含操作性地串联耦合到所述堆叠中的所述至少一个晶体管的栅极的具有可变电压降的至少一个二极管，且所述多个晶体管中的每一晶体管还进一步由同一偏压电路偏置，其中，所述同一偏压电路与所述至少一个二极管是分立的。
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