CN104796090A - 可变增益低噪声放大器以及操作可变增益低噪声放大器的方法 - Google Patents

可变增益低噪声放大器以及操作可变增益低噪声放大器的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104796090A
CN104796090A CN201410781290.8A CN201410781290A CN104796090A CN 104796090 A CN104796090 A CN 104796090A CN 201410781290 A CN201410781290 A CN 201410781290A CN 104796090 A CN104796090 A CN 104796090A
Authority
CN
China
Prior art keywords
amplifying stage
signal
amplifier
subtrahend
minuend
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410781290.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104796090B (zh
Inventor
白洪全
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MStar Semiconductor Inc Taiwan
Original Assignee
MStar Semiconductor Inc Taiwan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MStar Semiconductor Inc Taiwan filed Critical MStar Semiconductor Inc Taiwan
Publication of CN104796090A publication Critical patent/CN104796090A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104796090B publication Critical patent/CN104796090B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/26—Modifications of amplifiers to reduce influence of noise generated by amplifying elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/193—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only with field-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/26—Push-pull amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/265—Push-pull amplifiers; Phase-splitters therefor with field-effect transistors only
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/72—Gated amplifiers, i.e. amplifiers which are rendered operative or inoperative by means of a control signal
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G1/00—Details of arrangements for controlling amplification
    • H03G1/0005—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
    • H03G1/0017—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier
    • H03G1/0029—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier using FETs
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G1/00—Details of arrangements for controlling amplification
    • H03G1/0005—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
    • H03G1/0088—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal using discontinuously variable devices, e.g. switch-operated
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
    • H03G3/20—Automatic control
    • H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • H03G3/3036—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06—Receivers
    • H04B1/16—Circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/294—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a low noise amplifier [LNA]
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/72—Indexing scheme relating to gated amplifiers, i.e. amplifiers which are rendered operative or inoperative by means of a control signal
    • H03F2203/7236—Indexing scheme relating to gated amplifiers, i.e. amplifiers which are rendered operative or inoperative by means of a control signal the gated amplifier being switched on or off by putting into parallel or not, by choosing between amplifiers by (a ) switch(es)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)

Abstract

本发明提供一种可变增益低噪声放大器，于其输入端口接收一单端输入信号，并于其输出端口提供一差动输出信号。该可变增益低噪声放大器包含共同耦接至该输入端口的多个放大级，其中有多个减数放大级共同耦接至该输出端口的负端、多个被减数放大级共同耦接至该输出端口的正端。一控制电路负责启动至多一个减数放大级并启动一个被减数放大级，以组态出产生该射频差动输出信号的一差动放大器组合。

Description

可变增益低噪声放大器以及操作可变增益低噪声放大器的方法
技术领域
本发明与射频通讯装置中的低噪声放大器相关。
背景技术
在射频接收器中，低噪声放大器往往是整个信号处理程序的第一环。抵达低噪声放大器的输入端的信息承载信号通常是微弱且遭受噪声破坏的。优良的低噪声放大器应提高输入信号的能量，并最小化放大器对放大后信号造成的负面影响，例如因放大器产生的噪声和失真。因此，除了在操作频带中具有线性增益、稳定性和阻抗匹配等性质，良好的低噪声放大器亦应有低噪声系数(noisefigure,NF)，及高相互调变(intermodulation)与压缩点。
接收链的前端通常会连接一条不平衡的接地信号传输线，导致其与采用差动信号架构的射频接收器间的界面问题。在差动信号架构中，目标信号的振幅是两个会随时间变化的信号间的电压差异；这种做法的好处不少，例如可消除共模噪声。若欲将单端信号系统(例如一不平衡的传输线)连接至采用差动信号架构的接收器，一种常见的方案是在接口上或接口附近设置一不平衡转换器，通称为匹配器(balun)。然而，此方案不仅增加了接收器的尺寸、复杂度及价钱，多数匹配器的带宽亦相当有限。因此，当接收器必须接收分布在较宽带带中的信号时，便可能需要多个匹配器，每一匹配器各自负责目标频谱中的一个区段。举例而言，传统的电视调谐器操作在特高频(very-high frequency,VHF)电视广播频段(在美国为54兆赫至216兆赫)以及超高频(ultra-high frequency,UHF)电视广播频段(470兆赫至806兆赫)。此类电视调谐器中的输入电路通常会针对VHF和UHF频段使用不同的电路，其中各有各的匹配器、低噪声放大器以及降频转换器。
可变增益低噪声放大器经常被使用在输入信号强度会持续变动的环境。若欲达成宽广的动态范围，可变增益低噪声放大器需兼具放大功能和衰减功能。然而，许多衰减器电路中的寄生负载会对放大器的频率范围构成限制。
目前在无线前端技术中的一个重要研究方向是希望能以最低电路尺寸及成本设计出适用于单端至差动信号转换接口的宽带低噪声放大器电路。
发明内容
于一可变增益低噪声放大器中，一输入端口包含一信号端与一共享端，其间接收一射频单端输入信号。一输出端口包含一正端与一负端，其间提供一射频差动输出信号。多个放大级共同耦接至该输入端口的该信号端。该多个放大级包含多个共同耦接至输出端口的负端的放大级(以下称减数放大级)以及多个共同耦接至输出端口的正端的放大级(以下称被减数放大级)。一控制电路电性连接至该多个放大级，用以启动至多一个减数放大级和一个被减数放大级，以形成产生该射频差动输出信号的一差动放大级组合。
附图说明
图1为根据本发明的一实施例中的可变增益低噪声放大器的示意图。
图2为根据本发明的另一实施例中的可变增益低噪声放大器的示意图。
图3A～图3D各自为根据本发明的一可变增益低噪声放大器对应于不同操作模式的示意图。
图4为根据本发明的一实施中的放大程序的流程图。
符号说明
10、20：可变增益低噪声放大器  105：输入端口
105s：信号端                  105g：共享端
110：反馈电路                 120a-120b：减数放大级
125a-125f：电流源             130a-130c：被减数放大级
230a-230b：环通放大级         135：电阻电路
140：信号强度传感器           150：控制电路
155：控制器                   160：输出端口
160p：正端                    160m：负端
260：输出端口                   260s：信号端
260g：共享端                  310：HHG操作模式
320：LHG操作模式              330：HLG操作模式
340：LLG操作模式              S1-S6：组态开关
SF1～SF2：反馈阻抗选择开关      M1～M14：晶体管
RF0～RF2：反馈电阻            R1～R7：电阻
VIN：输入信号                 VBP、VBN：栅极电压
VH1-VH2、VC：电压供应端         VL1-VL2：低电压端
VOUT：差动输出信号            VOP、VOM：输出信号成分
VSENSE：信号强度指示          LTO：环通输出信号
400：放大程序                 405～435：流程步骤
具体实施方式
以下各实施例及其相关图式可充分说明本申请案的发明概念。各图式中相似的元件编号系对应于相似的功能或元件。须说明的是，此处所谓本发明一辞系用以指称该等实施例所呈现的发明概念，但其涵盖范畴并未受限于该等实施例本身。此外，本揭露书中的数学表示式系用以说明与本发明的实施例相关的原理和逻辑，除非有特别指明的情况，否则不对本发明的范畴构成限制。本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，有多种技术可实现该等数学式所对应的物理表现形式。
须说明的是，本发明的图式包含呈现多种彼此关联的功能性模块的功能方块图。该等图式并非细部电路图，且其中的连接线仅用以表示信号流。功能性元件及/或程序间的多种互动关系不一定要透过直接的电性连结始能达成。此外，个别元件的功能不一定要如图式中绘示的方式分配，且分布式的区块不一定要以分布式的电子元件实现。
本发明提供的技术与射频接收器中用以接收单端输入信号(例如透过一条不平衡的传输线或单一导线)、产生差动输出信号(例如透过一平衡的传输线或差动导线对)的低噪声放大器相关。以下说明主要以电视接收器前端电路为例，但本发明的范畴不以此为限。根据此揭露书的内容，本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，其他放大器亦可能实现本发明的概念；本发明的范畴涵盖该等变型态样。
图1呈现根据本发明的一实施例中的可变增益低噪声放大器10的示意图。举例而言，可变增益低噪声放大器10可被整合进电视接收器中，例如电视本身或其相关装置(例如机顶盒)，用以放大特高频(VHF)和超高频(UHF)电视频段中的信号。在这个情况下，可变增益低噪声放大器10被设计为用以放大频率范围大约在50兆赫至900兆赫间的信号。输入端口105包含一信号端105s与一共享端105g，并于此之间接收一射频单端输入信号VIN。输出端口160包含一正端160p与一负端160m，并于其间输出一射频差动输出信号VOUT至目标负载电路(未绘示)。易言之，可变增益低噪声放大器10接收单端输入信号VIN并据此产生差动信号VOUT。
差动输出信号VOUT系由输出信号成分VOP和输出信号成分VOM间的差异构成。差动输出信号VOUT可被视为一被减数信号VOP与一减数信号VOM间的差异，亦即VOUT＝VOP-VOM。须说明的是，此命名方式意不在限制本发明的范畴，而是期以一致且精准的明述方式表达各实施例中的不同组态和信号特性。
可变增益低噪声放大器10包含多个减数放大级120a-120b(以下统称减数放大级120)以及多个被减数放大级130a-130c(以下统称被减数放大级130)。“减数”和“被减数”对应于放大级120或130产生的差动信号成分。须说明的是，虽然可变增益低噪声放大器10被绘示为由金氧半场效晶体管(MOSFET)构成，但本发明的范畴不以此为限。透过此揭露书，本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解其他类型的晶体管亦能实现本发明。
可变增益低噪声放大器10包含一控制电路150，其中又包含一控制器155、组态开关S1-S6、反馈阻抗选择开关SF1-SF2，以及由晶体管M5实现的一截断开关(以下称截断开关M5)。控制器155可利用合适的电路实现，以达成随后将详述的多种监看和控制功能。举例而言，控制器155可为模拟电路、数字电路，或是模拟电路和数字电路的组合，亦可为将模拟信号转介至数字电路的中间电路，或是将数字信号转介至模拟电路的中间电路。控制器155可包含固定式及/或可编程的逻辑电路，例如但不限于可编程逻辑门阵列、针对特定应用的集成电路、微控制器、微处理器、数字信号处理器。此外，控制器155可被设计为透过执行一存储器(未绘示)中所储存的处理器指令，来完成多种任务。实务上，控制器155可为一更大控制电路的一部份；该更大控制电路可用于控制可变增益低噪声放大器10所隶属的接收器。开关S1-S6、SF1-SF2可利用射频切换装置来实现，其频率范围系根据可变增益低噪声放大器10所需者而选定。
可变增益低噪声放大器10中的反馈电路110包含一个或多个串联的电阻RF0-RF2。须说明的是，“反馈电路”系一概称；反馈电路110不需要在所有情况下皆提供反馈功能。反馈电路110的实际功能由控制电路150控制。反馈电路110的一端连接于输出端口160的负端160m，另一端连接于输入端口105的信号端105s。截断开关M5和晶体管M7的漏极皆连接至输出端口160的负端160m。晶体管M6、M7的栅极皆连接至输入端口105的信号端105s。因此，减数放大级120皆连接至反馈电路110。如随后将详述者，于提供输出信号成分VOM时，控制电路150可选择启动减数放大级120中的一个或多个减数放大级，或不启动任何减数放大级120。被启动的减数放大级120的增益至少有一部分相关于反馈电路110建立的阻抗(以下统称反馈阻抗RF)。控制电路150利用控制一个或多个开关(SF1、SF2)进入导通状态(亦即略过相对应的反馈电阻RF1-RF2)可达成一特定阻抗RF，亦可控制一个或多个开关进入未导通状态(亦即将相对应的反馈电阻RF1-RF2纳入阻抗RF)。本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，此外亦有其他不背离本发明精神的可变阻抗机制。
于一实施例中，开关SF1-SF2皆处于未导通状态，达成最大阻抗RF＝RF0+RF1+RF2，足以阻断输入信号VIN行经自信号端105s通过反馈电路110至负端160m的信号路径。在许多情况下，为配合其他设计限制例如最大增益、输入阻抗等等，将阻抗RF设定为最大阻抗是常见的结果。然而，须说明的是，本发明的范畴并未限定于一特定最大阻抗或一特定最小阻抗。
被减数放大级130亦耦接至输入端口105。如绘示于图1，晶体管M8、M11的栅极皆连接至信号端105s。在被减数放大级130c中，晶体管M10的栅极于耦接至信号端105s时通过会将输入信号VIN衰减的一信号路径，例如电阻电路135中的电阻R6。此外，被减数放大级130皆连接至输出端口160的正端160p。
放大级120和130分别于一电压供应端(后称高电压端)，例如VH1-VH2，以及一低电压端(例如VL1-VL2)间建立出一偏压电流路径。如图1所示，高电压端VH1、VH2的电压不必相等，低电压端VL1、VL2亦然。此外，高电压端VH1和低电压端VL1间的电压差异不需要等于高电压端VH2和低电压端VL2间的电压差异。
电流源125a-125d(以下统称电流源125)可设置于放大级120、130的偏压电流路径中，以提供偏压电流。电流源125提供的偏压电流大小可透过一闸级电压来建立。图1中以p型MOSFET构成的电流源125a-125c所提供的偏压电流与栅极电压VBP成比例，而图1中以n型MOSFET构成的电流源125d所提供的偏压电流与栅极电压VBN成比例。于此实施例中，VBP和VBN系受控于控制电路150，但本发明的范畴不以此为限。举例而言，在某些实施例中，栅极电压VBP及/或VBN可由一电源供应器或一电压调整器提供，并且被设定为固定电压。须说明的是，本发明的范畴并未限定于一特定偏压技术，放大器设计领域中具有通常知识者可理解各种偏压机制对于小信号增益、输入和输出阻抗等特性的影响，其细节不再赘述。
控制电路150可启动或一个或多个减数放大级120及/或被减数放大级130(以下统称一差动放大器组合)，以产生差动输出信号VOUT。控制电路150可选择一差动放大器组合，以达成特定增益GO＝VOUT/VIN。须说明的是，“增益”一辞于此系用以表示当VOUT的振幅高于VIN的振幅时的放大量，当VOUT的振幅低于VIN的振幅时的衰减量，或是当VOUT的振幅大致等于VIN的振幅时的缓冲(buffering)量。假设于该差动放大器组合中，减数放大级120的增益为GM而被减数放大级130的增益为GP，则VOUT＝VOP-VOM＝GP·VIN–GM·VIN，亦即GO＝GP–GM。放大级120、130的电路元件可被设计为达到特定增益。于一实施例中，所有被减数放大级130的增益GP皆大致为1，而增益GM为下列参数的函数：(1)有哪几个或无任何减数放大级120被启动，以及(2)控制电路150令被启动的减数放大级120具有的电路组态。在这个情况下，各个减数放大级120可被设计为提供不同的增益。此外，减数放大级120可透过组态开关S1-S6被连接至其他电路，以辅助或取代原偏压电路路径中的元件，进而产生另一增益。举例而言，根据本发明的实施例可利用这种组态选择方式，令增益GO可在+20dB到-10dB的范围内变化；随后将有详细的实施例。须说明的是，本发明的范畴不以此为限。
根据本发明的一实施例根据输入信号VIN的信号强度选择适当的差动放大器组合以及增益GO。因此，本发明实施例可包含一信号强度传感器140，其感应范围涵盖输入信号VIN所有可能的信号强度。本发明的范畴并未限定于特定信号强度传感器，其范例包含包含波峰侦测器、波封侦测器等等。信号强度传感器140产生一信号强度指示VSENSE(例如指出VIN的振幅大小)，交由后续装置(例如控制器155)处理。
图2呈现本发明的一实施例的可变增益低噪声放大器20的示意图。除了新增用以提供环通功能的放大级230a-230b(以下统称环通放大级230)之外，可变增益低噪声放大器20与图1中的可变增益低噪声放大器10相同。为避免图面过度复杂，传感器140被省略未绘出。在这个实施例中，可变增益低噪声放大器20不仅于输出端口160产生一差动输出信号VOUT，亦于输出端口260的信号端260s和共享端260g之间产生一单端输出信号(以下统称环通输出信号LTO)。如绘示于图2，环通放大级230被设计为源极随耦器，于各自的偏压电流路径设有电流源125e-125f。环通输出信号LTO为输入信号VIN经过缓冲后的复制信号。可变增益低噪声放大器20的控制电路150包含组态开关S7-S8，用以根据产生该复制信号所需要的电压范围，选择环通放大级230中的一个。如绘示于图2，电流源125e包含一电阻R4，而电流源125f未包含类似的电阻。因此，相较于环通放大级230a，环通放大级230b具有较大的动态范围。须说明的是，电流源125c、125d存在相同的结构差异，因此，亦可根据产生该复制信号所需要的电压范围选择被减数放大级130。于一实施例中，被减数放大级130和环通放大级230被一起选择；被减数放大级130a和环通放大级230a会被一起启动，而被减数放大级130b/130c(皆包含电流源125d)和环通放大级230b会被一起启动。
根据本发明的一实施例定义了不同的操作模式，以令可变增益低噪声放大器20(或可变增益低噪声放大器10)达到特定增益GO。举例而言，可变增益低噪声放大器20可受控制电路150控制，被选择性地组态为高高增益(HHG)模式、低高增益(LHG)模式、高低增益(HLG)模式与低低增益(LLG)模式。组态开关S1-S3、S5-S8和截断开关M5被设置于放大级120、130的偏压电路路径中，组态开关S4被设置于电阻电路135中。控制器155可透过多个信号线，分别控制开关S1-S8、SF1-SF2和截断开关M5进入导通(闭路)或未导通(开路)状态，以选择可变增益低噪声放大器20的操作模式。
图3A～图3D(以下统称图3)各自为根据本发明的一可变增益低噪声放大器对应于HHG、LHG、HLG、LLG操作模式的示意图。于说明图3时主要以图2中的可变增益低噪声放大器20为例；若略过与环通路径相关的描述，亦适用于图1中的可变增益低噪声放大器10。为避免图面过度复杂，控制器155、电压传感器140和多条控制信号线虽然仍会发挥作用，但于图3中被省略未绘出。
图3A为可变增益低噪声放大器20处于HHG操作模式的示意图。控制电路150可于判定目前输入信号VIN相对较弱时选择HHG操作模式。在这个情况下，控制电路150可设定开关S1、S3、S7进入导通状态，截断开关M5与反馈阻抗选择开关SF2亦然。其他所有的开关则是被设定为未导通状态。偏压栅极电压VBP被控制为在有负载电阻R1、R3、R4的情况下，为晶体管M6、M8、M9建立适当的偏压电流。在HHG操作模式中不需要偏压栅极电压VBN，但偏压栅极电压VBN仍可存在。于此HHG组态，减数放大级120a被组态为一并联反馈-共享源极放大器，而被减数放大级130a被组态为一源极随耦器。放大级120a、130a构成差动放大器组合，且环通放大级230a被启动以提供环通输出信号LTO。在HHG组态310中，放大级120a的增益GM为下列参数的函数：晶体管M6的互导gm6、反馈阻抗RF＝RF0+RF1的并联阻抗、电流源125a的负载阻抗，以及考虑通道长度调变的晶体管M6的漏极阻抗。这些参数被设定为将放大级120a组态为可变增益低噪声放大器20中具有最高增益的放大级。放大器设计领域中具有通常知识者可理解，放大级130a和230a的增益GP大致等于一。因此，单端环通输出信号LTO大致相同于输入信号VIN，差动输出信号VOUT则大致为：VOUT＝VOP–VOM＝VIN-GCS·VIN＝(1–GCS)·VIN。由于共享源极放大器的增益GM为负值，差异VOP–VOM被建设性结合，使得GO高于GP和GM。
须说明的是，当开关S1处于导通状态且晶体管M1、M7的漏极彼此相连，晶体管M7可取得偏压电流。电阻R7可提供适当的阻抗，以避免晶体管M7被启动；晶体管M6的源极便未设有此类阻抗。
图3B为可变增益低噪声放大器20处于LHG操作模式320的示意图。在这个情况下，控制电路150可设定开关S2、S3、S7、SF1-SF2皆进入导通状态，其他所有的开关则是被设定为未导通状态。须说明的是，截断开关M5被设定为未导通状态是为了避免放大级120a自电流源125b吸收偏压电流，进而导致晶体管M6进入关闭状态。与在HHG模式相同，被启动以提供输出信号成分VOP和环通输出信号LTO的为源极随耦器130a、230a。HHG和LHG模式的增益差异系由以下两个差异造成：(1)减数放大级120a、120b的差异，(2)反馈阻抗RF的差异。如绘示于图3B，放大级120b包含源极电阻R7，因此会使其增益低于电路结构相似的放大级120a。相较于HHG模式，LHG模式的反馈阻抗RF较低，其差异大致为阻抗RF1。
图3C为可变增益低噪声放大器20处于HLG操作模式330的示意图。在这个情况下，控制电路150可设定开关S4、S5、S8皆进入导通状态，并设定其他开关进入未导通状态。因此，电流源125a-125c、125e被启动且阻抗RF被设定为最大值。藉此，晶体管M7被迫进入截止状态，因此未启动减数放大级120b(藉由设定截断开关M5为开路，减数放大级120a保持未启动)。由于两个减数放大级120皆未启动，VOM将为经过阻抗RF衰减的输入信号VIN。因此，当阻抗RF大到足以禁止输入信号VIN通过反馈电路110，输出信号成分VOM相对较低，例如大致等于零伏特。同时，VOP系提供自n型源极随耦器130b，而环通输出信号LTO系提供自源极随耦环通放大器230b。这些源极随耦器的增益皆各自大致为一(如同忽略电阻R3、R4的源极随耦器130a、230a)，可允许信号VOP具有较大的电压振幅。差异VOUT＝(VOP–VOM)≈(VIN–0)＝VIN。
本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，若晶体管M6、M7皆处于截止状态，可变增益低噪声放大器20的输入阻抗不再是闭路负反馈的函数(如同当晶体管M6或M7处于饱和状态时)。如先前所述，输入阻抗匹配(例如匹配耦接至输入端口105的一传输线的特征阻抗)造成的限制，可能会令阻抗RF需要具有相当大的阻抗值，且只有透过负反馈始能达成输入阻抗匹配。当晶体管M6、M7皆处于截止状态，负反馈便无法实现，进而影响可变增益低噪声放大器20的输入阻抗。于一实施例中，电阻电路135的阻抗被选择为实现一小信号并联阻抗，等于目标输入阻抗，例如75Ω。在这个情况下，可变增益低噪声放大器20的输入阻抗可能为被启动的被减数放大级120的闭路输入阻抗(开关S4操作于未导通状态)，或者为电阻电路135的并联阻抗(开关S4处于导通状态，两个被减数放大级120皆未启动)。
图3D为可变增益低噪声放大器20处于LLG操作模式340的示意图。控制电路150可设定开关S4、S6、S8进入导通状态，并设定其他开关进入未导通状态。因此，当可变增益低噪声放大器20处于HLG操作模式330，放大级120未启动。如同HLG模式330，环通信号LTO系提供自源极随耦器环通放大级230b。然而，输出信号成分VOP系提供自被减数放大级130c；被减数放大级130c的输入信号系取自电阻电路135中的电阻R5、R6间的一电路节点。因此，信号VIN在被减数放大级130c的输入端被衰减(放大级130c的增益大致等于一)，而衰减后的信号VIN于输出端口160成为信号成分VOP。相似地，输出信号成分VOM大致为零，而差异VOUT＝VOP–VOM＝VIN。
图4为根据本发明的一实施中的放大程序400的流程图。步骤405为决定信号VIN的信号强度，例如利用电压传感器140。电压传感器140可产生一电子信号，指出输入信号VIN的振幅可被拿来与多个门槛值比较，例如利用控制器155。信号VIN的振幅可被拿来和一组强弱不同的门槛值比较，例如最弱信号强度门槛<中等信号强度门槛<最强信号强度门槛，其中各门槛定义了不同操作模式间的边界。当|VIN|<最弱信号强度门槛，控制电路150可控制根据本发明的一可变增益低噪声放大器，例如可变增益低噪声放大器10或20，进入HHG模式310，如绘示于步骤410。若步骤405判定最弱信号强度门槛≤|VIN|≤中等信号强度门槛，控制电路150可控制可变增益低噪声放大器20进入LHG模式320，如绘示于步骤415。若步骤405判定中等信号强度门槛<|VIN|≤最强信号强度门槛，放大程序400可执行步骤420，即令控制电路150控制可变增益低噪声放大器20进入HLG模式330。若步骤405判定|VIN|>最强信号强度门槛，放大程序400可执行步骤425，即令控制电路150控制可变增益低噪声放大器20进入LLG模式340。一旦可变增益低噪声放大器已被适当地组态完成，放大程序400便执行步骤430，亦即利用被启动的差动放大器组合放大、缓冲或衰减信号VIN；差动输出信号VOUT＝VOP–VOM系由输出端口160提供。步骤435为由被启动的环通放大级于环通输出端口260提供单端环通信号LTO。须说明的是，放大程序400可被重复执行，以配合输入信号VIN不断改变的信号强度，持续动态调整增益。
本发明的实施例的概念所呈现的功能性元件可被编码并储存为计算机可读取媒体中的处理器指令，以进行制造、运输、营销及/或贩卖。无论该等处理器指令被执行的处理平台为何，亦无论该等处理器指令的编码方式为何，本发明的概念皆可被实现。须说明的是，只要储存于其中的指令可被一处理器依序撷取、解码、执行，上述计算机可读取媒体可为任一种非瞬时媒体。非瞬时计算机可读取媒体包含但不限于：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和其他电子储存装置、CD-ROM、DVD和其他光学储存装置、磁带、软盘、硬盘及其他磁性储存装置。该等处理器指令可利用各种程序语言实现本发明。
藉由以上较佳具体实施例的详述，系希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (20)

1.一种可变增益低噪声放大器，包含：
输入端口，包含信号端与共享端，射频单端输入信号提供至该信号端与该共享端之间；
输出端口，包含正端与负端，输出射频差动输出信号；
多个放大级，共同耦接至该输入端口的该信号端，该多个放大级包含:
多个减数放大级，共同耦接至该输出端口的该负端；以及
多个被减数放大级，共同耦接至该输出端口的该正端；
以及
控制电路，电性连接至该多个放大级，用以启动一个减数放大级并启动一个被减数放大级，以构成差动放大器组合，以由该单端输入信号产生该差动输出信号。
2.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，进一步包含：
反馈电路，电性连接至该输出端口的该负端与该输入端口的该信号端，该反馈电路包含可变电阻反馈路径。
3.如权利要求2所述的放大器，其特征在于，该控制电路包含：
多个开关电路，分别设置于该多个放大级各自的偏压电流路径中，且与多个电压供应端相连，各开关电路被分别操作于导通状态或未导通状态；以及
控制器，根据施加于该输入信号的增益量产生一控制信号，使该多个开关电路选择性地进入该导通状态与该未导通状态。
4.如权利要求3所述的放大器，其特征在于，该多个放大级进一步包含：
多个电流源，设置于该多个放大级各自的偏压电流路径中，与该多个开关电路串联；以及
电阻电路，耦接于该多个电压供应端中之一与该输入端口的该信号端之间，且透过该多个开关电路之一被选择性地连接至该电压供应端。
5.如权利要求4所述的放大器，其特征在于，该多个减数放大级进一步包含：
多个晶体管，设置于该多个减数放大级的偏压路径中，该多个晶体管的所有漏极被共同耦接至该反馈电路的一端，该多个晶体管的所有栅极被共同耦接至该反馈电路的另一端；其中，响应于该控制信号，该多个晶体管构成多个并联反馈-共享源极放大器，且该多个并联反馈-共享源极放大器各自的增益值有至少一部分根据该反馈电路中被选择的阻抗而决定；以及
多个电阻，设置于该多个减数放大级的偏压路径中，该多个并联反馈-共享源极放大器各自的增益值有至少一部份根据该多个电阻的值而决定，使得该多个增益各不相同。
6.如权利要求5所述的放大器，其特征在于，该多个被减数放大级进一步包含：
多个晶体管，设置于该多个被减数放大级的偏压路径中，以形成多个源极随耦放大器。
7.如权利要求6所述的放大器，其特征在于，该控制器比较该输入信号的信号强度与预先决定的一组信号强度门槛，并据此产生该控制信号，以建立施加于该输入信号的该增益量。
8.如权利要求7所述的放大器，其特征在于，当该输入信号强度低于一信号强度门槛，该控制器产生该控制信号，以控制该开关电路关闭具有最高增益的该减数放大级的偏压电流路径。
9.如权利要求8所述的放大器，其特征在于，若该输入信号强度高于另一信号强度门槛，该控制器产生该控制信号，以开启该多个减数放大级的偏压电流路径，并连接该电阻电路至该电压供应端。
10.如权利要求9所述的放大器，其特征在于，若该输入信号强度高于第三信号强度门槛，该控制器产生该控制信号，以进一步关闭该多个源极随耦放大器中的一源极随耦放大器，其中被关闭的该源极随耦放大器具有衰减该输入信号的输入信号路径。
11.如权利要求10所述的放大器，其特征在于，衰减该输入信号的该输入信号路径包含一节点，该节点位于该电阻电路中的多个电阻间。
12.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，进一步包含：
环通端口，包含信号端与共享端，其间提供射频单端环通信号；以及
多个环通放大级，共同耦接至该输入端口的该信号端与该环通端口的该信号端，用以缓冲该输入信号，成为该射频单端环通信号。
13.如权利要求12所述的放大器，其特征在于，该控制电路同时启动该多个环通放大级之一与该差动放大器组合中的该被减数放大级。
14.一种操作可变增益低噪声放大器的方法，包含：
决定射频单端输入信号的输入信号强度，该射频单端输入信号由放大器的输入端口所接收，并且输入至该输入端口的信号端与共享端之间；
启动差动放大器组合，以根据该输入信号强度施加增益量于该输入信号，被启动的该差动放大器组合包含多个减数放大级中的一个减数放大级以及多个被减数放大级中的一个被减数放大级，该多个减数放大级共同连接至输出端口的负端，该多个被减数放大级共同连接至该输出端口的正端；以及
提供差动信号成分至该输出端口的该正端，来自被启动的该差动放大器组合中的该被减数放大级，以及提供另一差动信号成分至该输出端口的负端，来自被启动的该差动放大器组合中的该减数放大级，藉此于该输出端口的该正端与该负端间提供射频差动输出信号。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包含：
决定该增益量，其根据该输入信号强度与预先决定的一组由最弱排列至最强的信号强度门槛的比较结果。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，决定该增益量包含：
当该输入信号强度低于最弱信号强度门槛，产生控制信号，以启动该差动放大器组合，使该差动放大器组合包含被组态为并联反馈-共享源极放大器的该多个减数放大级之一以及被组态为源极随耦放大器的该多个被减数放大级之一，其中被启动的该减数放大级于该多个减数放大级中具有最高增益。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，产生该控制信号包含：
当该输入信号强度超过该最弱信号强度门槛但低于中等信号强度门槛，产生该控制信号，以启动该差动放大器组合，该差动放大器组合包含另一被组态为并联反馈-共享源极放大器的减数放大级以及另一组态为该源极随耦放大器的被减数放大级，其中被启动的该减数放大级的增益低于该最高增益。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，产生该控制信号进一步包含：
当该输入信号强度高于该中等信号强度门槛但低于最强信号强度门槛，产生该控制信号，以启动该差动放大器组合，该差动放大器组合包含第二个被组态为源极随耦放大器的被减数放大级，且不包含任何启动的减数放大级，其中第二个被启动的该源极随耦放大器的信号范围大于前述第一个被启动的该源极随耦放大器。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，产生该控制信号进一步包含：
当该输入信号强度高于该最强信号强度门槛，产生该控制信号，以启动该差动放大器组合，该差动放大器组合包含第三个被组态为源极随耦放大器的被减数放大级且不包含任何减数放大级，其中第三个被启动的该源极随耦放大器具有衰减该输入信号的输入信号路径。
20.如权利要求14所述的方法，其特征在于，包含：
产生控制信号，以启动多个环通放大级中的环通放大级，该多个环通放大级共同耦接至环通端口的信号端；以及
自被启动的该环通放大级提供射频单端环通信号于该环通端口的该信号端与共享端之间。
CN201410781290.8A 2013-12-16 2014-12-16 可变增益低噪声放大器以及操作可变增益低噪声放大器的方法 Expired - Fee Related CN104796090B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/107,463 US9112472B2 (en) 2013-12-16 2013-12-16 Variable gain low-noise amplifier
US14/107,463 2013-12-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104796090A true CN104796090A (zh) 2015-07-22
CN104796090B CN104796090B (zh) 2017-11-24

Family

ID=53369710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410781290.8A Expired - Fee Related CN104796090B (zh) 2013-12-16 2014-12-16 可变增益低噪声放大器以及操作可变增益低噪声放大器的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9112472B2 (zh)
CN (1) CN104796090B (zh)
TW (1) TWI524661B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108781062A (zh) * 2016-03-23 2018-11-09 三菱电机株式会社 可变增益放大器
CN109756194A (zh) * 2017-11-07 2019-05-14 瑞昱半导体股份有限公司 放大器电路及相关的接收器

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160079945A1 (en) * 2014-09-16 2016-03-17 Texas Instruments Incorporated Programmable impedance network in an amplifier
KR20160145408A (ko) * 2015-06-10 2016-12-20 삼성전자주식회사 방송수신장치 및 그에 포함되는 다층 인쇄회로기판
CN113612450B (zh) * 2021-10-09 2022-01-04 成都嘉纳海威科技有限责任公司 一种超宽带驱动放大电路

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020032004A1 (en) * 2000-05-09 2002-03-14 Bernard Widrow Simultaneous two-way transmission of information signals in the same frequency band
CN1841923A (zh) * 2005-03-29 2006-10-04 因特格瑞特科技有限公司 具有可变增益模式的低噪音放大器和差分放大器
CN1914795A (zh) * 2004-01-30 2007-02-14 松下电器产业株式会社 可变增益电路
CN101888210A (zh) * 2010-07-16 2010-11-17 上海集成电路研发中心有限公司 可变增益低噪声放大器
CN102027673A (zh) * 2008-04-18 2011-04-20 伊洛尼克斯有限公司 低噪声放大器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200906118A (en) * 2007-07-31 2009-02-01 Univ Nat Taiwan Self-mixing receiver and method thereof
TW200931795A (en) * 2008-01-08 2009-07-16 Richtek Technology Corp Apparatus and method for improving the feedback linearity of a 1.5-bit Σ-Δ class-D amplifier
JP5501317B2 (ja) * 2011-09-21 2014-05-21 株式会社半導体理工学研究センター 時間差増幅回路
US8975961B2 (en) * 2013-05-24 2015-03-10 Texas Instruments Incorporated Power amplifier control circuits

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020032004A1 (en) * 2000-05-09 2002-03-14 Bernard Widrow Simultaneous two-way transmission of information signals in the same frequency band
CN1914795A (zh) * 2004-01-30 2007-02-14 松下电器产业株式会社 可变增益电路
CN1841923A (zh) * 2005-03-29 2006-10-04 因特格瑞特科技有限公司 具有可变增益模式的低噪音放大器和差分放大器
CN102027673A (zh) * 2008-04-18 2011-04-20 伊洛尼克斯有限公司 低噪声放大器
CN101888210A (zh) * 2010-07-16 2010-11-17 上海集成电路研发中心有限公司 可变增益低噪声放大器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108781062A (zh) * 2016-03-23 2018-11-09 三菱电机株式会社 可变增益放大器
CN108781062B (zh) * 2016-03-23 2022-04-12 三菱电机株式会社 可变增益放大器
CN109756194A (zh) * 2017-11-07 2019-05-14 瑞昱半导体股份有限公司 放大器电路及相关的接收器
CN109756194B (zh) * 2017-11-07 2022-11-22 瑞昱半导体股份有限公司 放大器电路及相关的接收器

Also Published As

Publication number Publication date
US20150171814A1 (en) 2015-06-18
CN104796090B (zh) 2017-11-24
TW201526530A (zh) 2015-07-01
TWI524661B (zh) 2016-03-01
US9112472B2 (en) 2015-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104796090A (zh) 可变增益低噪声放大器以及操作可变增益低噪声放大器的方法
CN101471625B (zh) 放大器以及信号放大方法
EP2946467B1 (en) Amplifier with switchable common gate gain buffer
CN109314496B (zh) 用于宽带放大器的有源线性化
US10027355B2 (en) Blocker detection based automatic gain control
KR101624194B1 (ko) 가변 이득 증폭기 방법 및 시스템
JP2006279963A (ja) 可変利得モードを持つ低雑音増幅器及び差動増幅器
CN102361435A (zh) 一种可变增益宽带低噪声放大器
US8073417B2 (en) Method and system for a transformer-based high performance cross-coupled low noise amplifier
US7414480B2 (en) Differential/single-ended input stage
CN104796101B (zh) 低噪声放大器以及利用低噪声放大器将单端输入信号放大为差动输出信号的方法
US20090184762A1 (en) Optimized resistor network for programmable transconductance stage
CN107809220A (zh) 低噪声放大器、射频集成电路、信号接收模块及射频收发芯片
US9397686B2 (en) Method and system for a low input voltage low impedance termination stage for current inputs
JP3303769B2 (ja) 可変利得増幅装置
CN104200221A (zh) 一种指纹识别传感器
US8115553B1 (en) High linearity, low noise, wide bandwidth amplifier/buffer
JP2011199648A (ja) 可変利得減衰器
CN104052419A (zh) 三级放大器
TW201041323A (en) Receiver
JPS63313903A (ja) 増幅回路およびそれを用いた光通信システム
EP3724994A1 (en) Amplifier having a switchable current bias circuit
US20170310292A1 (en) Differential amplifier circuit and radar device
US20090115518A1 (en) Differential amplifier with input stage inverting common-mode signals
CN112262531B (zh) 环通输出电路、电视调谐器和射频接收系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20171124

Termination date: 20191216

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee