CN105103442B - 具有经助推或经制推的源极退化电感的放大器 - Google Patents
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Abstract
公开了具有经助推或经制推的源极退化电感的放大器。在一示例性设计中，一种装置包括放大器电路(400)和反馈电路(450)。放大器电路(400)接收输入信号(RFin)并且提供输出信号(RFout)，并且包括源极退化电感器(432)。反馈电路(450)耦合在放大器电路的节点与源极退化电感器(432)之间。反馈电路(450)提供反馈以改变包括放大器电路和反馈电路的放大器的输入阻抗。反馈电路(450)可以是可编程的并且可以被启用以提供反馈或者被禁用以不提供反馈。替换地，反馈电路(450)可以一直被启用以提供反馈。在任一种情形中，反馈电路(450)可具有可变增益以为放大器提供可变输入阻抗。
Description
背景技术
I.领域
本公开一般涉及电子器件，尤其涉及放大器。
II.背景
无线通信系统中的无线设备(例如，蜂窝电话或智能电话)可以传送和接收数据以供双向通信。无线设备可包括用于数据传送的发射机以及用于数据接收的接收机。对于数据传输，发射机可用数据来调制本地振荡器(LO)信号以获得经调制信号，放大经调制信号以获得具有恰当发射功率电平的输出射频(RF)信号，并经由天线将该输出RF信号发射到基站。对于数据接收，接收机可经由天线获得收到RF信号并且可放大和处理该收到RF信号以恢复由基站发送的数据。
无线设备可包括用于不同目的的不同类型的放大器。例如，无线设备可包括接收机中的低噪声放大器(LNA)、发射机中的功率放大器(PA)以及接收机和/或发射机中的可变增益放大器(VGA)。放大器可能需要满足与增益、输入匹配等有关的各种要求。
附图简述
图1示出了无线设备正与无线系统通信。
图2示出了图1中的无线设备的框图。
图3示出了具有固定源极退化电感的LNA。
图4示出了具有经助推的源极退化电感的LNA。
图5示出图4中的LNA的小信号模型。
图6A和6B示出了具有经助推的源极退化电感的单输入多输出(SIMO)LNA的两个示例性设计。
图7示出了具有经助推的源极退化电感的多输入多输出(MIMO)LNA。
图8示出了用于执行信号放大的过程。
详细描述
以下阐述的详细描述旨在作为本公开的示例性设计的描述，而无意表示可在其中实践本公开的仅有设计。术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何设计不必被解释为优于或胜过其他设计。本详细描述包括具体细节以提供对本公开的示例性设计的透彻理解。对于本领域技术人员将明显的是，没有这些具体细节也可实践本文描述的示例性设计。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性设计的新颖性。
本文公开了具有经助推或经制推的源极退化电感的放大器。此类放大器包括源极退化电感器，并且使用反馈来有效地助推/增大或制推/减小源极退化电感器的电感。经助推或经制推的源极退化电感可以改善性能(例如改善输入匹配)并且提供其他优点。具有经助推或经制推的源极退化电感的放大器可用于各种电子设备，诸如无线通信设备。
图1示出了无线设备110正与无线通信系统120和122通信。每个无线系统可以是长期演进(LTE)系统、码分多址(CDMA)系统、全球移动通信(GSM)系统、无线局域网(WLAN)系统或其他某个无线系统。CDMA系统可实现宽带CDMA(WCDMA)、CDMA 1X、时分同步CDMA(TD-SCDMA)、或其他某个版本的CDMA。为简化起见，图1示出了包括两个基站130和132以及一个系统控制器140的无线通信系统120以及包括一个基站134的无线通信系统122。一般而言，无线系统可包括任何数目的基站以及任何网络实体集合。基站还可被称为B节点、演进型B节点(eNB)、接入点等。
无线设备110也可被称为用户装备(UE)、移动站、终端、接入终端、订户单元、站等。无线设备110可以是蜂窝电话、智能电话、平板设备、无线调制解调器、个人数字助理(PDA)、手持式设备、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路(WLL)站、蓝牙设备等。无线设备110可与无线通信系统120和/或122通信。无线设备110还可以接收来自广播站的信号、来自一个或多个全球导航卫星系统(GNSS)中的卫星(例如，卫星150)的信号等等。无线设备110可支持用于无线通信的一种或多种无线电技术，诸如LTE、WCDMA、CDMA 1X、TD-SCDMA、GSM、802.11等等。
图2示出了图1中的无线设备110的示例性设计的框图。在这一示例性设计中，无线设备110包括耦合至主天线210的收发机220、耦合至副天线212的收发机222、以及数据处理器/控制器280。收发机220包括天线接口电路224、多个(K个)LNA 230a到230k、接收电路240、发射电路250、和多个(K个)功率放大器(PA)260a到260k。收发机222包括天线接口电路226、多个(M个)LNA 232a到232m、接收电路242、发射电路252、和多个(M个)PA 262a到262m。收发机220和222可支持多个频带、载波聚集、多种无线电技术、多个无线系统、接收分集、发射分集、从多个发射天线到多个接收天线的MIMO传输等等，或其任何组合。
对于数据接收，天线210接收来自基站和/或其他发射机站的信号并将收到RF信号提供给天线接口电路224。天线接口电路224将一个或多个输入RF信号提供给一个或多个所选LNA 230a到230k。天线接口电路224可包括开关、双工器、共用器、发射滤波器、接收滤波器、匹配电路、定向耦合器等。每个所选LNA 230a到230k放大其输入RF信号并且向接收电路240提供一个或多个经放大RF信号。接收电路240将每一个经放大RF信号从RF下变频到基带，对经下变频信号进行滤波和放大，并且将输入基带信号提供给数据处理器/控制器280。接收电路240可包括混频器、滤波器、放大器、匹配电路、振荡器、LO发生器、锁相环(PLL)等。
对于数据传送，数据处理器/控制器280处理(例如，编码和调制)要发射的数据，并且将一个或多个输出基带信号提供给发射电路250。发射电路250对每个输出基带信号进行放大、滤波并将其从基带上变频至RF，以及将所得的经调制信号提供给所选PA 260a到260k。发射电路250可包括放大器、滤波器、混频器、匹配电路、振荡器、LO发生器、PLL等等。每个所选PA 260a到260k放大其经调制信号，并且提供具有恰当发射功率电平的输出RF信号。来自每个所选PA 260a到260k的输出RF信号被路由通过天线接口电路224并经由天线210来发射。
收发机222内的LNA 232a到232m、接收电路242、发射电路252和PA 262a到262m可以按与收发机220内的LNA 230a到230k、接收电路240、发射电路250和PA 260a到260k相类似的方式操作。收发机220和222可包括图2中未示出的其他电路。收发机220和222的全部或部分可被实现在一个或多个模拟集成电路(IC)、RF IC(RFIC)、混合信号IC等上。例如，LNA230a到230k和接收电路240可实现在一个模块上，该模块可以是RFIC等。收发机220和222中的这些电路也可按其他方式来实现。
数据处理器/控制器280可为无线设备110执行各种功能。例如，数据处理器/控制器280可对经由接收电路240和242接收到的数据以及经由发射电路250和252传送的数据执行处理。数据处理器/控制器280可以控制收发机220和222内的各种电路的操作。存储器282可存储供数据处理器/控制器280使用的程序代码和数据。数据处理器/控制器280可以实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或其他IC上。
图2示出了具有耦合至两个天线210和212的两个收发机220和222的无线设备110的示例性设计。一般而言，无线设备可以包括用于任何数目的天线的任何数目的收发机。每个收发机可包括任何数目的LNA和任何数目的PA以支持任何数目的频带、任何数目的无线系统、任何数目的无线电技术等。
LNA 230a到230k和232a到232m可按各种方式并用各种类型的晶体管来实现。以下描述了用N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管和P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管来实现的LNA的一些示例性电路设计。
图3示出了具有固定源极退化电感的LNA 300的示意图。LNA 300包括源极退化电感器332、增益晶体管334和共源共栅晶体管336。增益晶体管334使其源极耦合至电感器332的一端，使其栅极接收输入RF信号(RFin)，并且使其漏极耦合至共源共栅晶体管336的源极。电感器332的另一端耦合至电路接地。共源共栅晶体管336使其栅极接收控制信号(Vb)，并且使其漏极耦合至负载电路380。增益晶体管334和共源共栅晶体管336可以如图3所示地用NMOS晶体管，或者可以用其他类型的晶体管来实现。
在LNA 300内，增益晶体管334放大RFin信号并且提供经放大信号。共源共栅晶体管336缓冲经放大信号并将输出RF信号(RFout)提供给负载电路380。源极退化电感器332执行数种功能。首先，电感器332使得LNA 300能够获取良好的动态范围(例如，低噪声系数)，并且以低功耗来为接收机达成高灵敏度。其次，电感器332有助于LNA 300的输入匹配。
LNA可包括固定源极退化电感器，该电感器使其电感被选择为获得期望性能，例如期望动态范围、线性度、和输入匹配。LNA可具有可配置增益和/或其他可配置特性。固定源极退化电感器可能无法为LNA的不同可能的设置提供良好性能。
在本公开的一方面，放大器包括源极退化电感器，并且使用反馈来助推/增大或制推/减小源极退化电感器的电感。经助推或经制推的源极退化电感可改善放大器在不同操作条件下的性能。
图4示出了具有经助推的源极退化电感的LNA 400的示例性设计的示意图。LNA400可被用于图2中的LNA中的任一个。LNA 400包括放大器电路420和反馈电路450。
在图4所示的示例性设计中，放大器电路420包括源极退化电感器432、增益晶体管434、共源共栅晶体管436、以及可调节电容器428。增益晶体管434使其源极耦合至电感器432的一端，使其栅极接收输入RF信号(RFin)，并且使其漏极耦合至共源共栅晶体管436的源极。电感器432的另一端耦合至电路接地。共源共栅晶体管436使其栅极接收第一控制信号(Vb)，并且使其漏极耦合至负载电路480。电容器428耦合在增益晶体管434的栅极与源极之间。增益晶体管434可以被称为主增益晶体管，而共源共栅晶体管436可以被称为主共源共栅晶体管。增益晶体管434和共源共栅晶体管436可以如图4所示地用NMOS晶体管，或者可以用其他类型的晶体管来实现。
在图4中示出的示例性设计中，反馈电路450包括AC耦合电容器452、增益晶体管454和共源共栅晶体管456。电容器452使其一端耦合至共源共栅晶体管436的漏极，并且使另一端耦合至增益晶体管454的栅极。增益晶体管454使其源极耦合至电源电压(Vdd)并且使其漏极耦合至共源共栅晶体管456的源极。共源共栅晶体管456使其栅极接收第二控制信号(Vc)，并且使其漏极耦合至源极退化电感器432。增益晶体管454可以被称为反馈增益晶体管，而共源共栅晶体管456可以被称为反馈共源共栅晶体管。增益晶体管454和共源共栅晶体管456可以如图4所示地用PMOS晶体管，或者可以用其他类型的晶体管来实现。
在图4中所示的示例性设计中，负载电路480包括变压器482，变压器482包括初级线圈484和次级线圈486。初级线圈484耦合在共源共栅晶体管436的漏极与Vdd电源电压之间。次级线圈486向下变频器(图4中未示出)提供差分输出RF信号。
在LNA 400内，主增益晶体管434放大RFin信号并且提供经放大信号。主共源共栅晶体管436缓冲经放大信号并将RFout信号提供给负载电路480。源极退化电感器432使得LNA 400能够获得用于LNA 400的良好的动态范围、低噪声系数、高灵敏度以及良好的输入匹配。反馈增益晶体管454放大来自共源共栅晶体管436的RFout信号并且提供第二经放大信号。反馈共源共栅晶体管456缓冲第二经放大信号并且驱动源极退化电感器432。
在图4所示的示例性设计中，反馈电路450将来自放大器电路420的输出端的负反馈提供到源极退化电感器432。负反馈可导致源极退化电感的助推/增大。在另一示例性设计中，反馈电路可以提供正反馈，这可导致源极退化电感的制推/减小。
在一示例性设计中，放大器电路420可具有固定增益，该固定增益可以由各种因子来确定，诸如增益晶体管434的大小、增益晶体管434的偏置电流的量等。在另一示例性设计中，放大器电路420可具有可变增益，该可变增益可以通过改变增益晶体管434的偏置电流的量来调节。
图4示出了具有经助推源极退化电感的LNA 400的示例性设计。具有经助推或经制推的源极退化电感的LNA也可以用其他方式来实现。在另一示例性设计中，LNA可包括(i)耦合至至少一个源极退化电感器的至少一个增益晶体管以及(ii)直接耦合至电路接地的至少一个附加增益晶体管。增益晶体管或附加增益晶体管可例如取决于信号状况来选择。在另一示例性设计中，LNA可包括耦合在LNA的输出端与输入端之间的反馈电路(而不是耦合在LNA的输出端与源极退化电感器之间)。该反馈电路可包括电阻器、电容器、晶体管、其他某个电路组件、或其组合。反馈电路可有助于输入匹配并且还可增大LNA的线性度。
在另一示例性设计中，LNA可包括替代共源共栅晶体管的共源共栅电路。该共源共栅电路可包括(i)耦合在增益晶体管的漏极与中间节点之间的第一共源共栅晶体管，(ii)耦合在该中间节点与该LNA的输出端之间的第二共源共栅晶体管，以及(iii)耦合在该中间节点与电路接地之间的分流晶体管。当该共源共栅电路被启用时，第一和第二共源共栅晶体管可以被导通以在LNA输出端处提供输出RF信号，并且该分流晶体管可以被截止。当该共源共栅电路被禁用时，第一和第二共源共栅晶体管可以被截止以在LNA输出端处不提供输出RF信号，并且该分流晶体管可以被导通以将该中间节点拉至电路接地并提供LNA输出端与增益晶体管之间更好的隔离。当相同的负载电路被例如不同LNA中的多个增益晶体管共享时，期望有较好的隔离。
在另一示例性设计中，LNA可包括并联耦合的多个放大器电路。一个放大器电路可包括增益晶体管、共源共栅晶体管、以及源极退化电感器，例如与图4中的放大器电路420类似。每一个其余的放大器电路可按照与增益晶体管434和共源共栅晶体管436类似的方式包括增益晶体管耦合至共源共栅晶体管。多个放大器电路中的增益晶体管可使它们的栅极耦合在一起并且使它们的源极耦合在一起且耦合至源极退化电感器。多个放大器电路中的共源共栅晶体管可使它们的漏极耦合在一起并且使它们的栅极接收分开的控制信号。LNA可以被认为被拆分为多个LNA区段，其中每一放大器电路对应于一个不同的LNA区段。一个或多个放大器电路可被启用以生成RFout信号。更多放大器电路可被启用以提供用于LNA的更高增益。每一个被启用的放大器电路的偏置电流也可被变动以调节LNA的增益。
图4示出了包括耦合在LNA的输出端与源极退化电感器之间的PMOS增益晶体管和PMOS共源共栅晶体管的反馈电路的示例性设计。在另一示例性设计中，反馈电路可仅包括耦合在(i)NMOS共源共栅晶体管(例如共源共栅晶体管436)的漏极与源极退化电感器之间，或者(ii)NMOS增益晶体管(例如增益晶体管434)的漏极与源极退化电感器之间的PMOS增益晶体管。在又一示例性设计中，放大器电路可包括以堆叠形式耦合的多个共源共栅晶体管，并且反馈电路也可包括以堆叠形式耦合的多个共源共栅晶体管。共源共栅晶体管的堆叠可使得放大器能够处置大电压摆幅。
在图4所示的示例性设计中，反馈电路450实现共源放大器，该共源放大器使(i)RFout信号施加到PMOS增益晶体管454的栅极，以及(ii)PMOS增益晶体管454的源极耦合至AC接地。在另一示例性设计中，反馈电路可实现共栅放大器，该共栅放大器使(i)RFout信号施加到PMOS增益晶体管454的源极，以及(ii)PMOS增益晶体管454的栅极耦合至AC接地。
在示例性设计中，源极退化电感器432可具有固定电感。在另一示例性设计中，电感器432可以是具有可变或可编程电感的可配置电感器。例如，电感器432可用串联耦合的多个电感器和/或并联耦合的多个电感器来实现。可通过(i)经由一个或多个开关来短接一个或多个串联耦合的电感器和/或(ii)经由一个或多个开关来断开一个或多个并联耦合的电感器来获得不同的电感值。
负载电路480可按其他方式来实现。在另一示例性设计中，负载电路可包括耦合在Vdd电源与共源共栅晶体管436的漏极之间的电感器以及可能的电容器。在又一示例性设计中，负载电路可包括使其源极耦合至Vdd电源并且使其漏极耦合至共源共栅晶体管436的漏极的PMOS晶体管。PMOS晶体管可为共源共栅晶体管436提供有源负载。
图5示出了放大器500的示意图，放大器500是图4中的LNA 400的小信号模型。在放大器500内，电容器528耦合在放大器500的输入端与节点X之间。电感器532耦合在节点X与电路接地之间。电流源534耦合在节点X与节点Y之间。电流源554耦合在节点X与电路接地之间。电阻器580耦合在节点Y与电路接地之间。
在放大器500内，节点X对应于图4中的LNA 400内的主增益晶体管434的源极。节点Y对应于LNA 400内的主共源共栅晶体管436的漏极。电容器528对电容器428以及主增益晶体管434的栅极至源极电容建模。电容器528具有跨其两个端子的电容Cgs以及电压Vgs。电感器532对LNA 400中的电感器432建模并且具有电感L退化。电流源534对主增益晶体管434建模并且提供电流gm_主·Vgs，其中gm_主是主增益晶体管434的小信号增益，而Vgs是主增益晶体管434的栅极至源极电压。电流源554对反馈增益晶体管454建模并且提供电流gm_fb·Vout，其中gm_fb是反馈增益晶体管454的小信号增益，而Vout是主共源共栅晶体管436的漏极处的输出电压。电阻器580对负载电路480建模并且具有阻抗ZL。
LNA 400具有电压增益G以及输入阻抗Zin，它可以被表达为：
以及 式(1)
其中L退化是电感器432的电感，
Cgs是主增益晶体管434的栅极至源极电容，
gm_主是主增益晶体管434的小信号增益，
gm_fb是反馈增益晶体管454的小信号增益，
ZL是负载电路480的阻抗，
ZS是提供输入信号的源极的输出阻抗，
Zin是LNA 400的输入阻抗，
Vin是主增益晶体管434的栅极处的输入信号，
Pin是输入信号的功率，
Vout主共源共栅晶体管436的漏极处的输出信号，以及
G是LNA 400的电压增益。
ZS可以为50欧姆(Ohms)或某一其他值。Cgs可包括电容器428的电容以及主增益晶体管434的栅极与源极之间的寄生电容。Cgs可以通过变动可调节电容器428的电容来调节。
如式(1)中所示，LNA 400的增益可取决于各种因子，诸如主增益晶体管434的增益gm_主、Cgs电容、LNA 400的输入阻抗Zin等。Cgs电容可被调节以获得用于LNA 400的良好输入匹配。LNA 400的增益可以通过调节主增益晶体管434的偏置电流、调节主增益晶体管434的晶体管大小等来变动。
在示例性设计中，LNA 400可具有固定增益。例如，Cgs电容可被调节以获得用于LNA400的良好输入匹配。主增益晶体管434的偏置电流可随后被调节以获得能计及对Cgs电容的改变的期望的gm_主增益并且维持LNA 400的近乎固定的增益。在另一示例性设计中，LNA 400可具有可变增益。例如，主增益晶体管434的偏置电流可被调节以获得LNA 400的期望增益。
如式(2)中所示，LNA 400的输入阻抗Zin包括(i)由项构成的实部，以及(ii)由项构成的虚部。Zin的实部可取决于主增益晶体管434的增益gm_主以及反馈增益晶体管454的增益gm_fb两者。Zin的实部可以通过改变反馈增益晶体管454的增益，例如，通过改变反馈增益晶体管454的偏置电流和/或晶体管大小来调节。反馈增益晶体管454的偏置电流可以通过调节施加到增益晶体管454的栅极的偏置电压来改变。Zin的实部可以根据因子(1+gm_fb·ZL)来改变(例如助推)。由于负载阻抗ZL可能相对较大(例如在数百欧姆(ohms)的数量级上)，因此甚至小的gm_fb可以提供Zin的实部的有效改变。Zin的虚部可以通过经由可调节电容器428改变Cgs来调节。
在源极退化电感的助推情况下的较高Zin可以使LNA 400的输入退化，降低LNA 400的增益，并且改善LNA 400的线性度。此外，LNA 400的噪声系数可以被微不足道地影响，因为反馈路径的增益gm_fb可能相对较小。
对源极退化电感的助推或制推可以用各种方式来应用。在一示例性设计中，可以一直施加反馈以便一直获得获得源极退化电感的助推或制推。在另一示例性设计中，可以选择性地施加反馈以便例如在必要时或期望时获得源极退化电感的可编程的助推或制推。对于两个示例性设计，助推或制推的量可以例如通过调节反馈增益晶体管的栅极处的偏置电压和/或晶体管大小来改变。
无线设备110可以能够在覆盖低于1000兆赫兹(MHz)的频率的低频带、覆盖从1000MHz到2300MHz的频率的中频带、和/或覆盖高于2300MHz的频率的高频带中操作。例如，低频带可以覆盖698到960MHz，中频带可以覆盖1475到2170MHz，并且高频带可以覆盖2300到2690MHz和3400到3800MHz。低频带、中频带和高频带是指三群频带(或称频带群)，其中每个频带群包括数个频带(或简称为“带”)。每个频带可以覆盖至多达200MHz。LTE版本11支持35个频带，这些频带被称为LTE/UMTS频带并且在公众可获取的文档3GPP TS 36.101中列出。一般而言，可以定义任何数目个频带群。每个频带群可覆盖任何频率范围，这些频率范围可以与以上给出的频率范围中的任何范围相匹配或不相匹配。每个频带群可包括任何数目个频带。
无线设备110可以支持载波聚集，其是多个载波上的操作。载波聚集也可被称为多载波操作。载波可指被用于通信的频率范围并且可与某些特性相关联。例如，载波可与描述该载波上的操作的系统信息和/或控制信息相关联。载波也可被称为分量载波(CC)、频率信道、蜂窝单元等。频带可包括一个或多个载波。在LTE中每个载波可以覆盖至多达20MHz。在LTE版本11中，无线设备110可以配置成具有在一个或两个频带中的至多达5个载波。
无线设备110可以并发地在不同的频率接收多个所传送信号。这多个所传送的信号可以由一个或多个基站以不同频率在多个载波上发送以供载波聚集。这多个所传送的信号也可由不同基站发送以用于协调式多点(CoMP)传输、切换等等。这多个所传送的信号也可由不同无线系统中的基站发送以用于并发服务，诸如语音/数据、或数据/数据、或语音/语音等等。例如，无线设备110可支持双SIM/双待(DSDS)和/或双SIM/双通(DSDA)并且可以能够并发地与多个无线系统(诸如TD-SCDMA和GSM系统、或LTE和GSM系统、或CDMA和GSM系统等)通信。无线设备110可包括一个或多个SIMO LNA和/或一个或多个MIMO LNA以支持载波聚集、CoMP、来自多个无线系统的并发服务等。
图6A示出了具有经助推的源极退化电感的SIMO LNA 402的示例性设计的示意图。LNA 402可被用于图2中的LNA中的任一个。LNA 402包括接收一个输入RF信号(RFin)的一个LNA输入端以及提供至多两个输出RF信号(RFout1和RFout2)(它们可以用于两个频带群)的两个LNA输出端。LNA 402包括放大器电路422和反馈电路450。
在图6A所示的示例性设计中，放大器电路422包括增益晶体管434、共源共栅晶体管436、源极退化电感器432、以及可调节电容器428，它们如以上关于图4中的放大器电路420所描述的那样耦合。放大器电路422进一步包括第二主共源共栅晶体管438，第二主共源共栅晶体管438使其源极耦合至增益晶体管434的漏极，使其栅极接收Vb2控制信号，并且使其漏极耦合至负载电路490。增益晶体管434以及共源共栅晶体管436和438可以用NMOS晶体管(如图6A中所示)或使用其他类型的晶体管来实现。在一示例性设计中，共源共栅晶体管436和负载电路480可用于第一频带群(例如低频带)。共源共栅晶体管438和负载电路490可用于第二频带群(例如，中频带或高频带)。
LNA 402可以在任何各定时刻在第一或第二频带群中操作。增益晶体管434可以放大RFin信号并提供经放大信号。共源共栅晶体管436或438中的任一者可被启用以缓冲经放大信号并且将用于一个频带群的一个输出RF信号提供给一个负载电路480或490。
为了在第一频带群(例如低频带)中操作，主共源共栅晶体管436可以通过在其栅极处施加高电压(例如Vdd)来被启用，并且主共源共栅晶体管438可以通过在其栅极处施加低电压(例如0伏(V))来被禁用。主共源共栅晶体管436可以将用于第一频带群的RFout1信号提供给负载电路480。反馈电路450可以通过在反馈共源共栅晶体管456的栅极处施加低电压(例如0V)来被启用以在第一频带群中操作。反馈电路450接着可以提供反馈以助推源极退化电感。当期望较高的源极退化电感时，源极退化电感助推可以在低频带中被启用，以在低频带中的较低频率处获得类似输入阻抗，因为阻抗等于频率乘以电感。
为了在第二频带群(例如中频带或高频带)中操作，主共源共栅晶体管438可以被启用，并且主共源共栅晶体管436可以被禁用。主共源共栅晶体管438可以将用于第二频带群的RFout2信号提供给负载电路490。反馈电路450可以通过在反馈共源共栅晶体管456的栅极处施加高电压(例如Vdd)来针对第二频带群中的操作被禁用。反馈电路450接着可以被禁用并且将不会提供反馈以改变源极退化电感。当不需要较高源极退化电感时，源极退化电感助推可以在中频带或高频带中被禁用。
在一个示例性设计中，反馈电路450可以针对第一频带群(例如低频带)被启用并且针对第二频带群(例如中频带或高频带)被禁用，如上所述。在另一示例性设计中，反馈电路450可以例如取决于期望的源极退化电感针对每一频带群被启用或禁用。
图6B示出了具有经助推的源极退化电感的SIMO LNA 404的示例性设计的示意图。LNA 404也可被用于图2中的LNA中的任一个。LNA 404包括接收一个输入RF信号(RFin)的一个LNA输入端以及至多提供两个输出RF信号(RFout1和RFout2)(可以针对两个载波集)的两个LNA输出端。LNA 404包括放大器电路422以及反馈电路450和460。
在图6B中示出的示例性设计中，反馈电路460包括AC耦合电容器462、增益晶体管464和共源共栅晶体管466。电容器462使一端耦合至共源共栅晶体管438的漏极，并且使另一端耦合至增益晶体管464的栅极。增益晶体管464使其源极耦合至Vdd电源电压并且使其漏极耦合至共源共栅晶体管466的源极。共源共栅晶体管466使其栅极接收Vc2控制信号，并且使其漏极耦合至源极退化电感器432。增益晶体管464和共源共栅晶体管466可以如图6B所示地用PMOS晶体管，或者可以用其他类型的晶体管来实现。
LNA 404可在任何给定时刻按单输出模式或多输出模式来操作。在单输出模式中，LNA 404接收包括至少一个所传送信号(例如，在一个载波集上)的输入RF信号并将一个输出RF信号提供给一个负载电路480或490。在多输出模式中，LNA 404接收包括至少两个所传送信号(例如，在两个载波集上)的输入RF信号并将两个输出RF信号提供给两个负载电路480和490(例如，每个载波集一个输出RF信号)。
在单输出模式中，(i)共源共栅晶体管436可以被启用以将RFout1信号提供给负载电路480，或者(ii)共源共栅晶体管438可以被启用以将RFout2信号提供给负载电路490。如果共源共栅晶体管436被启用，则反馈电路450可以被启用以提供源极退化电感的助推。如果共源共栅晶体管438被启用，则反馈电路460可以被启用以提供源极退化电感的助推。
在多输出模式中，共源共栅晶体管436和438两者可以被启用以将RFout1和RFout2信号提供给负载电路480和490。在一个示例性设计中，反馈电路450或460中的任一者可以被启用以提供源极退化电感的助推。在另一示例性设计中，反馈电路450和460两者均可以被启用以提供源极退化电感的更多助推。在又一示例性设计中，当期望较高的源极退化电感时，反馈电路450和460可以在多输出模式中被禁用并且在单输出模式中被启用。一般来说，每一反馈电路可取决于源极退化电感的期望助推来被启用或禁用。
图7示出了具有经助推的源极退化电感的MIMO LNA 406的示例性设计的示意图。LNA 406也可被用于图2中的LNA中的任一个。LNA 406包括接收至多两个输入RF信号(RFin1和RFin2)的两个LNA输入端以及提供至多两个输出RF信号(RFout1和RFout2)的两个LNA输出端。两个LNA输入端可用于两个频带或两个频带群。两个LNA输出端可用于两个载波集。LNA 406包括放大器电路426以及反馈电路450和460。
在图7所示的示例性设计中，放大器电路426包括增益晶体管434、共源共栅晶体管436和438、源极退化电感器432、以及可调节电容器428，它们如上文针对图6A中的放大器电路422所描述的那样耦合。增益晶体管434在其栅极处接收第一输入RF信号(RFin1)。共源共栅晶体管436和438在它们的栅极处接收Vb1和Vb2控制信号。放大器电路426进一步包括增益晶体管474、共源共栅晶体管476和478、源极退化电感器472、以及可调节电容器468。增益晶体管474使其源极耦合至电感器472的一端，使其栅极接收第二输入RF信号(RFin2)，并且使其漏极耦合至共源共栅晶体管476和478的源极。电感器472的另一端耦合至电路接地。共源共栅晶体管476使其栅极接收第三控制信号(Vb3)，并且使其漏极耦合至负载电路480。共源共栅晶体管478使其栅极接收第四控制信号(Vb4)，并且使其漏极耦合至负载电路490。电容器468耦合在增益晶体管474的栅极与源极之间。增益晶体管434和474以及共源共栅晶体管436、438、476和478可如图7所示地用NMOS晶体管、或用其他类型的晶体管来实现。
LNA 406可在任何给定时刻按单输出模式或多输出模式来操作。在单输出模式中，LNA 406接收包括至少一个所传送信号(例如，在一个载波集上)的RFin1或RFin2信号并将一个输出RF信号提供给一个负载电路480或490。在多输出模式中，LNA 406接收包括至少两个所传送信号(例如，在两个载波集上)的RFin1和/或RFin2信号并将两个输出RF信号(例如，每个载波集一个输出RF信号)提供给两个负载电路480和490。
在单输出模式中，(i)增益晶体管434可以被启用以放大RFin1信号，或者(ii)增益晶体管474可以被启用以放大RFin2信号。如果增益晶体管434被启用，则(i)共源共栅晶体管436可被启用以提供RFout1信号或者(ii)共源共栅晶体管438可被启用以提供RFout2信号。相反，如果增益晶体管474被启用，则(i)共源共栅晶体管476可被启用以提供RFout1信号或者(ii)共源共栅晶体管478可被启用以提供RFout2信号。如果共源共栅晶体管436或476被启用，则反馈电路450可以被启用以提供源极退化电感的助推。如果共源共栅晶体管438或478被启用，则反馈电路460可以被启用以提供源极退化电感的助推。
在多输出模式中，RFin1和/或RFin2信号可以被放大以生成RFout1和RFout2信号。如果仅接收到RFin1信号，则增益晶体管434以及共源共栅晶体管436和438可以被启用以放大RFin1信号并且生成RFout1和RFout2信号。如果仅接收到RFin2信号，则增益晶体管474以及共源共栅晶体管476和478可以被启用以放大RFin2信号并且生成RFout1和RFout2信号。如果接收到RFin1和RFin2信号两者，则增益晶体管434和474可以被启用以放大这两个RFin信号，并且共源共栅晶体管436及478或者共源共栅晶体管438及476中的任一者可以被启用以生成RFout1和RFout2信号。反馈电路450可以被启用以助推源极退化电感器432的电感。替换地或附加地，反馈电路460可以被启用以助推源极退化电感器472的电感。在另一示例性设计中，反馈电路450和460可以在多输出模式中被禁用并且在单输出模式中被启用。
图7示出其中反馈电路450耦合在共源共栅晶体管436和源极退化电感器432之间的示例性设计中。在另一示例性设计中，反馈电路450(或另一反馈电路)可以耦合在共源共栅晶体管438和源极退化电感器432之间。类似地，反馈电路460(或另一反馈电路)可以耦合在共源共栅晶体管476和源极退化电感器472之间。
本文公开的用于助推或制推源极退化电感的技术可以提供各种优点。第一，该技术可用于减小放大器(诸如LNA)的源极退化电感器的大小。例如，第一LNA可具有1.2纳亨(nH)的源极退化电感器以提供增益、输入匹配、线性度和噪声系数方面的期望性能。通过具有0.7nH的源极退化电感器以及用于助推该源极退化电感的负反馈的第二LNA可以获得相当的性能。源极退化电感助推可因而使得能够代替1.2nH的较大电感器而使用0.7nH的较小电感器。较小电感器可减小电路面积并且可能是高度期望的以减少尺寸、成本等。
第二，该技术可使得LNA能够支持较宽频率范围上的操作。LNA的源极退化电感器的电感值可以与LNA的工作频率有关。源极退化电感的助推或制推可以通过(i)启用或禁用反馈电路和/或(ii)调节反馈电路的增益来控制。可调节源极退化电感可以使得LNA能够在较宽的频率范围上操作。例如，反馈电路可以针对低频带被启用并且针对中频带或高频带被禁用，如图6A所示。
第三，该技术可以为SIMO LNA和MIMO LNA提供良好性能。LNA(例如SIMO LNA或MIMO LNA)可具有在单输出模式和多输出模式之间变化的输入阻抗。LNA的增益和输入匹配可因LNA输入阻抗的改变而在单输出模式和多输出模式之间变动。Cgs电容器428和468可有助于调节LNA输入阻抗的虚部。然而，LNA输入阻抗的实部可以由源极退化电感器432和472来决定，并且可能无法容易地被调节。LNA输入阻抗的实部可以经由从LNA输出端至源极退化电感器的反馈来变动，这可以有效地改变源极退化电感。经改变的源极退化电感可显著地降低LNA的增益和输入匹配在单输出模式和多输出模式之间的变动。在单输出模式中可能期望较大的源极退化电感器以改善输入匹配，而在多输出模式中可能期望较小的源极退化电感器以改善噪声系数和增益。该技术可用于在单输出模式中改变(例如助推)源极退化电感以便改善输入匹配。
在一示例性设计中，一种装置(例如，无线设备、IC、电路模块等)可包括放大器电路和反馈电路。放大器电路(例如图4中的放大器电路420)可以接收输入信号并且提供输出信号。放大器电路可包括源极退化电感器(例如源极退化电感器432)。反馈电路(例如，反馈电路450)可以耦合在放大器电路的节点与源极退化电感器之间。反馈电路可以提供反馈(例如负反馈或正反馈)以改变包括放大器电路和反馈电路的放大器的输入阻抗。
在一示例性设计中，放大器电路可包括增益晶体管和共源共栅晶体管。增益晶体管(例如，图4中的增益晶体管434)可耦合至源极退化电感器，并且可接收和放大输入信号。共源共栅晶体管(例如，共源共栅晶体管436)可被耦合至增益晶体管并且可提供输出信号。在一示例性设计中，放大器电路可进一步包括第二共源共栅晶体管，例如，用于图6A或6B中所示的SIMO LNA。第二共源共栅晶体管(例如，图6A中的共源共栅晶体管438)可以耦合至增益晶体管并且可以提供第二输出信号。
在另一示例性设计中，该放大器电路可进一步包括第二增益晶体管以及第三和第四共源共栅晶体管，例如用于图7中所示的MIMO LNA。第二增益晶体管(例如，图7中的增益晶体管474)可耦合至第二源极退化电感器(例如电感器472)，并且可接收和放大第二输入信号。第三共源共栅晶体管(例如，共源共栅晶体管476)可耦合至第二增益晶体管和该共源共栅晶体管。第四共源共栅晶体管(例如，共源共栅晶体管478)可耦合至第二增益晶体管和第二共源共栅晶体管。
在一示例性设计中，反馈电路可包括反馈增益晶体管和反馈共源共栅晶体管。反馈增益晶体管(例如图4中的增益晶体管454)可以耦合至放大器电路中的共源共栅晶体管并且可以接收和放大输出信号。反馈共源共栅晶体管(例如共源共栅晶体管456)可以耦合在反馈增益晶体管和源极退化电感器之间。
在一示例性设计中，该装置可进一步包括第二反馈电路(例如，图6B或7中的反馈电路460)。第二反馈电路可以耦合在放大器电路的第二节点与源极退化电感器之间，例如，如图6B所示。替换地，第二反馈电路可以耦合在放大器电路的第二节点与第二源极退化电感器之间，例如，如图7所示。
在一示例性设计中，放大器电路可进一步包括可调节电容器(例如图4中的电容器428)，该可调节电容器可以耦合在放大器电路中的增益晶体管的栅极与源极之间。该可调节电容器可被调节以获得用于放大器的良好输入匹配。
在一示例性设计中，放大器电路中的增益晶体管和共源共栅晶体管可包括NMOS晶体管，例如，如图4所示。反馈电路中的增益晶体管和共源共栅晶体管可包括PMOS晶体管，例如，如图4所示。放大器电路和反馈电路中的晶体管还可包括其他类型的晶体管。
在一示例性设计中，放大器电路可以提供用于第一频带群的输出信号或者用于第二频带群的第二输出信号，例如，如图6A所示。反馈电路可以(i)当放大器电路提供用于第一频带群(例如低频带)的输出信号时被启用，或者(ii)当放大器电路提供用于第二频带群(例如中频带或高频带)的第二输出信号时被禁用。
在另一示例性设计中，放大器电路可以(i)在单输出模式中提供输出信号或第二输出信号，或者(ii)在多输出模式中提供输出信号和第二输出信号，例如，如图6B所示。放大器电路可以(i)在单输出模式中提供用于一个载波集的一个输出信号，或者(ii)在多输出模式中提供用于两个载波集的两个输出信号。反馈电路可以在单输出模式中被启用并且在多输出模式中被禁用。
在一示例性设计中，反馈电路可以是可编程的以提供反馈或者不提供反馈。例如，反馈电路可以被启用以提供反馈或者被禁用以不提供反馈。在另一示例性设计中，反馈电路可以一直被启用以提供反馈。这一示例性设计可使得较小的源极退化电感器能够用于放大器。对于两种示例性设计，反馈电路可具有可变增益以为放大器提供可变输入阻抗。
图8示出了用于执行信号放大的过程800的示例性设计。输入信号可以用包括源极退化电感器的放大器电路来放大以获得输出信号(框812)。可以用耦合在放大器电路的节点与源极退化电感器之间的反馈电路来提供反馈(例如负反馈或正反馈)以改变包括放大器电路和反馈电路的放大器的输入阻抗(框814)。
在一示例性设计中，放大器可以是支持在第一和第二频带群上的操作的多频带放大器。放大器可以提供用于第一频带群(例如低频带)的输出信号或者用于第二频带群(例如中频带或高频带)的第二输出信号。反馈电路可以(i)当放大器提供用于第一频带群的输出信号时被启用，或者(ii)当放大器提供用于第二频带群的第二输出信号时被禁用。
在另一示例性设计中，放大器可以支持载波聚集。放大器可以(i)在单输出模式中提供输出信号或第二输出信号中的任一者，或者(ii)在多输出模式中提供输出信号和第二输出信号两者。反馈电路可以在单输出模式中被启用并且在多输出模式中被禁用。
本文中公开的具有经助推或经制推的源极退化电感的放大器可实现在IC、模拟IC、RFIC、混合信号IC、ASIC、印刷电路板(PCB)、电子设备等上。这些放大器也可以用各种IC工艺技术来制造，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)、N沟道MOS(NMOS)、P沟道MOS(PMOS)、双极型结型晶体管(BJT)、双极型CMOS(BiCMOS)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)、异质结双极型晶体管(HBT)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、绝缘体上覆硅(SOI)等。
实现具有经助推或经制推的源极退化电感的装置可以是自立的设备或者可以是较大设备的一部分。设备可以是(i)自立的IC，(ii)具有一个或多个IC的集合，其可包括用于存储数据和/或指令的存储器IC，(iii)RFIC，诸如RF接收机(RFR)或RF发射机/接收机(RTR)，(iv)ASIC，诸如移动站调制解调器(MSM)，(v)可嵌入在其他设备内的模块，(vi)接收机、蜂窝电话、无线设备、手持机、或者移动单元，(vii)其他等等。
在一个或多个示例性设计中，所描述的功能可以在硬件、软件、固件、或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能用于携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他变形而不会脱离本公开的范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
Claims (17)
1.一种用于信号放大的装置，包括：
放大器电路，其能配置成在输入节点处接收输入信号并且在输出节点处提供输出信号，所述放大器电路包括源极退化电感器；以及
反馈电路，其耦合在所述放大器电路的所述输出节点与所述源极退化电感器之间，所述放大器电路能配置成提供用于第一频带群的所述输出信号或者用于第二频带群的第二输出信号，并且所述反馈电路在所述放大器电路提供用于所述第一频带群的所述输出信号时被启用以及在所述放大器电路提供用于所述第二频带群的所述第二输出信号时被禁用。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述放大器电路包括：
增益晶体管，其耦合至所述源极退化电感器并且能配置成接收和放大所述输入信号；以及
共源共栅晶体管，其耦合至所述增益晶体管并且能配置成提供所述输出信号。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述放大器电路进一步包括：
第二共源共栅晶体管，其耦合至所述增益晶体管并能配置成提供第二输出信号。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述放大器电路进一步包括：
第二增益晶体管，其耦合至第二源极退化电感器并且能配置成用于接收和放大第二输入信号；
第三共源共栅晶体管，其耦合至所述第二增益晶体管和所述共源共栅晶体管；以及
第四共源共栅晶体管，其耦合至所述第二增益晶体管和所述第二共源共栅晶体管。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述反馈电路包括：
第二增益晶体管，其耦合至所述共源共栅晶体管并能配置成接收和放大所述输出信号；以及
第二共源共栅晶体管，其耦合在所述第二增益晶体管和所述源极退化电感器之间。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：
第二反馈电路，其耦合在所述放大器电路的第二节点与所述放大器电路内的所述源极退化电感器或第二源极退化电感器之间。
7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述放大器电路进一步包括：
能调节电容器，其耦合在所述增益晶体管的栅极与源极之间。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述增益晶体管和所述共源共栅晶体管包括N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，而所述第二增益晶体管和所述第二共源共栅晶体管包括P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述放大器电路能配置成在单输出模式中提供所述输出信号或第二输出信号中的任一者以及在多输出模式中提供所述输出信号和所述第二输出信号两者。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所诉反馈电路在所述单输出模式中被启用并且在所述多输出模式中被禁用。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反馈电路能被编程以提供反馈或者不提供反馈。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反馈电路一直被启用以提供反馈。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反馈电路具有可变增益以为所述放大器提供可变输入阻抗。
14.一种用于信号放大的方法，包括：
用包括源极退化电感器的放大器电路来放大输入信号以在输出节点处获得输出信号；以及
用耦合在所述放大器电路的所述输出节点与所述源极退化电感器之间的反馈电路来提供反馈以改变包括所述放大器电路和所述反馈电路的放大器的输入阻抗；
其中，所述方法进一步包括：
提供用于第一频带群的输出信号或者用于第二频带群的第二输出信号；
当提供用于所述第一频带群的所述输出信号时启用所述反馈电路；以及
当提供用于所述第二频带群的所述第二输出信号时禁用所述反馈电路。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在单输出模式中提供所述输出信号或第二输出信号中的任一者；
在多输出模式中提供所述输出信号和所述第二输出信号两者；
在所述单输出模式中启用所述反馈电路；以及
在所述多输出模式中禁用所述反馈电路。
16.一种用于信号放大的设备，包括：
用于放大输入信号以在输出节点处获得输出信号的装置，所述用于放大的装置包括用于退化的装置；以及
用于提供耦合在所述用于放大的装置的所述输出节点与所述用于退化的装置之间的反馈的装置，所述用于提供反馈的装置被配置成改变包括所述用于放大的装置和所述用于提供反馈的装置的放大器装置的输入阻抗，所述用于放大的装置被配置用于提供用于第一频带群的输出信号或者用于第二频带群的第二输出信号，并且所述用于提供反馈的装置在所述用于放大的装置提供用于所述第一频带群的所述输出信号时被启用以及在所述用于放大的装置提供用于所述第二频带群的所述第二输出信号时被禁用。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述用于放大的装置被配置成在单输出模式中提供所述输出信号或第二输出信号中的任一者以及在多输出模式中提供所述输出信号和所述第二输出信号两者，并且所述用于提供反馈的装置在所述单输出模式中被启用并且在所述多输出模式中被禁用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |