CN106575943A - 陷获偶次谐波信号的无记忆有源设备 - Google Patents

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Abstract

公开了有源设备和与该有源设备使用的电路。在一方面，有源设备包括n型晶体管和p型晶体管，该n型晶体管具有漏极、栅极和基极，该p型晶体管具有漏极、栅极和基极。n型晶体管和p型晶体管包括共源极。该设备包括耦合在n型晶体管的栅极和p型晶体管的栅极之间的第一电容器、耦合在n型晶体管的漏极和p型晶体管的漏极之间的第二电容器和耦合在n型晶体管的基极和p型晶体管的基极之间的第三电容器。该有源设备具有高的击穿电压、是无记忆的并陷获偶次谐波信号。

Description

陷获偶次谐波信号的无记忆有源设备
相关申请的交叉引用
本申请根据35USC 119(e)要求于2014年6月19日提交的题为“BROADBAND HIGHLYLINEAR LOW NOISE AMPLIFIER”的申请号为62/014,575的美国临时专利的权益，该临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。本申请与2010年7月27日发布的美国专利号7,764,124、2010年11月16日发布的美国专利号7,834,690、2010年11月16日发布的美国专利号7,834,691、2011年11月1日发布的美国专利号8,049,566、2011年11月15日发布的美国专利号8,058,938、2011年12月20日发布的美国专利号8,081,032、2012年3月27日发布的美国专利号8,143,946和2012年4月3日发布的美国专利号8,150,352有关。
发明领域
本发明大体上涉及无线设备，并且更具体地涉及在这样的设备中使用的放大器电路。
背景
无线产品在诸如移动(例如，用于手持装置的蜂窝和Wi-Fi)或非移动(例如，用于接入点和路由器的Wi-Fi)的各种环境中使用。在这样的产品中使用放大器，以放大从这样的产品接收或传输的信号。随着无线产品的市场发展，对跨移动和非移动网络的更多带宽和更多数据的需求日益增长，对更高效率和线性度的需求增加。因此，这样的数据通过这些网络的通信变得越来越困难。例如，随着网络的发展，带宽增加，同时信号控制台变得更密集。因此，存在对来自设备的输出信号的更多线性度的要求。线性度意味着提高增加输入信号的功率电平而没有另外改变信号的内容的能力。
因此，由于信号更加聚集，因此保持线性度并仍提供准确信息变得更加困难。因而，重要的是提供放大器，该放大器在带宽和信号复杂性增加时保持线性度。根据本发明的设备和电路解决了这样的需要。
概述
公开了有源设备和与其一起使用的电路。在第一方面，有源设备包括n型晶体管和p型晶体管，该n型晶体管具有漏极、栅极、基极和源极，该p型晶体管具有漏极、栅极、基极和源极。n型晶体管和p型晶体管包括共源极。该设备包括耦合在n型晶体管的栅极和p型晶体管的栅极之间的第一电容器、耦合在n型晶体管的漏极和p型晶体管的漏极之间的第二电容器和耦合在n型晶体管的基极和p型晶体管的基极之间的第三电容器。由于每个n型和p型设备承受总供电电压的一部分，因此有源设备具有高的击穿电压、是无记忆的并陷获偶次谐波信号。n型和p型的这种组合还对在AB类或B类或C类操作期间产生的偶信号和奇信号进行区分。
附图简述
图1A是根据本发明的有源设备的示意图。
图1B是图1A所示的有源设备的框图。
图2A是根据本发明的调谐块的第一实施例。
图2B是根据本发明的调谐块的第二实施例。
图3A是根据本发明的共栅极放大器的框图。
图3B是根据本发明的组合的共栅极和共源极放大器的框图。
图4A是根据本发明的差分共栅极放大器的第一实施例的框图。
图4B是根据本发明的差分共栅极放大器的第二实施例的框图。
图4C是根据本发明的差分组合的共栅极和共源极放大器的实施例的框图。
图5A是根据本发明的耦合电感器电容器抽头的调谐块的示意图。
图5B是根据本发明的耦合变压器组合的调谐块的示意图。
图5C是根据本发明的耦合变压器匝数比调谐块的示意图。
图6A是根据本发明的具有分段次级绕组调谐块的耦合变压器的示意图。
图6B是根据本发明的具有电容调谐块的耦合变压器的示意图。
图7A是根据本发明的共栅极功率放大器的图。
图7B是根据本发明的组合的共栅极和组合的源极功率放大器的图。
图7C是根据本发明的包括多个共栅极放大器和多个组合的共栅极和共源极放大器两者的功率放大器的图。
图8是根据本发明的功率放大器的框图。
图9是根据本发明的图8的负载的示意图的第一实施例。
图10A是根据本发明的图8的负载的示意图的第二实施例。
图10B是根据本发明的图8的负载的示意图的第二实施例。
详细描述
本发明大体上涉及无线设备，并且更具体地涉及在这样的设备中使用的放大器电路。以下描述被提出，以使本领域的普通技术人员能够做出和使用本发明，并且在专利申请和其要求的上下文中提供。对优选实施例的各种修改以及本文中所描述的一般原理和特征对于本领域中的技术人员来说将是明显的。因此，本发明不旨在限于所示出的实施例，而是符合与本文所描述的原理和特征一致的最广泛的范围。
图1A是根据本发明的有源设备100的示意图。有源设备100包括n型晶体管102和p型晶体管104，该n型晶体管102包括栅极(gn)、漏极(dn)和基极(bn)，该p型晶体管104包括栅极(gp)、漏极(dp)和基极(bp)。n型晶体管102和p型晶体管104共享共源极(s)。有源设备100包括耦合在gn和gp之间的第一电容器106、耦合在dn和dp之间的第二电容器108以及耦合在bn和bp之间的第三电容器110。有源设备100由于四个端子(栅极、漏极、基极和源极)而具有高的击穿电压，当与诸如AB类放大器的某些放大器使用时，该有源设备100是无记忆的并陷获偶次谐波信号。
图1B是图1A所示的有源设备100的框图。n型晶体管102可以是NPN双极型的或是由砷化镓制成的任何其他的有源元件。p型晶体管104可以是PNP双极型的或是由砷化镓制成的任何其他的有源互补元件。n型晶体管102还可通过级联NMOS电路来保护。p型晶体管104还可通过级联PMOS电路来保护。电容器106可以是可变电容器，其可具有都是可变的串联电阻器和/或串联电感器。电容器106还可以被分成具有任意串联元件的N个电容器。电容器108可以是可变电容器，其可具有都是可变的串联电阻器和/或串联电感器。电容器108还可以被分成具有任意串联元件的N个电容器。电容器110可以是可变电容器，其可具有都是可变的串联电阻器和/或串联电感器。电容器110还可被分成具有任意串联元件的N个电容器。
可以从dn到gn、dn到gp、dp到gp、dp到gn耦合更多电容器(寄生或非寄生)。这些电容器可以是可变的和/或具有诸如电感器、电阻器、变压器等的串联的无源或有源元件。节点gp可连接到偏置网络。该偏置网络可包括任意无源的诸如电阻器、电容器、电感器、变压器和它们的任意组合。偏置也可包括任意有源元件。
在使用n型和p型两种或任一种的级联晶体管的情况下，可能需要类似于电容器110的附加电容器，以将级联n型的漏极连接到级联p型的漏极。同样，将级联n型的基极耦合到级联p型的基极的电容器可类似于电容器108。此外，从级联n型的栅极连接到级联p型的栅极的电容器可类似于电容器106。
如果图1A中的设备100以AB类或B类或C类或D类或除了A类以外的任意其他类来驱动，则有源设备100产生流经dn和dp节点的偶次和奇次谐波输出电流。在诸如主信号或3次谐波的奇次谐波的情况下，有源设备100可通过在节点dn和dp处产生类似的方向电流流动来区分偶次谐波和奇次谐波。然而，对于诸如2次、4次、6次等的偶次谐波，有源设备100将在节点dn和dp处产生相反的方向电流。另外，由电容器110、108和106引起的滤波作用将影响流经dn和dp节点的偶次谐波的幅度。
有源设备100可以与调谐块结合使用，以提供供应线性输出信号的放大器。以下是可与有源设备100结合使用的两个基本的单端调谐块的描述。
图2A是根据本发明的调谐块200的第一实施例。单端调谐块200包括两个输入端dn和dp、一个输出端s和电源电压(vdd)以及接地(gnd)。可将分别为I_输入_n和I_输入_p的电流形式的输入信号提供给节点dn和dp。可包括无源的电感器、电容器、电阻器和变压器的全部或少部分的组合但不限于任何组合的调谐块200具有接收I_输入_n和I_输入_p并按照以下条件在节点S处提供输出电流I_s的功能：I_s>I_输入_n+I_输入_p。使用调谐块200来提供与功率无关的线性输出信号。调谐块200和有源设备100的组合形成共栅极放大器。
图3A是根据本发明的单端共栅极放大器的框图。共栅极放大器包括耦合到调谐块200的有源设备100。在该实施例中，来自调谐块200的电流I_s被提供到有源设备100的源极连接S。由于设备100的共栅极作用，电流I_s将分开，并且其一部分被导向dn作为输出电流I_输出_n，以及另一部分被导向dp作为输出电流I_输出_p。有源设备100的栅极gn和gp耦合到偏置线。(没有信号被施加到gn和gp)。基极节点bn和bp也耦合到它们各自的偏置线。
在有源设备100在AB类、B类、C类、D类和F类模式下工作时的情况下，其他偶次和奇次谐波电流在有源设备100的内部产生。这些电流被导向dn和dp。对于诸如AM(振幅调制的)电流和2次谐波的偶次谐波，经过dn和dp的电流流动的方向是相反的。然而，对于诸如主信号电流和3次谐波的奇次谐波，经过dn和dp的输出电流的方向是相同的。
图2B是根据本发明的调谐块200’的第二实施例。单端调谐块200’包括两个输入端dn和dp、三个输出端s、gn和gp。单端调谐块200’具有电源(vdd)和接地(gnd)。电流形式的输入信号I_输入_n和I_输入_p被分别引入到节点dn和dp。可包括无源的电感器、电容器、电阻器和变压器的全部或少部分的组合但不限于任何组合的调谐块200’具有接收I_输入_n和I_输入_p并随后按照以下条件在节点S处提供输出电流I_s的功能：I_s>I_输入_n+I_输入_p。输出gp和gn是将驱动有源设备100的gn和gp节点的电压。如图3B所示，将调谐块200’与有源设备100组合形成共栅极/共源极放大器作用。
此外，调谐块200’可仅发送栅极信息gn和gp并且在S节点处不发送信息。在这种情况下，S节点可接地或耦合到诸如电阻器、电容器、电感器、变压器的任何无源设备或有源设备或全部。在该特定情况下，调谐块200’和有源设备100的组合形成共源极放大器。
图3B是根据本发明的单端形式的组合的共栅极和共源极放大器的框图。共栅极和共源极放大器包括耦合到调谐块200’的有源设备100。在该实施例中，来自调谐块200’的电流I_s被提供到有源设备100的源极连接S。由于对于进入节点s的任何电流的设备的共栅极作用，电流I_s将分开，并且其一部分被导向dn作为输出电流I_输出_n，而另一部分被导向dp作为输出电流I_输出_p。有源设备100的栅极gn和gp耦合到偏置线，以及由调谐块的输出节点gn和gp来驱动。基极节点bn和bp也耦合到它们各自的偏置线。节点gn和gp还可连接到与主信号隔离的它们各自的偏置。
图4A是根据本发明的差分共栅极放大器400的第一实施例的框图。放大器400包括耦合到第一和第二有源设备100的差分调谐块200。差分调谐块200包括四个输入端(dn_输入+、dp_输入+和dn_输入-、dp_输入-)和两个输出端s(s+和s-)。提供了电源(vdd)和接地(gnd)。电流形式的输入信号作为I_输入_n+、I_输入_p-和I_输入_n-以及I_输入_p-被分别引入到节点dn_输入+、dp_输入+和dn_输入-、dp_输入-。可包括无源的电感器、电容器、电阻器和变压器的全部或少部分的组合但不限于任何组合的调谐块200具有接收I_输入_n+、I_输入_p+和I_输入_n-、I_输入_p-并按照以下条件分别在节点S+和S-处将它们作为输出电流I_s+和I_s-进行处理的功能：I_s+>(I_输入_n+)+(I_输入_p+)且I_s->(I_输入_n-)+(I_输入_p-)。
在该实施例中，来自调谐块200的电流I_s被提供到有源设备100+的源极连接S。由于设备100+的共栅极作用，电流I_s将分开，并且其一部分被导向dn作为输出电流I_输出_n，而另一部分被导向dp作为输出电流I_输出_p。有源设备的栅极gn和gp耦合到偏置线。(没有信号被施加到gn和gp)。基极节点bn和bp也耦合到它们各自的偏置线。
类似地，在该实施例中，来自调谐块200的电流I_s被提供到有源设备100-的源极连接S。由于设备100-的共栅极作用，电流I_s将分开，并且其一部分被导向dn作为输出电流I_输出_n，而另一部分被导向dp作为输出电流I_输出_p。有源设备的栅极gn和gp耦合到偏置线。(没有信号被施加到gn和gp)。基极节点bn和bp也耦合到它们各自的偏置线。
任意数量的电容器或可变电容器可耦合在调谐块200的输入端的+节点和-节点之间。同样，任意数量的电容器或可变电容器可在输入端、输出端、栅极、基极的+节点和-节点之间连接到有源设备+100和有源设备-100的输入端和输出端。例如，交叉电容器或可变电容器可在dn+和dn-之间、dp+和dp-之间、dn-和dp+之间、dn+和dp-之间和/或它们的任意组合之间耦合。此外，这些电容器或可变电容器可包括串联电阻器或串联电感或并联电阻器或并联电感器，这不影响或改变本发明。
图4B是根据本发明的差分共栅极放大器的第二实施例的框图。放大器400包括耦合到第一和第二有源设备100的差分调谐块200。差分调谐块200包括四个输入端(dn_输入+、dp_输入+和dn_输入-、dp_输入-)和两个输出端s(s+和s-)。提供了电源(vdd)和接地(gnd)。电流形式的输入信号作为I_输入_n+、I_输入_p-和I_输入_n-以及I_输入_p-被分别引入到节点dn_输入+、dp_输入+和dn_输入-、dp_输入-。电源vdd在左边，以及gnd在右边。可包括无源的电感器、电容器、电阻器和变压器的全部或少部分的组合但不限于任何组合的调谐块200具有接收I_输入_n+、I_输入_p+和I_输入_n-、I_输入_p-并按照以下条件分别在节点S+和S-处将它们作为输出电流I_s+和I_s-进行处理的功能：I_s+>(I_输入_n+)+(I_输入_p+)且I_s->(I_输入_n-)+(I_输入_p-)。
在该实施例中，来自调谐块200的电流I_s被提供到有源设备100+的源极连接S。由于设备100+的共栅极作用，电流I_s将分开，并且其一部分被导向dn作为输出电流I_输出_n，而另一部分被导向dp作为输出电流I_输出_p。有源设备的栅极gn和gp耦合到偏置线，在+侧和-侧之间形成虚拟接地(没有信号差分信号被施加到gn和gp)。基极节点bn和bp也耦合到它们各自的偏置线。
类似地，在该实施例中，来自调谐块200的电流I_s被提供到有源设备100-的源极连接S。由于设备100-的共栅极作用，电流I_s将分开，并且其一部分被导向dn作为输出电流I_输出_n，而另一部分被导向dp作为输出电流I_输出_p。栅极gn-耦合到栅极gn+，以形成虚拟接地，并且它们共享共偏置电压v偏置_n。类似地，gp-和gp+耦合在一起以形成虚拟接地，并且它们共享共偏置电压偏置_p。基极节点bn-和bp-也耦合到它们各自的偏置线。
任意数量的电容器或可变电容器可耦合在调谐块200的输入端和输出端的+节点和-节点之间。同样，任意数量的电容器或可变电容器可在有源设备+100和有源设备-100的输入端和输出端、栅极、基极和源极的+节点和-节点之间连接。例如，交叉电容器或可变电容器可在dn+和dn-之间、dp+和dp-之间、dn-和dp+之间、dn+和dp-之间或它们的任意组合之间耦合。此外，这些电容器或可变电容器可包括串联电阻器或串联电感或并联电阻器或并联电感器，这不影响或改变本发明。
图4C是根据本发明的差分组合的共栅极和共源极放大器的实施例的框图。放大器400包括耦合到第一和第二有源设备100的差分调谐块200。差分调谐块200包括四个输入端(n+、p+和n-、d-)和6个输出端(s+、s-、gn+、gn-、gp+、gp-)。此外，提供了电源vdd和gnd，以用于对馈送节点dn+、dn-、dp+和dp-的任意有源设备的所需偏置。
输入信号是电流的形式，并且作为I_输入_n+、I_输入_p-和I_输入_n-和I_输入_p-被分别提供到节点n+、p+和n-、p-。可包括诸如电感器、电容器、电阻器和变压器的无源设备的全部或一些的组合但不限于任何组合的调谐块200具有接收I_输入_n+、I_输入_p+和I_输入_n-、I_输入_p-并按照以下条件分别在节点S+和S-处将它们作为输出电流I_s+和I_s-进行处理的功能：I_s+>(I_输入_n+)+(I_输入_p+)且I_s->(I_输入_n-)+(I_输入_p-)。
调谐块200的其他四个输出节点分别连接到有源设备+100和有源设备-100的正n型和p型栅极以及负n型和p型栅极，以形成差分共栅极-共源极放大器。
电流I_s+被提供到有源设备+100的源极连接S。由于该设备的共栅极作用，电流I_s+将分开，并且其一部分被导向dn+作为输出电流I_输出_n+，而另一部分被导向dp+作为输出电流I_输出_p+。有源设备+100的栅极gn+和gp+耦合到偏置线。(没有信号被施加到gn+和gp+)。基极节点bn+和bp+也耦合到它们各自的偏置线。
类似地，电流I_s-进入有源设备-100的源极连接S。由于有源设备-100的共栅极作用，电流I_s-将分开，并且其一部分被导向dn-作为输出电流I_输出_n-，而另一部分被导向dp-作为输出电流I_输出_p-。
任意数量的电容器或可变电容器可在调谐块200的输入端和输出端、栅极和基极以及源极的+节点和-节点之间连接。同样，任意数量的电容器或可变电容器可在有源设备+100和有源设备-100的输入端和输出端的+节点和-节点之间连接。例如，交叉电容器或可变电容器可在dn+和dn-之间、dp+和dp-之间、dn-和dp+之间、dn+和dp-之间或它们的任意组合之间连接。此外，这些电容器或可变电容器可包括串联电阻器或串联电感或并联电阻器或并联电感器，这不影响或改变本发明。
图5A是根据本发明的差分耦合电感器电容器抽头的调谐块500的示意图。这是在图4A中示出的具有四个输入端和两个输出端以及vdd和gnd的差分调谐块200的一个示例。
如图所见，调谐块500包括电容器506a-506d。该调谐块500的主要功能是放大电流以交换降低从输入端到输出端的电压，使得功率不增加。使用四个输入端以及耦合的电感器502和504是该实施方式的关键特征。
如果该调谐块500由如图1A到图4C所示的差分有源设备100驱动，并且如果该有源设备100工作在AB类、B类、C类、D类、E类、F类下，其产生偶次谐波和奇次谐波的组合，则耦合的电感器502和504起到重要作用。电感器502和504对奇次谐波或差分模式增强并由偶次谐波的耦合因数的强度抵消。这样做时，由于电路对偶次谐波强加了更高的中心频率而并不将偶次谐波信息从初级耦合到次级，因此调谐块500在目标中心频率下正常作用于奇次谐波并消除偶次谐波。
电感器502和504可完全耦合或部分耦合。另外，它们可具有诸如不同匝数比的不同的电感值。耦合的电感还减少了从dn+、dp+和dn-、dp-到电源vdd和接地以及线的电感路径，从而提高了性能。
图5B是根据本发明的差分耦合变压器组合的调谐块500’的示意图。在p+和p-之间连接的电感器组510a以及在n+和n-之间连接的电感器组510b形成变压器的两个初级绕组。这两个初级绕组510a和510b可耦合在一起或不耦合在一起。N段的电感器512a、512b、512c和512d形成变压器的次级绕组。次级分段可全部彼此相等或不同。次级电感器可耦合(在514a-514n处示出)到初级电感器510a或510b或两者。
每个分段的电感器的正节点和负节点分别连接在一起，以形成S+输出节点和S-输出节点。由于经过电感器512a、512b、512c...512d的每个分段的电流等于经过初级510a加510b的电流，则在S+和S-处的总电流为：
I输出＝N*(I_输入_p+I_输入_n)。
此外，S+和S-之间的电压比初级线n+、n-和p+、p-之间的电压小N倍。电容器可从dn+耦合到dn-、从dp+耦合到dp-以及从S+耦合到S-。此外，电容器可从dn+耦合到p+、从dn-耦合到p-和从dn+耦合到dp-以及从dp+耦合到dn-，并且电容器可从S+耦合到dn+和dp+和从S-耦合到dp-和dn-以及它们的任意组合。这些电容器可以是可变电容器，它们可以是N个并联的电容器。它们可具有串联电阻器或电感器或开关。
图5C是根据本发明的差分耦合变压器匝数比调谐块500”的示意图。用于放大电流以交换降低电压的调谐电路的另一示例是具有比次级的匝数比大的不同的初级匝数比的变压器。换句话说，初级的电感520a和520b比次级的电感522更大。这并不陌生。然而，如果两个初级电感器520a和520b在514处示出为耦合在一起，其可以用有源设备+100来驱动，并且有源设备-100对于本发明是唯一的。中心抽头vdd和vss是用于对前级的有源设备+和有源设备-进行偏置。电路可能需要它或可能不需要它。另外，任何无源或有源的电路可耦合到vdd和vss中心抽头。输出电流，I输出＝M*(I_输入_p+I_输入_n)，其中M与该网络中的初级电感器和次级的比、耦合系数和无源损耗Q有关。
电容器可从dn+耦合到dn-、从dp+耦合到dp-以及从S+耦合到S-。电容器还可从dn+耦合到dp+、从dn-耦合到dp-和从dn+耦合到dp-以及从dp+耦合到dn-，并且电容器可从S+耦合到dn+和dp+和从S-耦合到dp-和dn-以及它们的任意组合。这些电容器可以是可变电容器，它们可以是N个并联的电容器。它们可具有串联电阻器或电感器或开关。
图6A是根据本发明的具有分段次级绕组调谐块的差分耦合变压器600的示意图。图6A的差分耦合变压器是无源网络的一个实施示例，其将四个输入端视为dn+、dp+和dn-、dp-和六个输出端为S+、S-；gn+、gn-；gp+、gp-,通过适当地设定电感器和电容器的尺寸的这样的方式，在S-和S+处的输出电流I_输出_+或I_输出_-大于组合的I_输入_n+和I_输入_p+或I_输入_n-和I_输入_p-。节点gn+、gn-、gp+和gp-将连接到有源设备100的相应栅极，以在有源设备100中启动共栅极作用、共源极作用。
将dp+连接到dp-的电感器组610a形成第一初级电感器组，将dn+连接到dn-的电感器组形成第二初级电感器组610b。这些初级电感器组610a和610b可以以耦合因数k彼此耦合，并且如图6A中的虚线椭圆所示，还耦合到每个分段的次级电感器组，并指示为分段602a、602b、602c...602n。由于每个分段中的初级电感器耦合在一起，所以调谐块600可对信号的奇次谐波和偶次谐波进行区分，因此对于每种情况表现不同。在奇次谐波模式中，经过节点dn+和dp+的电流的方向是相同的方向，因此电流耦合到次级电感器。此外，前级的有源驱动或无源驱动根据变压器作用承受了组合的初级和次级的全部电感。在偶次谐波模式中，在节点dn+和dp+处的电流的方向彼此相反。因此，没有电流将耦合到次级电感器。此外，由dn+、dn-、和dp+、dp-之间承受的电感小于在奇次谐波模式中的电感。
图6B是根据本发明的具有电容调谐块600’的耦合变压器的示意图。该调谐块600是无源网络的一个实施示例，其包括作为dn+、dp+和dn-、dp-的四个输入端和六个输出端(S+、S-；gn+、gn-；gp+、gp-)。无源网络以适当地设定电感器和电容器的尺寸的这样的方式来设计，在S-和S+处的输出电流I_输出_+或I_输出_-大于组合的I_输入_n+和I_输入_p+或I_输入_n-和I_输入_p-。节点gn+、gn-、gp+和gp-将连接到有源设备100的相应栅极，以便在有源设备100中启动共栅极作用、共源极作用。
电感器610a是将p+连接到p-的初级电感器。电感器610b也是将n+连接到n-的初级电感器。这些初级电感器610a和610b可以以耦合因数k彼此耦合，使得电路对信号的奇次谐波和偶次谐波进行区分，并对于每种情况表现不同。在奇次谐波模式中，经过节点dn+和dp+的电流的方向是相同的方向，因此添加到次级电感器616和620的电流，从而通过耦合624a和624b而承受了610a和610b的全部电感。调谐块600’包括电容器622a-622d、电容器614和电容器618。对于在偶次谐波模式中的信号，在节点dn+和dp+处的电流的方向彼此相反。因此，没有电流将耦合到次级电感器616和620。另外，dn+、dn-、和dp+、dp-之间所承受的电感小于在奇次谐波模式中的电感。
图7A是根据本发明的共栅极功率放大器700的图。放大器700包括在有源设备100之间交替串联连接的多个共栅极调谐块200。随后，最后的有源设备以负载300终止。
图7B是根据本发明的组合的共栅极和共源极功率放大器700’的图。放大器700’包括在有源设备100之间交替串联连接的多个共栅极和共源极栅极调谐块200’。随后，最后的有源设备100以负载300终止。
图7C提出了共栅极或共栅极共源极或甚至共源极的混合和匹配可根据本发明来实施。
图8是根据本发明的功率放大器800的框图。放大器800包括将输入信号传递到调谐块200的一对晶体管802a和802b。调谐块200提供六个输出端gn-、gn+、gp-、gp+、S+和S-。这些信号是有源设备100的输入，该有源设备100向负载300提供输出信号dn+、dp+、dp-和dp-。这意味着，本发明的共栅极或共栅极共源极放大器不必由本申请中发明的类似放大器来驱动。具有或不具有级联的n-p型或n型或者p型的任何传统的共源极或共栅极晶体管也可对其进行驱动。然而，性能不是最佳的。
图9是根据本发明的图8的负载的示意图的第一实施例。图9是用于功率放大器的输出匹配电路900的示例，其可对提供到节点dn+、dn-和dp+、dp-的信号的奇次谐波和偶次谐波进行区分。电感器520a和520b是初级电感器。它们耦合在一起。电感器522是次级电感器，其耦合到520a和520b两者。次级电感器耦合到负载550。在实施例中，负载550可以是例如，天线或SAW滤波器。次级电感器522的负侧可接地，其将使差分输入转换成单端输出。次级电感器520与初级电感器520a和520b的不同匝数比可导致不同的匹配设置。
关键特征是两个初级电感器520a和520b耦合在一起。由于耦合524，从节点n+到n-和从节点p+到p-所承受的电感对于输入信号的奇次模式和偶次模式是不同的。如果输出匹配电路由有源设备+和有源设备-100来驱动，则在偶次模式中，在两个初级电感520a和520b之间的电流方向是相反的。在奇次模式中，两个初级电感520a和520b之间的电流方向对于正常操作是相同的。这大大地增强了性能。
中心抽头vdd和vss用于为前级的有源设备提供适当的偏置。电容器可从dn+耦合到dn-、从dp+耦合到dp-以及从S+耦合到S-，以调谐匹配变压器。另外，电容器可从dn+耦合到dp+、从dn-耦合到dp-和从dn+耦合到dp-以及从p+耦合到n-，并且电容器可从S+耦合到dn+和dp+并且从S-耦合到dp-和dn-以及它们的任意组合。这些电容器可以是可变电容器，它们可以是N个并联的电容器。它们可具有串联电阻器或电感器或开关。
图10A是根据本发明的图8的负载的第二实施例的示意图。这是被称为组合器网络1000的输出匹配网络的另一示例。如果该网络1000由N个差分有源设备+100和有源设备-100来驱动，则对于奇次谐波模式，经过初级的dn1+、dn1-侧的电流流动的方向与经过dp1+、dp1-的电流流动的方向相同，因此，在正常操作中，初级1020a的dn1和dp1的输入电流经由耦合1010a-1010n添加并经由耦合1010a-1010b耦合到次级1022a-1022n，且相关的耦合因数和损耗考虑在内。然而，如果该网络由差分有源设备+100和有源设备-100来驱动，则经过初级的dn+侧、dn-侧的电流流动的方向与经过初级的p+侧、p-侧的电流流动的方向相反，因此，根据耦合因数和损耗具有抵消效应以及减小在节点dn1+、dn1-和dp1+、dp1-之间所承受的电感。信号的奇次谐波对偶次谐波的这些区分是本发明的关键特征。电路对于偶次谐波信号和奇次谐波信号的响应对于每个子分段来说也是正确的。该作用将大大地增强性能，特别是对于与记忆效应和信号带宽有关的问题。次级1022a-1022n可以是差分的或是通过将负载的一侧连接到接地而为单端的。
电容器可添加在节点dn1+和dn1-、dp1+和dp1-、dn1+和dp1+、dn1-和dp1-、dn1+和dp1-、dp1+和dn1-之间，并且类似于第2分段和N分段。另外，电容器可连接到输出+和输出-。电容器也可以是可变的。电容器可具有串联电阻等。组合器的每个子分段可由任意手段来独立地短路或禁用，这可改变由驱动器所承受的负载线。这将完成以针对每种功率模式改变功率放大器的负载特性。每个分段的电感器值可以是相同的或不同的。变压器可在片上或片外实现。
图10B是根据本发明的图8的负载的第三实施例的示意图。这是输出匹配网络1000’的另一示例。负载与具有耦合在一起的两个初级电感器以及通过将等电势输入节点连接在一起以均衡子分段之间的任何共模差异相关。
通过将dn1+、dn2+...dnn+连接在一起以形成dn+，将dn1-、dn2-...dnn-连接在一起以形成dn-，将dp1+、dp2+...dpn+连接在一起以形成dp+，将dp1-、dp2-...dpn-连接在一起以形成dp-。
这种配置减少了输入端的数量，同时提高了性能。如果该网络由差分有源设备+100和有源设备-100来驱动，则对于奇次谐波模式来说，经过初级的dn+侧、dn-侧的电流流动的方向与经过dp+、dp-的电流流动的方向相同，因此，在正常操作中，初级的dn和dp的输入电流添加并耦合到次级，且相关联的耦合因数和损耗考虑在内。然而，如果该网络由差分有源设备+100和有源设备-100来驱动，则经过初级的dn+侧、dn-侧的电流流动的方向与经过初级的p+侧、p-侧的电流流动的方向相反，因此，根据耦合因数和损耗具有抵消效应以及减小在节点dn+、dn-和dp+、dp-之间所承受的电感。信号的奇次谐波对偶次谐波的这种区分是本发明的关键特征。该作用将大大地增强性能，特别是对于与记忆效应和信号带宽有关的问题。
次级可以是差分的或通过将负载的一侧连接到接地而为单端的。电容器可添加在节点dn+和dn-、dp+和dp-、dn+和dp+、dn-和dp-、dn+和ddp-、dp+和dn-、输出端+和输出端-以及它们的任意组合之间。电容器可以是可变的。电容器可具有串联电阻等。组合器的每个子分段可通过任意手段来独立短路或禁用，这可能改变由驱动器所承受的负载线。这将完成以针对每种功率模式改变功率放大器的负载特性。每个分段的电感器值可以是相同的或不同的。变压器可在片上或片外实现。
虽然已经根据所示出的实施例描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将容易认识到，可以存在对实施例的变型且这些变型将在本发明的精神和范围内。因此，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本领域中的普通技术人员可做出许多修改。

Claims (6)

1.一种有源设备，包括：
n型晶体管，所述n型晶体管具有漏极、栅极和基极；p型晶体管，所述p型晶体管具有漏极、栅极和基极；其中，所述n型晶体管和所述p型晶体管共享共源极；第一电容器，所述第一电容器耦合在n型晶体管的所述栅极和p型晶体管的所述栅极之间；第二电容器，所述第二电容器耦合在n型晶体管的所述漏极和p型晶体管的所述漏极之间；以及第三电容器，所述第三电容器耦合在n型晶体管的所述基极和p型晶体管的所述基极之间；其中所述有源设备具有高的击穿电压，所述有源设备是无记忆的并陷获偶次谐波信号。
2.如权利要求1所述的有源设备，包括耦合到所述共源极的调谐块，以形成共栅极放大器。
3.如权利要求2所述的有源设备，其中，所述第一电容器、所述第二电容器和所述第三电容器中的每个电容器包括可变电容器、与电阻器串联耦合的电容器、与电阻器并联耦合的电容器、与电感器串联耦合的电容器、与电感器并联耦合的电容器中的任意一个。
4.如权利要求1所述的有源设备，包括耦合到所述n型晶体管和所述p型晶体管的所述共源极和所述栅极的调谐块，以形成共源极/共栅极放大器。
5.如权利要求4所述的有源设备，其中，所述第一电容器、所述第二电容器和所述第三电容器中的每个电容器包括可变电容器、与电阻器串联耦合的电容器、与电阻器并联耦合的电容器、与电感器串联耦合的电容器、与电感器并联耦合的电容器中的任意一个。
6.如权利要求1所述的推挽级，包括调谐块，所述调谐块包括电感器、电容器、电阻器和包括两个输入端和一个输出端的变压器的任意组合。
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