CN108199693B - 用于载波聚集的低噪声放大器 - Google Patents

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Abstract

公开了支持载波聚集的低噪声放大器(LNA)。在示例性设计中，一装置包括第一和第二放大器级，例如用于载波聚集(CA)LNA或多输入多输出(MIMO)LNA。在第一放大器级被启用时，第一放大器级接收和放大输入射频(RF)信号并将第一输出RF信号提供给第一负载电路。该输入RF信号包括在不同频率处的多个载波上发送给无线设备的传输。在第二放大器级被启用时，第二放大器级接收和放大输入RF信号并将第二输出RF信号提供给第二负载电路。每个放大器级可包括耦合至共源共栅晶体管的增益晶体管。

Description

用于载波聚集的低噪声放大器
本申请是申请日为2013年5月24日，申请号为201380026584.3，名为“用于载波聚集的低噪声放大器”的申请的分案申请。
背景技术
I.领域
本公开一般涉及电子器件，尤其涉及低噪声放大器(LNA)。
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)可以发射和接收数据以用于双向通信。无线设备可包括用于数据传输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射频(RF)载波信号以获得经调制RF信号，放大经调制RF信号以获得具有恰当输出功率电平的经放大RF信号，并经由天线将该经放大的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。
无线设备可支持载波聚集，其是多个载波上的同时操作。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相关联。载波也可被称为分量载波(CC)、频率信道、蜂窝小区等。期望无线设备高效地支持载波聚集。
附图简述
图1示出了无线设备与无线系统通信。
图2A到2D示出了载波聚集(CA)的四个示例。
图3示出了图1中的无线设备的框图。
图4A和4B示出了支持带内CA的接收机。
图5A和5B示出了支持带内CA和带间CA的接收机。
图6A到6C示出了具有电感衰退和共源共栅关断的LNA。
图7示出了具有电感衰退、共源共栅关断和电阻反馈的LNA。
图8A示出了具有分开的用于每个放大器级的输入衰减电路的LNA。
图8B示出了具有共享的用于两个放大器级的输入衰减电路的LNA。
图9示出了具有可调谐输入匹配电路的LNA。
图10到11C示出了多输入多输出(MIMO)LNA的若干示例性设计。
图12A到12F示出了可调谐输入匹配电路的六个示例性设计。
图13示出了用于在无线系统中接收信号的过程。
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。
本文公开了支持载波聚集的LNA。这些LNA可具有较佳的性能并且可被用于各种类型的电子设备，诸如无线通信设备。
图1示出了无线设备110与无线通信系统120通信。无线系统120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)、cdma2000、或其他某个版本的CDMA。出于简明起见，图1示出了无线系统120包括两个基站130和132以及一个系统控制器140。一般而言，无线系统可以包括任何数目的基站以及任何网络实体集合。
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可以能够与无线系统120通信。无线设备110还可以能够接收来自广播站(例如广播站134)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。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、cdma2000、WCDMA、GSM、802.11等等。
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。无线设备110可以能够在从698兆赫兹(MHz)到960MHz的低频带、从1475MHz到2170MHz的中频带、和/或从2300MHz到2690MHz以及从3400MHz到3800MHz的高频带中操作。低频带、中频带和高频带指的是三组频带(或频带组)，其中每个频带组包括数个频率带(或简称为“频带”)。每个频带可以覆盖至多200MHz并且可以包括一个或多个载波。每个载波可以在LTE中覆盖至多20MHz。LTE版本11支持35个频带，这些频带被称为LTE/UMTS频带并且在3GPP TS 36.101中列出。在LTE版本11中，无线设备110可以配置有在一个或两个频带中的至多5个载波。
一般而言，载波聚集(CA)可以被分类为两种类型——带内CA和带间CA。带内CA是指同一频带内的多个载波上的操作。带间CA是指不同频带内的多个载波上的操作。
图2A示出了毗连带内CA的示例。在图2A中所示的示例中，无线设备110配置有在同一频带(其是低频带中的频带)中的四个毗连载波。无线设备110可以接收同一频带内的多个毗连载波上的传输。
图2B示出了非毗连带内CA的示例。在图2B中所示的示例中，无线设备110配置有在同一频带(其是低频带中的频带)中的四个非毗连载波。这些载波可分开5MHz、10MHz或者其他某个量。无线设备110可以接收同一频带内的多个非毗连载波上的传输。
图2C示出了在同一频带组中的带间CA的示例。在图2C中所示的示例中，无线设备110配置有在同一频带组(其是低频带)中的两个频带中的四个载波。无线设备110可以接收同一频带组(例如，图2C中的低频带)中不同频带中的多个载波上的传输。
图2D示出了不同频带组中的带间CA的示例。如图2D中所示的示例，无线设备110配置有在不同频带组中的两个频带中的四个载波，其包括在低频带中的一个频带中的两个载波以及在中频带中的另一个频带中的两个附加载波。无线设备110可以接收不同频带组(例如，图2D中的低频带和中频带)中的不同频带中的多个载波上的传输。
图2A到2D示出了载波聚集的四个示例。对于频带和频带组的其他组合也可支持载波聚集。例如，可支持低频带和高频带、中频带和高频带、高频带和高频带等的载波聚集。
图3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310的收发机320、耦合至副天线312的接收机322、以及数据处理器/控制器380。收发机320包括多个(K个)接收机330aa至330ak和多个(K个)发射机360a至360k以支持多个频带、载波聚集、多种无线电技术等。接收机322包括多个(M个)接收机330ba到330bm以支持多个频带、载波聚集、多种无线电技术、接收分集、MIMO传输等。
在图3中示出的示例性设计中，每个接收机330包括输入电路332、LNA340、以及接收电路342。对于数据接收，天线310接收来自基站和/或其他发射机站的信号并且提供收到RF信号，该收到RF信号被路由通过开关/双工器324并被提供给所选接收机。以下描述假定接收机330aa是所选接收机。在接收机330aa内，收到RF信号被传递通过输入电路332aa，其将输入RF信号提供给LNA 340aa。输入电路332aa可以包括匹配电路、接收滤波器等。LNA340aa放大输入RF信号并且提供输出RF信号。接收电路342aa对输出RF信号进行放大、滤波并将其从RF下变频到基带，并且将模拟输入信号提供给数据处理器380。接收电路332aa可以包括混频器、滤波器、放大器、匹配电路、振荡器、本地振荡器(LO)生成器、锁相环(PLL)等。收发机320中的每个其余接收机330以及接收机322中的每个接收机330可按与收发机320中的接收机330aa类似的方式操作。
在图3中示出的示例性设计中，每个发射机360包括发射电路362、功率放大器(PA)364、以及输出电路366。对于数据传输，数据处理器380处理(例如，编码和调制)要传送的数据，并且将模拟输出信号提供给所选发射机。以下描述假定发射机360a是所选发射机。在发射机360a内，发射电路362a对该模拟输出信号进行放大、滤波并将其从基带上变频到RF，并且提供经调制RF信号。发射电路362a可以包括混频器、放大器、滤波器、匹配电路、振荡器、LO生成器、PLL等等。PA 364a接收并且放大经调制RF信号，并且提供具有恰当输出功率电平的经放大RF信号。经放大RF信号被传递通过输出电路366a，路由通过开关/双工器324，并且经由天线310发射。输出电路366a可包括匹配电路、发射滤波器、定向耦合器等。
图3示出了接收机330和发射机360的示例性设计。接收机和发射机还可包括图3中未示出的其他电路，诸如滤波器、匹配电路等。收发机320和接收机322的全部或部分可实现在一个或多个模拟集成电路(IC)、RF IC(RFIC)、混和信号IC等上。例如，LNA 340、接收电路342、以及发射电路362可实现在一个模块上，该模块可以是RFIC等等。开关/双工器324、开关/滤波器326、输入电路332、输出电路366、以及PA 364可实现在另一模块上，该另一模块可以是混合模块等等。接收机330和发射机360中的这些电路也可按其他方式来实现。
数据处理器/控制器380可为无线设备110执行各种功能。例如，数据处理器380可对经由接收机330接收到的数据以及经由发射机360传送的数据执行处理。控制器380可以控制开关/双工器324、开关/滤波器326、输入电路332、LNA 340、接收电路342、发射电路362、PA 364、输出电路366或其组合的操作。存储器382可以存储供数据处理器/控制器380使用的程序代码和数据。数据处理器/控制器380可以实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或其他IC上。
无线设备110可从一个或多个蜂窝小区/基站接收不同频率处的多个载波上的多个传输以用于载波聚集。对于带内CA，这多个传输在同一频带中的多个载波上被发送。对于带间CA，这多个传输在不同频带中的多个载波上被发送。
图4A示出了接收机400的示例性设计的框图，接收机400包括支持非CA和带内CA的CA LNA 440。CA LNA 440可被用于图3中的无线设备110内的一个或多个LNA 340。
在接收机400处，天线410接收同一频带中的多个载波上的传输并提供收到RF信号。该收到RF信号被路由通过开关/双工器424并作为接收机输入信号RXin被提供给输入匹配电路432。匹配电路432针对一个或多个感兴趣的频带在CA LNA 440与开关/双工器424或天线410之间执行功率和/或阻抗匹配。匹配电路432(其可以是图3的输入电路332之一的一部分)向CA LNA 440提供输入RF信号RFin。
CA LNA 440从匹配电路432接收输入RF信号、放大输入RF信号，并经由至多M个LNA输出提供至多M个输出RF信号RFout1到RFoutM，其中M＞1。M个负载电路490a到490m耦合至这M个LNA输出。每个负载电路490可包括一个或多个电感器、电容器、晶体管、混频器等。每个负载电路490可以是图3中的接收电路342之一的一部分。每个输出RF信号可被提供给一个负载电路490内的一个或多个混频器并且可被(诸)相关联的混频器下变频以使得一个或多个感兴趣的载波上的传输从RF被下变频到基带。
CA LNA(诸如图4中的CA LNA 440)在任何给定时刻可按非CA模式或CA模式操作。在非CA模式中，CA LNA按1输入1输出(1×1)配置操作，接收包括一个载波集上的一个或多个传输的一个输入RF信号，并将一个输出RF信号提供给一个负载电路。在CA模式中，CA LNA按1×M配置操作，接收包括M个载波集上的多个传输的一个输入RF信号，并将M个输出RF信号提供给M个负载电路，针对每个载波集有一个输出RF信号，其中M＞1。每个载波集可以包括一个频带中的一个或多个载波。
图4B示出了支持非CA和同一频带中两个载波集上的带内CA的CA LNA 440x的示例性设计的示意图。CA LNA 440x是图4中的CA LNA 440的一种示例性设计。在图4B中所示的示例性设计中，CA LNA 440x从输入匹配电路432接收输入RF信号并针对至多两个载波集提供至多两个输出RF信号RFout1和RFout2。第一输出RF信号被提供给负载电路490x，并且第二输出RF信号被提供给负载电路490y。
在图4B中所示的示例性设计中，负载电路490x包括分别耦合至两个基带滤波器494a和494b的两个混频器492a和492b。混频器492a和492b实现用于第一载波集的正交下变频器。混频器492a接收来自CA LNA 440x的第一输出RF信号以及用于第一载波集的第一混频频率处的同相LO信号ILO1。混频器492a用ILO1信号来下变频第一输出RF信号，并且提供同相(I)经下变频信号。混频器492b接收来自CA LNA 440x的第一输出RF信号以及用于第一载波集的第一混频频率处的正交LO信号QLO1。混频器492b用QLO1信号来下变频第一输出RF信号，并且提供正交(Q)经下变频信号。滤波器494a以及494b分别接收来自混频器492a和492b的I和Q经下变频信号并对其进行滤波，并且提供针对第一载波集的I和Q基带信号Vout1。
负载电路490y内的混频器492c和492d以及滤波器494c和494d类似地处理来自CALNA 440x的第二输出RF信号，并且提供针对第二载波集的I和Q基带信号。混频器492c和492d接收第二RF信号并分别接收用于第二载波集的第二混频频率处的I和Q LO信号。混频器492c和492d分别用I和Q LO信号来下变频第二输出RF信号并提供I和Q经下变频信号。滤波器494c和494d分别接收来自混频器492c和492d的I和Q经下变频信号并对其进行滤波，并且提供针对第二载波集的I和Q基带信号Vout2。
图4B示出了负载电路490x和490y的示例性设计。负载电路也可以包括不同和/或附加电路。例如，负载电路可包括耦合在混频器之前、或者在混频器和滤波器之间、或者在滤波器之后的放大器。
图5A示出了接收机500的示例性设计的框图，接收机500包括支持非CA、带内CA、和带间CA的MIMO LNA 540。MIMO LNA 540可以被用于图3中的无线设备110内的一个或多个LNA 340。
在接收机500处，天线510接收相同频带或不同频带中的一个或多个载波上的传输并将收到RF信号提供给开关/双工器524。开关/双工器524分别向至多N个输入匹配电路532a到532n提供至多N个接收机输入信号RXin1到RXinN，其中N＞1。匹配电路532a到532n可以是图3中一个或多个输入电路332的一部分。每个匹配电路532针对一个或多个感兴趣的频带在MIMO LNA 540与开关/双工器524或天线510之间执行功率和/或阻抗匹配。N个匹配电路532a到532n可被设计用于不同频带并且可以提供至多N个输入RF信号RFin1到RFinN。
MIMO LNA 540接收至多N个输入RF信号并且(i)针对非CA或带内CA放大一个输入RF信号、或者(ii)针对带间CA放大多个输入RF信号。MIMO LNA 540经由至多M个LNA输出提供至多M个输出RF信号RFout1到RFoutM。M个负载电路590a到590m耦合至这M个LNA输出。每个负载电路590可包括一个或多个电感器、电容器、晶体管、混频器等。每个输出RF信号可被提供给一个负载电路590内的一个或多个混频器并且可被(诸)相关联的混频器下变频以使得一个或多个感兴趣的载波上的一个或多个传输从RF被下变频到基带。
MIMO LNA(诸如图5A中的MIMO LNA 540)在任何给定时刻可按非CA模式、带内CA模式、或带间CA模式操作。在非CA模式中，MIMO LNA按1×1配置操作，接收包括一个载波集上的一个或多个传输的一个输入RF信号，并将一个输出RF信号提供给一个负载电路。在带内CA模式中，MIMO LNA按1×M配置操作，接收包括同一频带中的M个载波集上的多个传输的一个输入RF信号，并将M个输出RF信号提供给M个负载电路，针对每个载波集有一个输出RF信号，其中M＞1。在带间CA模式中，MIMO LNA按N×M配置操作，接收包括至多N个不同频带中的M个载波集上的多个传输的N个输入RF信号，并将M个输出RF信号提供给M个负载电路，其中M＞1且N＞1。这N个输入RF信号可对应于至多N个不同频带。
MIMO LNA(诸如图5A中的MIMO LNA 540)可被用来接收不同频率处的多个载波上的传输。MIMO LNA可以包括针对感兴趣的不同载波或不同载波集提供多个输出RF信号的多个输出。MIMO LNA与用于接收从多个发射天线发送给多个接收天线的MIMO传输的LNA不同。用于MIMO传输的LNA通常具有(i)从一个接收天线接收一个输入RF信号的一个输入，以及(ii)提供一个输出RF信号的一个输出。MIMO LNA的多个输出因此覆盖频率维度，而用于MIMO传输的LNA的输出覆盖空间维度。
图5B示出了MIMO LNA 540x的示例性设计的示意图，MIMO LNA 540x支持非CA、带内CA和不同频带中的两个载波集上的带间CA。每个载波集可以包括一个频带中的一个或多个载波。MIMO LNA 540x是图5A中的MIMO LNA 540的一种示例性设计。匹配电路532a和532b可以接收(i)来自一个天线的同一接收机输入信号、或者(ii)来自一个或多个天线的不同接收机输入信号。因此，RXin2信号可以等于或者可以不等于图5B中的RXin1信号。每个匹配电路532针对一个或多个感兴趣的频带执行功率和/或阻抗匹配。
在图5B中所示的示例性设计中，MIMO LNA 540x包括用于两个载波集的两个放大器级550a和550b。放大器级550a接收并放大来自匹配电路532a的第一输入RF信号并提供针对第一载波集的第一输出RF信号RFout1。放大器级550b接收并放大来自匹配电路532b的第二输入RF信号并提供针对第二载波集的第二输出RF信号RFout2。尽管为了简洁起见未在图5B中示出，但MIMO LNA 540x可以包括将输出RF信号从每个放大器级550路由至负载电路590x和590y中的任一者的电路系统。
在图5B中所示的示例性设计中，负载电路590x包括分别耦合至两个基带滤波器594a和594b的两个混频器592a和592b。混频器592a接收来自放大器级550a的第一输出RF信号以及用于第一载波集的第一混频频率处的同相LO信号ILO1。混频器592a用ILO1信号来下变频第一输出RF信号，并且提供I经下变频信号。混频器592b接收来自放大器级550b的第一输出RF信号以及用于第一载波集的第一混频频率处的正交LO信号QLO1。混频器592b用QLO1信号来下变频第一输出RF信号，并且提供Q经下变频信号。滤波器594a和594a分别接收来自混频器592a和592b的I和Q经下变频信号并对其进行滤波，并且提供针对第一载波集的I和Q基带信号Vout1。
负载电路590y内的混频器592c和592d以及滤波器594c和594d类似地处理来自放大器级550b的第二输出RF信号，并且提供针对第二载波集的I和Q基带信号Vout2。
图4A中的CA LNA 440可以用各种方式实现。以下描述CA LNA 440的一些示例性设计。CA LNA 440也可用各种类型的晶体管来实现。以下描述使用N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管的CA LNA 440的一些示例性设计。
图6A示出了具有电感衰退和共源共栅关断的CA LNA 640a的示例性设计的示意图。CA LNA 640a是图4A中的CA LNA 440的一种示例性设计。CA LNA 640a包括两个放大器级650a和650b，其耦合至共用输入匹配电路632并耦合至两个负载电路690a和690b。匹配电路632接收一接收机输入信号RXin，为CA LNA 640a执行输入匹配，并提供输入RF信号RFin。匹配电路632可对应于图4A中的匹配电路432。负载电路690a和690b可对应于图4A中的负载电路490a和490m。CA LNA 640a接收输入RF信号，其可包括两个载波集上的传输，其中每个载波集包括一个或多个载波。
在图6A中所示的示例性设计中，放大器级650a包括源极衰退电感器652a、增益晶体管654a、以及共源共栅晶体管656a。增益晶体管654a和共源共栅晶体管656a可用NMOS晶体管(如图6A中所示)或用其他类型的晶体管来实现。增益晶体管654a的栅极耦合至匹配电路632并且其源极耦合至电感器652a的一端。电感器652a的另一端耦合至电路接地。共源共栅晶体管656a的源极耦合至增益晶体管654a的漏极，并且其漏极耦合至负载电路690a。开关658a的输入端口耦合至共源共栅晶体管656a的栅极，其第一输出端口耦合至偏置电压Vcasc，并且其第二输出端口耦合至电路接地。放大器级650b包括源极衰退电感器652b、增益晶体管654b、共源共栅晶体管656b、以及开关658b，它们按与放大器级650a中的电感器652a、增益晶体管654a、共源共栅晶体管656a、以及开关658a类似的方式来耦合。
出于简洁起见，图6A示出了CA LNA 640a包括用于两个载波集的两个放大器级650a和650b。放大器级650a和650b可分别经由开关658a和658b来独立地启用或禁用。CALNA 640a可包括用于两个以上载波集的两个以上放大器级650。
输入RF信号可包括同一频带中的多个载波集上的传输并且可被称为经载波聚集RF信号。经载波聚集RF信号可使用与其上发送传输的多个载波集的各中心频率相对应的不同频率处的LO信号来下变频。经载波聚集RF信号可在LNA输入处被拆分以便于达成用于多个载波集的LO信号之间的良好LO-LO隔离。CA LNA 640a包括两个放大器级650a和650b以放大经载波聚集RF信号并向两个负载电路690a和690b中的两个分开的下变频器提供两个输出RF信号。
CA LNA 640a在任何给定时刻可按非CA模式或CA模式操作。在非CA模式中，CA LNA640a接收一个载波集上的传输并向一个负载电路提供一个输出RF信号。在CA模式中，CALNA 640a接收两个载波集上的传输并向两个负载电路提供两个输出RF信号，针对每个载波集有一个输出RF信号。
图6B示出了CA LNA 640a在CA模式中的操作。在CA模式中，通过将共源共栅晶体管656a的栅极经由开关658a连接至Vcasc电压并将共源共栅晶体管656b的栅极经由开关658b耦合至Vcasc电压来启用放大器级650a和650b两者。放大器级650a放大输入RF信号并将第一输出RF信号提供给负载电路690a。放大器级650b放大输入RF信号并将第二输出RF信号提供给负载电路690b。
图6C示出了CA LNA 640a在非CA模式中的操作。在非CA模式中，仅启用一个放大器级，并且其他放大器级被禁用。在图6C中所示的示例中，通过将共源共栅晶体管656a的栅极经由开关658a连接至Vcasc电压来启用放大器级650a，且通过使共源共栅晶体管656b的栅极经由开关658b短路至电路接地来禁用放大器级650b。放大器级650a放大输入RF信号并将输出RF信号提供给负载电路690a。
在非CA模式的另一配置中，放大器级650b被启用，而放大器级650a被禁用(图6C中未示出)。在这一配置中，放大器级650b放大输入RF信号并将输出RF信号提供给负载电路690b。
在图6A中所示的示例性设计中，分开的源极衰退电感器652a和652b被用于放大器级650a和650b以便于减少两个放大器级之间的交互并帮助减小噪声指数(NF)降级。源极衰退电感器652a和652b还可改善放大器级650a和650b的线性度并有助于CA LNA 640a的输入阻抗匹配。电感器652a和652b可具有相同值或不同值。电感器652a和652b的值可基于CA模式和非CA模式中在电压增益与线性度之间的折衷来选择(例如，独立地选择)。
如图6A中所示，跨增益晶体管654a的栅极和源极可存在可变电容器668a。电容器668a可包括增益晶体管654a的寄生。电容器668a还可包括一排可切换电容器，其可耦合在增益晶体管654a的栅极与源极之间并且可被用来细调CA LNA 640a的输入阻抗。每个可切换电容器可用与开关串联耦合的电容器来实现。类似地，跨增益晶体管654b的栅极和源极可存在可变电容器668b。电容器668b可包括一排可切换电容器，其可耦合在增益晶体管654b的栅极与源极之间并且可被用来细调输入阻抗。
输入匹配电路632是放大器级650a和650b两者共用的并且用于CA模式和非CA模式两者。在CA模式中，放大器级650a和650b两者均被启用，并且增益晶体管654a和654b在饱和区中操作，如图6B中所示。在非CA模式中，仅启用一个放大器级(例如，放大器级650a)，并且其他放大器级(例如，放大器级650b)被禁用。然而，被禁用的放大器级中的增益晶体管(例如放大器级650b中的增益晶体管654b)被施加到增益晶体管654a和654b两者的输入RF信号导通。由于被禁用的放大器级的共源共栅晶体管(例如，共源共栅晶体管656b)被关断，因此被禁用的放大器级中的增益晶体管在线性区中操作。因此，增益晶体管可在放大器级被启用时在饱和区中操作，并可在放大器级被禁用时在线性区中操作。被禁用的放大器级的增益晶体管在线性区中操作可帮助减小CA LNA 640a在CA模式与非CA模式之间的输入阻抗变化，而被禁用的放大器中没有电流惩罚。具体而言，被启用的放大器级中和被禁用的放大器级中的给定增益晶体管(例如，增益晶体管654b)的输入电容CIN可表达为：
如果放大器级被启用，
Figure BDA0001609876640000121
以及式(1)
如果放大器级被禁用，
Figure BDA0001609876640000122
其中W是增益晶体管654b的宽度，而L是其长度，以及
COX是增益晶体管654b的栅极氧化电容。
如式(1)和(2)中所示，取决于放大器级被启用还是禁用，增益晶体管的输入阻抗中可存在有限的变化。然而，即使在有增益晶体管的输入阻抗变化的情况下，CA LNA 640a的输入阻抗也可维持在容限内。
CA LNA 640a通过使经载波聚集RF信号被施加到两个增益晶体管654a和654b来在“栅极”级拆分经载波聚集RF信号。还可通过使经载波聚集RF信号被施加到激励两个共源共栅晶体管的单个增益晶体管来在“共源共栅”级拆分经载波聚集RF信号。在栅极级拆分经载波聚集RF信号(如图6A中所示)可提供比在共源共栅级拆分经载波聚集RF信号更佳的性能(例如，更佳的增益、噪声指数、线性度和隔离)。例如，在栅极级拆分经载波聚集RF信号可提供约35dB的良好LO-LO隔离，而在共源共栅级拆分经载波聚集RF信号可提供仅为约15dB的LO-LO隔离。
图7示出了具有电感衰退、共源共栅关断和电阻反馈的CA LNA 640b的示例性设计的示意图。CA LNA 640b是图4A中的CA LNA 440的另一种示例性设计。CA LNA 640b包括两个放大器级650a和650b，其耦合至共用输入匹配电路632并耦合至两个负载电路690a和690b，类似于图6A中的CA LNA 640a。CA LNA 640b进一步包括耦合在共源共栅晶体管656a和656b的漏极与增益晶体管654a和654b的栅极之间(即，放大器级650a和650b的输入与输出之间)的反馈电路660。
在图7中所示的示例性设计中，反馈电路660包括开关662a和662b、电阻器664、和电容器666。电阻器664和电容器666串联耦合，其中电容器666的底部端子耦合至增益晶体管654a和654b的栅极。开关662a耦合在共源共栅晶体管656a的漏极与电阻器664的顶部端子之间。开关662b耦合在共源共栅晶体管656b的漏极与电阻器664的顶部端子之间。开关662a和662b可各自闭合以将反馈电路660连接至其相关联的共源共栅晶体管656并且可断开以将反馈电路660与相关联的共源共栅晶体管656断开。从RFout1到反馈电路660的反馈路径可通过闭合开关662a来形成。从RFout2到反馈电路660的反馈路径可通过闭合开关662b来形成。反馈电路660还可包括一个或多个有源电路，诸如晶体管。在示例性设计中，反馈电路660可针对低频带被使用/启用以提供输入功率匹配。对于中频带和高频带，反馈电路660可被禁用，并且源极衰退电感器652a和652b可与匹配电路632一起使用以用于输入功率匹配。反馈电路660也可按其他方式来使用。
输入匹配电路632是放大器级650a和650b两者共用的并且用于CA模式和非CA模式两者。在CA模式中，用于CA LNA 640b的输入匹配可使用围绕放大器级650a和650b的反馈电路660以及源极衰退电感器652a和652b来达成。在非CA模式中，用于CA LNA 640b的输入匹配可使用反馈电路660以及源极衰退电感器652a和652b来达成。反馈电路660可帮助在CA模式和非CA模式两者中用于整个LNA 640b的输入匹配。用于CA LNA 640b的输入匹配可：(i)针对RFout1使用反馈电路660和源极衰退电感器652a来达成；以及(ii)针对RFout2使用反馈电路660和源极衰退电感器652b来达成。
放大器级650a可通过以下元件来线性化：(i)在反馈电路660被选择时，源极衰退电感器652a和反馈电路660两者；或者(ii)在反馈电路660未被选择时，仅源极衰退电感器652a。反馈电路660可以改善放大器级650a在CA模式和非CA模式两者中的线性度。这可允许较小的电感器652a被用于放大器级650a来获得期望的线性度。类似地，放大器级650b可通过以下元件来线性化：(i)在反馈电路660被选择时，源极衰退电感器652b和反馈电路660两者；或者(ii)在反馈电路660未被选择时，仅源极衰退电感器652b。较小的电感器可被用于电感器652a和/或652b以获得启用了反馈电路660的放大器级650b的期望线性度。
图8A示出了针对每个放大器级具有分开的输入衰减电路的CA LNA 840a的示例性设计的示意图。CA LNA 840a是图4A中的CA LNA 440的又一种示例性设计。CA LNA 840a包括两个放大器级850a和850b，其耦合至两个输入衰减电路860a和860b并耦合至两个负载电路890a和890b。
输入RF信号被提供给CA LNA 840a的输入，其为节点X。放大器级850a经由作为开关操作的NMOS晶体管842a、衰减电路860a和AC耦合电容器844a耦合至节点X。NMOS晶体管842a的源极耦合至节点X，其栅极接收第一控制信号Enb1，并且其漏极耦合至衰减电路860a的输入。衰减电路860a包括(i)耦合在衰减电路860a的输入与输出之间的电阻器862a以及(ii)耦合在衰减电路860a的输出与电路接地之间的可变电阻器864a。AC耦合电容器844a耦合在衰减电路860a的输出与放大器级850a的输入之间。放大器级850b经由NMOS晶体管842b、衰减电路860b和AC耦合电容器844b耦合至节点X，其按与NMOS晶体管842a、衰减电路860a和AC耦合电容器844a类似的方式来耦合。
放大器级850a包括增益晶体管854a和共源共栅晶体管856a。增益晶体管854a的栅极耦合至AC耦合电容器844a，并且其源极耦合至电路接地(如图8A中所示)或耦合至源极衰退电感器(图8A中未示出)。共源共栅晶体管856a的栅极接收第一偏置电压Vcasc1，其源极耦合至增益晶体管854a的漏极，并且其漏极耦合至负载电路890a。放大器级850b包括增益晶体管854b和共源共栅晶体管856b，它们按与增益晶体管854a和共源共栅晶体管856a类似的方式来耦合。放大器级850a和850b可分别经由NMOS晶体管842a和842b来独立地选择，并分别经由Vcasc1和Vcasc2电压来独立地启用或禁用。
图8A示出了其中从LNA输入(节点X)到每个放大器级850的信号路径包括NMOS晶体管842、衰减电路860、和AC耦合电容器844的示例性设计。信号路径也可包括更少、不同和/或附加的电路。此外，用于放大器级850a的信号路径可以与用于放大器级850b的信号路径相匹配或者可以不匹配。例如，NMOS晶体管842a可被省略，而NMOS晶体管842b可被保留。用于这两条信号路径的衰减电路860a和860b可以等同、或者可具有相同电路设计但具有不同值、或者可具有用不同电路拓扑的不同电路设计。
NMOS晶体管842a作为开关操作，在NMOS晶体管842a被Enb1信号启用时，该开关能将输入RF信号传递到放大器级850a。类似地，NMOS晶体管842b作为开关操作，在NMOS晶体管842b被Enb2信号启用时，该开关能将输入RF信号传递到放大器级850b。在一种设计中，NMOS晶体管842a可在CA模式和非CA模式两者中被启用，而NMOS晶体管842b可仅在CA模式中被启用。分开的NMOS晶体管842a和842b和分开的衰减电路860a和860b可被用于允许输入RF信号在到达增益晶体管854a或854b之前仅遭遇一个串联开关。
在CA模式中，NMOS晶体管842a和842b两者均被导通，并且输入RF信号被提供给衰减电路860a和860b以及放大器级850a和850b两者。每个放大器级850放大输入RF信号并将相应输出RF信号提供给其负载电路890。在非CA模式中，可选择一个放大器级850a或850b。用于所选放大器级850的NMOS晶体管842被导通，并且输入RF信号被提供给衰减电路860和所选放大器级850。用于未选择的放大器级850的NMOS晶体管842被关断，并且衰减电路860和未选择的放大器级850与节点X断开，由此降低了用于所选放大器级850的信号路径上的负载。所选放大器级850放大输入RF信号并将输出RF信号提供给相关联的负载电路890。
CA LNA 840a可以有利地用在其中输入RF信号包括扰乱的情景中，扰乱是大振幅的非期望信号并且在频率上靠近期望信号。输入衰减电路860a和860b可以是可编程的(例如，如图8A中所示)或者可以是固定的(图8A中未示出)并且可用于双重目的：衰减输入RF信号中的扰乱和为CA LNA 840a提供良好的输入阻抗匹配。衰减电路860a和860b可以针对CA模式和非CA模式不同地设计和/或可具有不同设置/值以便于在两种模式中获得良好的输入阻抗匹配。
出于简洁起见，图8A示出了CA LNA 840a包括用于两个载波集的两个放大器级850a和850b。CA LNA 840a可包括用于两个以上载波集的两个以上放大器级。
图8B示出了针对放大器级850a和850b两者具有共享的输入衰减电路的CA LNA840b的示例性设计的示意图。CA LNA 840b是图4A中的CA LNA 440的又一示例性设计。CALNA 840b包括两个放大器级850a和850b，其耦合至共享输入衰减电路860a并耦合至两个负载电路890a和890b。在放大器级850a和850b之间的共享输入衰减电路860a可以减小电路面积并且还可提供其他优点。
CA LNA 840b包括图8A中的CA LNA 840a中除了输入衰减电路860b和AC耦合电容器844b以外的所有电路组件。CA LNA 840b内的所有电路组件如以上关于图8A中的CA LNA840a所描述地耦合，除了NMOS晶体管842b以外。NMOS晶体管842b的源极耦合至放大器级850a的输入，其栅极接收Enb2控制信号，并且其漏极耦合至放大器级850b的输入。放大器级850a和850b可分别经由NMOS晶体管842a和842b来独立地选择，并且可分别经由Vcasc1和Vcasc2电压来独立地启用或禁用。
在图8B中所示的示例性设计中，放大器级850a和850b共享用NMOS晶体管842a实现的共用输入开关和共用输入衰减电路860a。输入衰减电路860a可以是可编程的(例如，如图8B中所示)或者可以是固定的(图8B中未示出)并且可用于双重目的：衰减输入RF信号中的传入扰乱和为CA LNA 840b提供良好的输入阻抗匹配。衰减电路860a可针对CA模式和非CA模式具有不同设置以便于在两种模式中获得良好的输入阻抗匹配。
在CA模式中，NMOS晶体管842a和842b两者均被导通，并且输入RF信号经由衰减电路860a被提供给放大器级850a和850b两者。输入RF信号在到达增益晶体管854a之前穿过单个串联开关。输入RF信号在到达增益晶体管854b之前穿过两个串联开关，这可导致放大器级850b的性能的较小降级。在非CA模式中，NMOS晶体管842a被导通，并且输入RF信号被提供给衰减电路860a和放大器级850a。NMOS晶体管842b被关断，并且放大器级850b与节点Y断开，由此降低用于放大器级850a的信号路径上的电容负载。在非CA模式中，输入RF信号在到达增益晶体管854a之前穿过用NMOS晶体管842a实现的单个串联开关。
图9示出了用可调谐匹配电路来实现的CA LNA 940的示例性设计的示意图。CALNA 940是图4A中的CA LNA 440的另一示例性设计。CA LNA 940包括两个放大器级950a和950b，其耦合至共享的可调谐匹配电路932并耦合至两个负载电路990a和990b。放大器级950a包括源极衰退电感器952a、增益晶体管954a、以及共源共栅晶体管956a，它们按与图6A中的电感器652a、增益晶体管654a、以及共源共栅晶体管656a类似的方式来耦合。放大器级950b包括源极衰退电感器952b、增益晶体管954b、以及共源共栅晶体管956b，它们按与图6A中的电感器652a、增益晶体管654a、以及共源共栅晶体管656a类似的方式来耦合。共源共栅晶体管956a的栅极接收第一控制电压Vcasc1。共源共栅晶体管956b的栅极接收第二控制电压Vcasc2。每个放大器级950可基于其Vcasc控制电压来独立地启用或禁用。放大器级950a和950b可分别经由Vcasc1和Vcasc2电压来独立地启用或禁用。
匹配电路932接收输入RF信号并为CA LNA 940执行输入匹配。AC耦合电容器944a的一端耦合至匹配电路932的输出并且另一端耦合到增益晶体管954a的栅极。AC耦合电容器944b的一端耦合至匹配电路932的输出并且另一端耦合到增益晶体管954b的栅极。
CA LNA 940支持CA模式和非CA模式。在CA模式中，分别用被施加到共源共栅晶体管956a和956b的Vcasc1和Vcasc2电压来启用放大器级950a和950b。在非CA模式中，取决于输入RF信号要被路由到的特定负载电路，仅启用两个放大器级950a和950b之一。匹配电路932可基于被启用的放大器级的数目和/或哪个(哪些)放大器级被启用来调节，以便在CA模式和非CA模式两者中均获得良好的噪声/功率匹配。
图5A中的MIMO LNA 540可使用各种电路架构来实现。MIMO LNA 540的一些示例性设计在以下描述。MIMO LNA 540也可使用各种类型的晶体管来实现。使用NMOS晶体管的MIMO LNA 540的一些示例性设计在以下描述。
图10示出了基于共源共栅关断架构的2×2MIMO LNA 1040的示例性设计的示意图。MIMO LNA 1040是图5A中的MIMO LNA 540的示例性设计并且包括(i)接收两个输入RF信号RFin1和RFin2的两个LNA输入，以及(ii)提供两个输出RF信号RFout1和RFout2的两个LNA输出。
MIMO LNA 1040包括耦合至两个负载电路1090a和1090b的四个放大器级1050a到1050d。每个放大器级1050a包括源极衰退电感器1052、增益晶体管1054、以及共源共栅晶体管1056，它们按与图6A中的电感器652a、增益晶体管654a、以及共源共栅晶体管656a类似的方式来耦合。放大器级1050a和1050b内的增益晶体管1054a和1054b的栅极接收第一输入RF信号。放大器级1050c和1050d内的增益晶体管1054c和1054d的栅极接收第二输入RF信号。放大器级1050a和1050c内的共源共栅晶体管1056a和1056c的漏极耦合至负载电路1090a并提供第一输出RF信号。放大器级1050b和1050d内的共源共栅晶体管1056b和1056d的漏极耦合至负载电路1090b并提供第二输出RF信号。
放大器级1050a和1050b可被设计成针对一个或多个频带的第一集合提供良好性能，例如，如以上关于图6A中的CA LNA 640a描述的。类似地，放大器级1050c和1050d可被设计成针对一个或多个频带的第二集合提供良好性能。
MIMO LNA 1040可针对带内CA以1×2配置操作。在1×2配置中，输入RF信号RFin1或RFin2可经由一个LNA输入被提供给两个放大器级1050中的两个增益晶体管1054。输入RF信号被两个增益晶体管放大，被耦合至这两个增益晶体管的两个共源共栅晶体管缓冲，并被提供给负载电路1090a和1090b。MIMO LNA 1040可在输入RF信号被提供给两个LNA输入中的任一者的情况下支持带内CA。
MIMO LNA 1040可针对带间CA以2×2配置操作。在2×2配置中，第一输入RF信号可被一个放大器级1050中的第一所选增益晶体管1054放大，由耦合至第一所选增益晶体管1054的共源共栅晶体管1056缓冲，并被提供给负载电路1090a。第二输入RF信号可被另一放大器级1050中的第二所选增益晶体管1054放大，由耦合至第二所选增益晶体管1054的共源共栅晶体管1056缓冲，并被提供给负载电路1090b。
图11A示出了基于共源共栅关断架构的2×2MIMO LNA 1140a的示例性设计的示意图。MIMO LNA 1140a是图5A中的MIMO LNA 540的另一示例性设计并且包括(i)接收两个输入RF信号RFin1和RFin2的两个LNA输入，以及(ii)提供两个输出RF信号RFout1和RFout2的两个LNA输出。
MIMO LNA 1140a包括分别耦合至两个负载电路1190a和1190b的两个放大器级1150a到1150d。放大器级1150a包括源极衰退电感器1152a、增益晶体管1154a、以及共源共栅晶体管1156a，它们按与图6A中的电感器652a、增益晶体管654a、以及共源共栅晶体管656a类似的方式来耦合。增益晶体管1154a的栅极接收第一输入RF信号。共源共栅晶体管1156a的栅极接收Vcasc1a电压并且其漏极耦合至负载电路1190a。放大器级1150a进一步包括增益晶体管1164a和共源共栅晶体管1166a。增益晶体管1164a的源极耦合至电感器1152a并且其栅极接收第二输入RF信号。共源共栅晶体管1166a的栅极接收Vcasc2a电压并且其漏极耦合至负载电路1190a。
放大器级1150b包括源极衰退电感器1152b、两个增益晶体管1154b和1164b、以及两个共源共栅晶体管1156b和1166b，它们按与放大器级1150a中的电感器1152a、增益晶体管1154a和1164a、以及共源共栅晶体管1156a和1166a类似的方式来耦合。增益晶体管1154b和1164b的栅极分别接收第一和第二输入RF信号。共源共栅晶体管1156b和1166b的栅极分别接收Vcasc1b和Vcasc2b电压，并且它们的漏极耦合至负载电路1190b。
MIMO LNA 1140a可针对带内CA以1×2配置操作。在1×2配置中，输入RF信号RFin1或RFin2可经由一个LNA输入被提供给两个放大器级1050a和1150b中的两个增益晶体管1154a和1154b(或提供给增益晶体管1164a和1164b)。输入RF信号被两个增益晶体管放大，由耦合至这两个增益晶体管的两个共源共栅晶体管缓冲，并被提供给负载电路1190a和1190b。MIMO LNA 1140a可在输入RF信号被施加到两个LNA输入中的任一者的的情况下支持带内CA。
MIMO LNA 1140a可针对带间CA以2×2配置操作。在2×2配置中，第一输入RF信号(例如，RFin1)可被放大器级1150a或1150b接收并可被增益晶体管1154a或1154b放大，由共源共栅晶体管1156a或1156b缓冲，并被提供给负载电路1190a或1190b。第二输入RF信号(例如，RFin2)可被放大器级1150a或1150b接收，被增益晶体管1164a或1164b放大，由共源共栅晶体管1166a或1166b缓冲，并被提供给负载电路1190a或1190b。每个放大器级1150将仅接收两个输入RF信号之一并且将其输出RF信号提供给耦合至该放大器级1150的负载电路1190。
图11B示出了基于共源共栅关断架构的4×2MIMO LNA 1140b的示例性设计的示意图。MIMO LNA 1140b是图5A中的MIMO LNA 540的又一示例性设计并且包括(i)接收四个输入RF信号RFin1到RFin4的四个LNA输入，以及(ii)提供两个输出RF信号RFout1和RFout2的两个LNA输出。MIMO LNA 1140b包括耦合至两个负载电路1190a和1190b的四个放大器级1150a到1150d。放大器级1150a和1150b包括源极衰退电感器、增益晶体管、以及共源共栅晶体管，它们如以上关于图11A所述地耦合。
放大器级1150c包括源极衰退电感器1152c、两个增益晶体管1154c和1164c、以及两个共源共栅晶体管1156c和1166c，它们按与放大器级1150a中的电感器1152a、增益晶体管1154a和1164a、以及共源共栅晶体管1156a和1166a类似的方式来耦合。增益晶体管1154c和1164c的栅极分别接收第三和第四输入RF信号。共源共栅晶体管1156c和1166c的栅极分别接收Vcasc3a和Vcasc4a电压，并且它们的漏极耦合至负载电路1190a。
放大器级1150d包括源极衰退电感器1152d、两个增益晶体管1154d和1164d、以及两个共源共栅晶体管1156d和1166d，它们按与放大器级1150a中的电感器1152a、增益晶体管1154a和1164a、以及共源共栅晶体管1156a和1166a类似的方式来耦合。增益晶体管1154d和1164d的栅极分别接收第三和第四输入RF信号。共源共栅晶体管1156d和1166d的栅极分别接收Vcasc3b和Vcasc4b电压，并且它们的漏极耦合至负载电路1190b。
MIMO LNA 1140b可针对带内CA以1×2配置操作。在1×2配置中，输入RF信号(RFin1、RFin2、RFin3或RFin4)可经由一个LNA输入被提供给两个放大器级1150中的两个增益晶体管。输入RF信号被两个增益晶体管放大，由耦合至这两个增益晶体管的两个共源共栅晶体管缓冲，并被提供给负载电路1190a和1190b。MIMO LNA 1140b可在输入RF信号被施加到四个LNA输入中的任一者的情况下支持带内CA。
MIMO LNA 1140b可针对带间CA以2输入2输出(2×2)配置操作。在2×2配置中，第一输入RF信号(例如，RFin1或RFin2)可被放大器级1150a或1150b接收，被一个放大器级1150a或1150b中的第一所选增益晶体管放大，由耦合至第一所选增益晶体管的共源共栅晶体管缓冲，并被提供给负载电路1190a或1190b。第二输入RF信号(例如，RFin3或RFin4)可被放大器级1150c或1150d接收，被一个放大器级1150c或1150d中的第二所选增益晶体管放大，由耦合至第二所选增益晶体管的共源共栅晶体管缓冲，并被提供给负载电路1190a或1190b。仅两个放大器级1150被启用以放大两个输入RF信号。每个被启用的放大器级1150将仅接收两个输入RF信号之一并且将其输出RF信号提供给耦合至该放大器级1150的负载电路1190。
图11B示出了图11B中的4×2MIMO LNA 1140b的另一视图的示意图。图11C中的MIMO LNA 1140b包括图11B中所示的所有衰退电感器、增益晶体管、以及共源共栅晶体管，它们在图11C中被不同地安排。图11C示出了MIMO LNA 1140b可接收被提供给任何LNA输入的单个输入RF信号(例如，RFin1、RFin2、RFin3或RFin4)并且可向两个负载电路1190a和1190b提供两个输出RF信号以用于带内CA。图11C还示出了MIMO LNA 1140b可接收被提供给两个LNA输入的两个输入RF信号(例如，RFin1和RFin3、或者RFin1和RFin4、或者RFin2和RFin3、或者RFin2和RFin4)并且可向两个负载电路1190a和1190b提供两个输出RF信号以用于带间CA。如果分开的源极衰退电感器被用于每个增益晶体管(针对总共八个源极衰退电感器)，则两个输入RF信号可被施加于任何两个LNA输入。
图10和11A示出了2×2MIMO LNA的两种示例性设计。图11B示出了4×2MIMO LNA的示例性设计。MIMO LNA还可以用其他方式来实现。例如，MIMO LNA可包括一个或多个反馈电路，其中每个反馈电路耦合在一个或多个放大器级的输入与输出之间，例如，如图7中所示。
一般而言，可基于共源共栅关断架构来实现具有任何数目的输入和任何数目的输出的MIMO LNA。用于更多频带的更多LNA输入可用更多放大器级和/或每个放大器级中的更多增益和共源共栅晶体管来得到支持。针对更多载波集的更多LNA输出也可使用更多放大器级和/或每个放大器级中的更多增益和共源共栅晶体管来得到支持。
匹配电路和可调谐匹配电路可以用各种方式来实现。可调谐匹配电路的一些示例性设计在以下描述。
图12A示出了基于L拓扑的可调谐匹配电路1210的示例性设计。该L拓扑包括耦合至分流电路组件的串联电路组件。串联电路组件是连接在两个节点之间的电路组件。分流电路组件是连接在节点与电路接地之间的电路组件。电路组件可以是电感器、电容器、电阻器等。匹配电路1210包括(i)耦合在匹配电路1210的输入与输出之间的串联电感器1212、以及(ii)耦合在匹配电路1210的输出与电路接地之间的可调谐分流电容器1214。
图12B示出了基于L拓扑的可调谐匹配电路1220的示例性设计。匹配电路1220包括(i)耦合在匹配电路1220的输入与输出之间的可调谐串联电容器1222、以及(ii)耦合在匹配电路1220的输出与电路接地之间的分流电感器1224。
图12C示出了基于R拓扑的可调谐匹配电路1230的示例性设计。该R拓扑包括耦合至串联电路组件的分流电路组件。匹配电路1230包括(i)耦合在匹配电路1230的输入与电路接地之间的可调谐分流电容器1232、以及(ii)耦合在匹配电路1230的输入与输出之间的串联电感器1234。
图12D示出了基于π拓扑的可调谐匹配电路1240的示例性设计。该π拓扑包括耦合至串联电路组件的分流电路组件，该串联电路组件耦合至另一分流电路组件。匹配电路1240包括(i)耦合在匹配电路1240的输入与电路接地之间的分流电容器1242、(ii)耦合在匹配电路1240的输入与输出之间的串联电感器1244、以及(iii)耦合在匹配电路1240的输出与电路接地之间的可调谐分流电容器1246。
图12E示出了具有两个R区段的可调谐匹配电路1250的示例性设计。匹配电路1250包括(i)耦合在匹配电路1250的输入与电源Vdd之间的分流电感器1252、(ii)耦合在匹配电路1250的输入与节点E之间的串联电容器1254、(iii)耦合在节点E与电路接地之间的可调谐分流电容器1256、以及(iv)耦合在节点E与匹配电路1250的输出之间的串联电感器1258。
图12F示出了基于π拓扑的可调谐匹配电路1260的示例性设计。匹配电路1260包括(i)耦合在匹配电路1260的输入与Vdd电源之间的分流电感器1262、(ii)耦合在匹配电路1260的输入与输出之间的串联电容器1264、(iii)耦合在匹配电路1260的输出与电路接地之间的可调谐分流电容器1266、以及(iv)耦合在匹配电路1260的输出与电路接地之间的分流电感器1268。
还可基于图12A到12F中所示的示例性设计中的任一者来实现固定的匹配电路。在这一情形中，每个可调电路组件(例如，每个可调电容器)可被固定的电路组件(例如，固定的电容器)来代替。
在一示例性设计中，一种装置(例如，无线设备、IC、电路模块等)可包括第一和第二放大器级(例如，用于CA LNA或MIMO LNA)。在第一放大器级(例如，图6A中的放大器级650a)被启用时，第一放大器级可接收和放大输入RF信号并将第一输出RF信号提供给第一负载电路(例如，负载电路690a)。该输入RF信号可包括在不同频率处的多个载波上发送给无线设备的传输。在第二放大器级(例如，图6A中的放大器级650b)被启用时，第二放大器级可接收和放大输入RF信号并将第二输出RF信号提供给第二负载电路(例如，负载电路690b)。每个负载电路可包括至少一个混频器(例如，如图4B或5B中所示)和/或其他电路。第一输出RF信号可被处理(例如，下变频)以获得至少一个载波的第一集合上的传输。第二输出RF信号可被处理以获得至少一个载波的第二集合上的传输。
在示例性设计中，第一放大器级可包括耦合至第一共源共栅晶体管(例如，共源共栅晶体管656a)的第一增益晶体管(例如，图6A中的增益晶体管654a)。第二放大器级可包括耦合至第二共源共栅晶体管(例如，共源共栅晶体管656b)的第二增益晶体管(例如，增益晶体管654b)。输入RF信号可被提供给第一和第二增益晶体管两者。在示例性设计中，第一放大器级可进一步包括耦合至第一增益晶体管的第一电感器(例如，电感器652a)。第二放大器级可进一步包括耦合至第二增益晶体管的第二电感器(例如，电感器652b)。在另一示例性设计中，第一和第二增益晶体管的源极可耦合至电路接地(例如，如图8A和8B中所示)。
在示例性设计中，第一和第二放大器级可(i)在第一/CA模式中提供第一和第二输出RF信号，以及(ii)在第二/非CA模式中提供第一输出RF信号但不提供第二输出RF信号。在第一/CA模式中可启用第一和第二共源共栅晶体管两者。在第二/非CA模式中可启用第一和第二共源共栅晶体管中的仅一者。在第一/CA模式和第二/非CA模式两者中，第一和第二增益晶体管可被施加输入RF信号。在第二/非CA模式中，第一和第二增益晶体管中的一个可在饱和区中操作，而第一和第二增益晶体管中的另一个可在线性区中操作。可通过向每个放大器级中的一个或多个共源共栅晶体管提供一个或多个恰适的电压来启用或禁用该放大器级。
在示例性设计中，反馈电路(例如，图7中的反馈电路660)可耦合在第一和第二放大器级中的至少一者的输出与输入之间。该反馈电路可包括电阻器、或电容器、或有源电路(诸如晶体管)、或某一其他电路、或其任何组合。
在示例性设计中，分开的衰减电路可被用于放大器级，例如，如图8A中所示。第一衰减电路(例如，图8A中的衰减电路860a)可耦合至第一放大器级并且可接收输入RF信号并将第一经衰减输入RF信号提供给第一放大器级。第二衰减电路(例如，图8A中的衰减电路860b)可耦合至第二放大器级并且可接收输入RF信号并将第二经衰减输入RF信号提供给第一放大器级。
在另一示例性设计中，共享/共用衰减电路可被用于所有放大器级，例如，如图8B中所示。共享衰减电路(例如，图8B中的衰减电路860a)可耦合至第一和第二放大器级并且可接收输入RF信号并将经衰减输入RF信号提供给两个放大器级。
在示例性设计中，输入匹配电路可被用于放大器级。输入匹配电路(例如，图6A中的输入匹配电路632)可耦合至第一和第二放大器级并且可接收一接收机输入信号并提供输入RF信号。输入匹配电路可以是固定的(例如，如图6A中所示)并且可包括一个或多个固定的电路组件。替换地，输入匹配电路可以是可调谐的(例如，如图9中所示)并且可包括至少一个可调电路组件。
在示例性设计中，该装置可进一步包括组件第三和第四放大器级(例如，图10中用于MIMO LNA的放大器级1050c和1050d)。在第三放大器级(例如，放大器级1050c)被启用时，第三放大器级可接收和放大第二输入RF信号并将第一输出RF信号提供给第一负载电路。在第四放大器级(例如，放大器级1050d)被启用时，第四放大器级可接收和放大第二输入RF信号并将第二输出RF信号提供给第二负载电路。
在另一示例性设计中，在第一放大器级(例如，图11A中的放大器级1150a)被启用时，第一放大器级可接收和放大输入RF信号或第二输入RF信号并且可将第一输出RF信号提供给第一负载电路。在第二放大器级(例如，放大器级1150b)被启用时，第二放大器级可接收和放大输入RF信号或第二输入RF信号并且可将第二输出RF信号提供给第二负载电路。第一放大器级可进一步包括耦合至第三共源共栅晶体管(例如，共源共栅晶体管1166a)的第三增益晶体管(例如，增益晶体管1164a)。第二放大器级可进一步包括耦合至第四共源共栅晶体管(例如，共源共栅晶体管1166b)的第四增益晶体管(例如，增益晶体管1164b)。第二输入RF信号可被提供给第三和第四增益晶体管两者。
在另一示例性设计中，该装置可进一步包括第三和第四放大器级(例如，图11B中用于MIMO LNA的放大器级1150c和1150d)。在第三放大器级(例如，放大器级1150c)被启用时，第三放大器级可接收和放大第三输入RF信号或第四输入RF信号并且可将第一输出RF信号提供给第一负载电路。在第四放大器级(例如，放大器级1150d)被启用时，第四放大器级可接收和放大第三输入RF信号或第四输入RF信号并且可将第二输出RF信号提供给第二负载电路。
图13示出了用于在无线系统中接收信号的过程1300的示例性设计。过程1300可由无线设备执行(如以下描述的)或由其他某个实体来执行。无线设备可在第一/CA模式中启用第一和第二放大器级(框1312)。无线设备可在第二/非CA模式中启用第一放大器级并禁用第二放大器级(框1314)。无线设备在第一放大器级被启用时可用第一放大器级来放大第一输入RF信号以获得第一输出RF信号(框1316)。无线设备在第二放大器级被启用时可用第二放大器级来放大第一输入RF信号或第二输入RF信号以获得第二输出RF信号(框1318)。第一和第二输入RF信号可包括在不同频率处的多个载波上发送给无线设备的传输。第一和第二输入RF信号可用于不同频带。
本文中描述的LNA可在IC、模拟IC、RFIC、混合信号IC、ASIC、印刷电路板(PCB)、电子设备等上实现。这些LNA还可用各种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(N-MOS)、P沟道MOS(P-MOS)、双极结型晶体管(BJT)、双极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。
实现本文中所描述的LNA的装置可以是自立设备或者可以是较大设备的一部分。设备可以是(i)自立IC，(ii)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)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传递的任何介质。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、或能被用来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了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 (23)

1.一种用于低噪声放大器的装备，包括：
第一放大器级，被配置用于在所述第一放大器级被启用时，接收并放大输入射频信号并向第一负载电路提供第一输出射频信号，所述输入射频信号包括在处于不同频率的多个载波上被发送到无线装置的传输；
第二放大器级，被配置用于在所述第二放大器级被启用时，接收并放大所述输入射频信号并向第二负载电路提供第二输出射频信号；以及
输入匹配电路，所述输入匹配电路被耦合到所述第一和第二放大器级并被配置用于接收接收机输入信号并提供所述输入射频信号，
其中所述第一放大器级包括第一增益晶体管和耦合至所述第一增益晶体管的第一衰退电感器，所述第二放大器级包括第二增益晶体管和耦合至所述第二增益晶体管的第二衰退电感器，并且所述输入射频信号被提供给所述第一和第二增益晶体管两者。
2.如权利要求1所述的装备，其中，所述第一放大器级进一步包括直接连接到所述第一增益晶体管的第一共源共栅晶体管，所述第二放大器级包括直接连接到所述第二增益晶体管的第二共源共栅晶体管。
3.如权利要求1所述的装备，其中，所述输入匹配电路为可调谐并包括至少一个可调电路组件。
4.如权利要求2所述的装备，其中，所述第一和第二增益晶体管具有耦合至电路接地的源极。
5.如权利要求2所述的装备，其中，所述第一和第二放大器级以第一模式提供所述第一和第二输出射频信号，并以第二模式提供所述第一输出射频信号但不提供所述第二输出射频信号，所述第一和第二共源共栅晶体管以所述第一模式被启用，而所述第一和第二共源共栅晶体管中仅一者以所述第二模式被启用。
6.权利要求5所述的装备，其中，所述输入射频信号以所述第一模式和所述第二模式两者应用于所述第一和第二增益晶体管，并且所述第一和第二增益晶体管之一在饱和区中操作，而所述第一和第二增益晶体管中的另一个以所述第二模式在线性区中操作。
7.如权利要求1所述的装备，进一步包括：
耦合在所述第一和第二放大器级中的至少一者的输出与输入之间的反馈电路。
8.权利要求7所述的装备，其中，所述反馈电路包括电阻器、或电容器、或电阻器和电容器两者。
9.如权利要求1所述的装备，进一步包括：
耦合至所述第一放大器级并被配置用于接收所述输入射频信号的第一衰减电路；以及
耦合至所述第二放大器级并被配置用于接收所述输入射频信号的第二衰减电路。
10.如权利要求1所述的装备，进一步包括：
耦合至所述第一和第二放大器级并被配置用于接收所述输入射频信号的衰减电路。
11.如权利要求1所述的装备，其中，进一步包括：
第三放大器级，被配置用于在所述第三放大器级被启用时，接收并放大第二输入射频信号并向所述第一负载电路提供所述第一输出射频信号；以及
第四放大器级，被配置用于在所述第四放大器级被启用时，接收并放大所述第二输入射频信号并向所述第二负载电路提供所述第二输出射频信号。
12.如权利要求11所述的装备，其中，所述第三放大器级包括耦合到所述第一衰退电感器的第三增益晶体管，并且其中所述第四放大器级包括耦合到所述第二衰退电感器的第四增益晶体管。
13.如权利要求11所述的装备，其中，所述第三放大器级包括耦合到第三衰退电感器的第三增益晶体管，并且其中所述第四放大器级包括耦合到第四衰退电感器的第四增益晶体管。
14.如权利要求1所述的装备，其中，在所述第一放大器级被启用时，控制信号选择性地启用所述第二放大器级。
15.如权利要求1所述的装备，其中，
所述第一放大器级被配置用于在所述第一放大器级被启用时，接收并放大所述输入射频信号或第二输入射频信号并且将所述第一输出射频信号提供给所述第一负载电路，以及
所述第二放大器级被配置用于在所述第二放大器级被启用时，接收并放大所述输入射频信号或所述第二输入射频信号并且将所述第二输出射频信号提供给所述第二负载电路。
16.如权利要求2所述的装备，其中，所述第一放大器级进一步包括耦合至第三共源共栅晶体管的第三增益晶体管，所述第二放大器级进一步包括耦合至第四共源共栅晶体管的第四增益晶体管，并且第二输入射频信号被提供给所述第三和第四增益晶体管两者。
17.如权利要求15所述的装备，进一步包括：
第三放大器级，被配置用于在所述第三放大器级被启用时，接收并放大第三输入射频信号或第四输入射频信号并向所述第一负载电路提供所述第一输出射频信号；以及
第四放大器级，被配置用于在所述第四放大器级被启用时，接收并放大所述第三输入射频信号或所述第四输入射频信号并且将所述第二输出射频信号提供给所述第二负载电路。
18.一种用于低噪声放大器的方法，包括：
用输入匹配电路接收接收机输入信号并提供第一输入射频信号；
在第一放大器级被启用时，用所述第一放大器级放大所述第一输入射频信号以获得第一输出射频信号，所述第一输入RF信号包括在处于不同频率的多个载波上被发送到无线装置的传输；以及
在第二放大器级被启用时，用所述第二放大器级放大所述第一输入射频信号或第二输入射频信号以获得第二输出射频信号，
其中所述第一放大器级包括第一增益晶体管和耦合至所述第一增益晶体管的第一衰退电感器，所述第二放大器级包括第二增益晶体管和耦合至所述第二增益晶体管的第二衰退电感器，并且所述输入射频信号被提供给所述第一和第二增益晶体管两者。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括：
以第一模式启用所述第一和第二放大器级以获得所述第一和第二输出射频信号；以及
以第二模式启用所述第一放大器级并禁用所述第二放大器级以获得所述第一输出射频信号而非所述第二输出射频信号。
20.如权利要求18所述的方法，其中，所述输入匹配电路为可调谐并包括至少一个可调电路组件。
21.一种用于低噪声放大器的装备，包括：
用于匹配的装置，被配置用于接收接收机输入信号并提供第一输入射频信号；
用于放大的第一装置，被配置用于在所述用于放大的第一装置被启用时，放大所述第一输入射频信号并提供第一输出射频信号，所述第一输入射频信号包括在处于不同频率的多个载波上被发送到无线装置的传输；以及
用于放大的第二装置，被配置用于在所述用于放大的第二装置被启用时，放大所述第一输入射频信号或第二输入射频信号并提供第二输出射频信号，
其中所述用于放大的第一装置包括第一增益晶体管和耦合至所述第一增益晶体管的第一衰退电感器，所述用于放大的第二装置包括第二增益晶体管和耦合至所述第二增益晶体管的第二衰退电感器，并且所述输入射频信号被提供给所述第一和第二增益晶体管两者。
22.如权利要求21所述的装备，进一步包括：
用于以第一模式启用所述用于放大的第一和第二装置以获得所述第一和第二输出射频信号的装置；以及
用于以第二模式启用所述用于放大的第一装置并禁用所述用于放大的第二装置以获得所述第一输出射频信号而非所述第二输出射频信号的装置。
23.如权利要求21所述的装备，其中，所述用于匹配的装置为可调谐并包括至少一个可调电路组件。
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