CN115699566A - 具有输入功率保护的放大器 - Google Patents

Abstract

具有输入功率保护的放大器。在一些实施例中，所述放大器电路可以包括输入节点和输出节点、以及在所述输入节点和所述输出节点之间实现的放大器。所述放大器电路可以进一步包括配置为向所述放大器提供偏置信号的偏置电路。所述放大器电路可以进一步包括保护电路，其配置为生成表示所述输入节点处出现的射频信号的峰值的检测电压。所述保护电路可以进一步配置为，当所述检测电压大于第一阈值时启用保护模式，并且当所述检测电压小于第二阈值时禁用所述保护模式，所述第二阈值小于所述第一阈值。

Description

具有输入功率保护的放大器

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年4月13日提交的题为“AMPLIFIER HAVING INPUT POWERPROTECTION”的美国临时申请No.63/009,442的优先权，其公开内容在这里整体引用而明确地合并与此。

技术领域

本申请涉及放大器的功率保护。

背景技术

在电子应用中，放大器用于放大信号，诸如射频(RF)信号。这种放大信号可以在例如接收器电路中进一步处理。

发明内容

根据一些实施方式，本申请涉及一种放大器电路，其包括：输入节点和输出节点，以及在所述输入节点和所述输出节点之间实现的放大器。所述放大器电路进一步包括：偏置电路，其配置为向所述放大器提供偏置信号；以及保护电路，其配置为生成表示所述输入节点处出现的射频信号的峰值的检测电压。所述保护电路进一步配置为，当所述检测电压大于第一阈值时启用保护模式，并且当所述检测电压小于第二阈值时禁用所述保护模式，所述第二阈值小于所述第一阈值。

在一些实施例中，所述输入节点可以配置为耦接到天线。所述放大器可以是配置为支持接收操作的低噪声放大器。

在一些实施例中，所述放大器可以包括第一晶体管和第二晶体管的共源共栅(cascode)布置，其中所述第一晶体管具有耦接到所述输入节点的输入，并且所述第二晶体管耦接到所述第一晶体管并且具有耦接到所述输出节点的输出。所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每一个可以是具有栅极、漏极和源极的场效应晶体管。所述第一晶体管可实现为共源器件，且所述第二晶体管可实现为共栅器件，使得所述第一晶体管的栅极耦接到所述输入节点，所述第一晶体管的漏极耦接到所述第二晶体管的源极，并且所述第二晶体管的漏极耦接到所述输出节点。所述第一晶体管的源极可耦接到地，而所述第二晶体管的栅极可耦接到具有栅极电位的节点。

在一些实施例中，所述保护电路可以包括配置为实现所述保护模式的启用和禁用的组件开关。所述开关组件可以包括并联开关，其配置为允许所述射频信号从所述输入节点到地的可切换分流。所述并联开关可以配置为，当所述保护电路禁用所述保护模式时断开，并且当保护电路启用所述保护模式时闭合。

在一些实施例中，所述开关组件可以包括晶体管间开关，其配置为提供所述第一晶体管和所述第二晶体管的可切换耦接。所述晶体管间开关可以配置为：当所述保护电路禁用所述保护模式时，所述晶体管间开关闭合以允许来自所述第一晶体管的部分放大信号被提供作为所述第二晶体管的输入；并且当所述保护电路启用所述保护模式时，所述晶体管间开关断开以将所述第二晶体管从所述第一晶体管断开。

在一些实施例中，所述偏置电路可以配置为通过偏置电阻向所述第一晶体管的输入提供所述偏置信号。所述偏置电路可以包括电流镜，使得所述偏置信号表示所述电流镜的输出。

在一些实施例中，所述开关组件可以包括在所述电流镜中实现的一个或多个开关。所述电流镜的一个或多个开关可以配置为当所述保护电路禁用所述保护模式时启用所述电流镜的操作，并且当所述保护电路启用所述保护模式时所述禁用电流镜的操作。

在一些实施例中，所述开关组件可以包括在地与所述电流镜和所述偏置电阻之间的节点之间实现的偏置并联开关。所述偏置并联开关可以配置为当所述保护电路禁用所述保护模式时断开，并且当所述保护电路启用所述保护模式时闭合。

在一些实施例中，所述开关组件可以包括实施为与所述偏置电阻电并联的旁路开关。所述旁路开关可以配置为当所述保护电路禁用所述保护模式时断开，当所述保护电路启用所述保护模式时闭合。

在一些实施例中，所述保护电路可以包括耦接到所述输入节点以允许对所述射频信号进行采样的检测器。所述检测器可以配置为基于所述采样的射频信号的峰值来生成检测电压。在一些实施例中，所述检测器可以包括：配置为在一个方向上限制与所述采样的射频信号相关联的电流的二极管；以及配置为生成所述检测电压的阻容电路。所述阻容电路可以包括在所述二极管的输出和地之间的电阻和电容的并联布置。

在一些实施例中，所述检测器可以包括比较器，其配置为当所述检测电压大于所述第一阈值时生成启用输出以启用所述保护模式，并且当所述检测电压小于所述第二阈值时生成禁用输出以禁用所述保护模式。在一些实施例中，所述比较器可以包括施密特触发器。

在一些实施例中，所述保护电路可以进一步包括控制逻辑电路，其配置为生成第一组控制信号以基于所述比较器的启用输出来启用所述保护模式，并且生成第二组控制信号以基于所述比较器的禁用输出来禁用所述保护模式。所述第一组控制信号和所述第二组控制信号中的每一个都可以包括开关控制信号。

在一些实施例中，所述放大器电路可以进一步包括静电放电电路，其耦接到所述输入节点并且配置为当所述输入节点处的电压大于放电阈值时提供到地的放电路径。所述静电放电电路可以包括多个二极管，每个二极管配置为多堆叠器件，其具有减小尺寸以满足较低的静电放电保护要求，从而提供减小的寄生电容。

在一些实施方式中，本申请涉及一种芯片，包括：半导体衬底，以及实现在所述半导体衬底上的放大器电路。所述放大器电路包括输入节点和输出节点、以及实现在所述输入节点和所述输出节点之间的放大器。所述放大器电路进一步包括配置为向所述放大器提供偏置信号的偏置电路。所述放大器电路进一步包括保护电路，其配置为生成表示所述输入节点处出现的射频信号的峰值的检测电压。所述保护电路进一步配置为，当所述检测电压大于所述第一阈值时启用保护模式，并且当所述检测电压小于第二阈值时禁用所述保护模式，所述第二阈值小于所述第一阈值。

在一些实施例中，所述半导体衬底可以配置为支持CMOS工艺。

根据多个实施方式，本申请涉及一种封装模块，其包括配置为容纳多个部件的封装衬底以及在所述封装衬底上实现的放大器电路。所述放大器电路包括输入节点和输出节点，以及实现在所述输入节点和所述输出节点之间的放大器。所述放大器电路进一步包括配置为向所述放大器提供偏置信号的偏置电路。所述放大器电路进一步包括保护电路，其配置为生成表示所述输入节点处出现的射频信号的峰值的检测电压。所述保护电路进一步配置为，当所述检测电压大于第一阈值时启用保护模式，并且当所述检测电压小于第二阈值时禁用所述保护模式，所述第二阈值小于所述第一阈值。

在一些实施例中，基本上所有的放大器电路都可以在安装在所述封装衬底上的半导体芯片上实现。在一些实施例中，所述放大器电路可以配置为支持接受操作。在一些实施例中，所述封装模块可以是接收模块。在一些实施例中，所述接收模块可以是分集接收模块。

在一些教导中，本申请涉及一种无线设备，其包括天线、收发器以及在所述天线和所述收发器之间实现的放大器电路。所述放大器电路包括输入节点和输出节点，以及在所述输入节点和所述输出节点之间实现的放大器。所述放大器电路进一步包括配置为向所述放大器提供偏置信号的偏置电路。所述放大器电路进一步包括保护电路，其配置为生成表示所述输入节点处出现的射频信号的峰值的检测电压。所述保护电路进一步配置为，当所述检测电压大于第一阈值时启用保护模式，并且当所述检测电压小于第二阈值时禁用所述保护模式，所述第二阈值小于所述第一阈值。

在一些实施例中，所述放大器电路的输入节点可以耦接到所述天线，并且所述放大器电路的输出节点可以耦接到所述收发器。在一些实施例中，所述无线设备可以是配置为在一个或多个蜂窝频带中操作的蜂窝电话。

为了概括本申请，本文描述了本发明的某些方面、优点和新颖特征。应当理解，根据本发明的任何特定实施例，不一定可以实现所有这些优点。因此，本发明可以以实现或优化如本文教导的一个优点或一组优点的方式来体现或执行，而不必实现如本文教导或建议的其他优点。

附图说明

图1描绘了具有放大器和输入功率保护电路的放大器电路。

图2示出了可以是图1的放大器电路的更具体示例的放大器电路。

图3示出了示例放大器电路，其具有实现为耦接到放大器的输入路径的静电放电(ESD)保护电路的常规保护电路。

图4A示出了在一些实施例中，放大器电路可以被实现为包括保护电路，该保护电路配置为利用检测器来检测沿着到放大器的输入路径的高电功率状况。

图4B示出了具有与图4A的放大器电路类似的架构的放大器电路，但是其中共源共栅放大器包括第一和第二双极结型晶体管。

图5示出了可以是图4A的放大器电路的更具体示例的放大器电路。

图6A示出了图5的放大器电路，其中保护电路配置为正常工作模式。

图6B示出了图5的放大器电路，其中保护电路配置为在放大器输入处检测到高功率状况时的保护模式。

图7A和7B示出了正常工作模式和保护模式之间的转变的示例，其可以被实现以减少或消除诸如颤振效应的不期望的影响。

图8A示出了与图5的放大器电路的共源晶体管(Q1)相关联的各种信号迹线。

图8B示出了与图5的放大器电路的共栅晶体管(Q2)相关联的各种信号迹线。

图8C示出了图8A和8B的选定迹线的部分放大视图。

图9示出了在一些实施例中，具有本文所述的一个或多个特征的基本上所有的保护电路都可以在包括对应放大器的芯片上实现。

图10示出在一些实施方式中，本文描述的一个或多个特征可以被包括在模块中。

图11描绘了具有本文所述的一个或多个有利特征的示例无线设备。

具体实施方式

本文提供的标题(如果有的话)仅为方便起见，并不一定影响要求保护的发明的范围或含义。

图1描绘了具有放大器102和输入功率保护电路104的放大器电路100。本文描述了与这种放大器电路相关联的各种特征。虽然本文在基于放大器的输入来保护放大器电路的上下文中描述了各种示例，但是应当理解，本申请的一个或多个特征也可以在关于放大器、非放大器应用等的其他应用中实现。

图2示出了放大器电路100，其可以是在基于放大器102的输入提供电路保护的情形中，图1的放大器电路100的更具体示例。因此，这种放大器电路被示为包括耦接到输入信号路径的输入功率保护电路104。这种输入信号路径被示为允许射频(RF)信号(RF_in)被提供作为放大器102的输入，从而生成放大的RF信号(RF_out)。

图2示出了在一些实施例中，输入功率保护电路104可以包括检测器部件106和控制部件108。为了描述的目的，将理解的是，部件可以包括被实施以提供功能的一个或多个一个或多个器件、一个或多个电路或其任何组合。因此，并且如本文所述，检测器部件106可以配置为检测与输入RF信号(RF_in)相关联的状况并且生成表示该状况的输出。控制部件108可以配置为基于检测器部件106的输出来生成一个或多个控制信号，并且这种一个或多个控制信号可以被用来配置放大器102的操作以便防止或减少可能与输入信号相关联的状况可能引起的损坏的可能性。这种检测和控制功能的更具体示例在本文中更详细地描述。

应注意的是，在诸如蜂窝电话的示例无线应用中，接收器电路通常包括低噪声放大器(LNA)，该放大器配置为放大通过天线接收并通过前端天线开关/滤波器网络路由的微弱信号。这种LNA通常配置为提供高增益、低噪声系数(NF)和诸如高输入三阶截距(IIP3)(例如，在600MHz至5000MHz的频率范围内)的其他性能特征。

为了实现这些高性能特性，可以利用例如CMOS RFIC(互补金属氧化物半导体射频集成电路)工艺来制造这种LNA，CMOS RFIC工艺利用窄沟道(例如，<90nm)、薄栅极氧化物(例如，<1.8nm)NMOS(N型MOS)器件用于共源输入级。由于栅极氧化物相对较薄，所以如果器件在接近或超过指定最大寿命栅极电压(例如-1.5V)下运行，这些器件可能会因与时间相关电介质击穿(TDDB)而失效。

还应注意，当蜂窝电话接收器非常接近一个或多个其他蜂窝手机时，它可能会经受高功率RF信号(例如，高达23dBm)。在这种情况下，上述LNA的NMOS栅极上可以出现高达+/-3.6V的峰值电压，严重降低相应器件的使用寿命。

在许多无线设计中，诸如上述高功率电压状况之类的电气状况导致的损坏或永久性性能下降是不可接受的。因此，一些无线设计包括在LNA输入处提供限制或钳位功能的保护电路。图3示出了示例放大器电路10，其具有实现为耦接到LNA12的输入路径的静电放电(ESD)保护电路14的常规保护电路。

在图3的示例中，ESD保护电路14被示为包括耦接LNA12的输入路径与地的二极管的反并联组合。这种二极管组合可用于将输入RF电平限制或钳位到某个安全电平。为了提供这种保护功能，通常需要单堆叠、大外围二极管。然而，这种二极管通常会使输入路径负载大寄生电容，这会降低输入阻抗匹配，从而导致增益和噪声系数性能下降。随着工作频率的增加，这种过大的二极管寄生电容也会变得更加难以管理。

在一些实施例中，图2的放大器电路100可以配置为使得保护电路104在没有图3的基于二极管的ESD保护电路14的情况下提供针对呈现给放大器102的输入的高电功率的保护。例如，图4A示出了在一些实施例中，放大器电路100可以被实现为包括保护电路104，保护电路104配置为，与检测器106一起，检测沿到放大器102的输入路径的高电功率状况。保护电路104被示为进一步包括配置为控制放大器电路100的一个或多个部分的操作的控制部件106。这种检测器和控制部件的示例在本文中更详细地描述。

在图4A的示例中，放大器102配置为具有第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的共源共栅布置的共源共栅放大器。例如，第一晶体管Q1可以实现为共源极(CS)级，其中输入信号(RF_in)提供给Q1的栅极，并且放大信号通过Q1的漏极输出，Q1的源极耦接到地。第二晶体管Q2可以实现为共栅极(CG)级，其中来自Q1的放大信号提供给Q2的源极，并且进一步放大的信号通过Q2的漏极输出，Q2的栅极提供有栅极电压VG。

在图4A的示例中，放大器电路100可以进一步包括配置为例如向Q1的栅极提供偏置信号的偏置电路110。因此，这种偏置电路可以耦接到路由输入信号RF_in的输入路径。在图4A的示例中，放大器102示为向第二晶体管Q2的漏极提供电源电压VDD。

在一些实施例中，并且如图4A中所示，保护电路104可以配置为使得控制部件108控制输入路径的操作、偏置电路的操作和/或共源共栅放大器102的操作。本文更详细地描述了与这种保护操作相关的示例。

应当注意，图4A的示例和图5-8的更具体的示例是在利用场效应晶体管(FET)的共源共栅放大器的情形中描述的。应当理解，在一些实施例中，本申请的一个或多个特征也可以是实现用于非共源共栅配置的放大器。还将理解，在一些实施例中，本申请的一个或多个特征也可以利用包括双极结型晶体管(BJT)的其他类型的晶体管来实现。

例如，图4B示出放大器电路100具有与图4A的放大器电路100类似的架构，但是共射共基(cascode)放大器102包括第一和第二BJT Q1、Q2。更具体地，第一晶体管Q1可以实现为共发射级，其中输入信号(RF_in)提供给Q1的基极，并且放大信号通过Q1的集电极输出，Q1的发射极耦接到地。第二晶体管Q2可以实现为公共基极，其中来自Q1的放大信号提供给Q2的发射极，并且进一步放大的信号通过Q2的集电极输出，Q2的基极提供有基极电压VB。

在图4B的示例中，放大器电路100可以进一步包括偏置电路110，其配置为例如向Q1的基极提供偏置信号。因此，这种偏置电路可以耦接到路由输入信号RF_in的输入路径。在图4B的示例中，放大器102示为向第二晶体管Q2的集电极提供电源电压VCC。

图5示出可以是图4A的放大器电路的更具体示例的放大器电路100。在图5的示例中，放大器102示为包括第一和第二晶体管Q1、Q2的共源共栅布置，类似于图4A的示例。输入信号(RF_in)示为通过DC-阻断电容C2提供给Q1的栅极，并且放大信号示为通过Q2的漏极和DC-阻断电容提供为输出(RF_out)C3。

在图5的示例中，开关SW3示为设置在Q1和Q2之间。更具体地，Q1的漏极示为通过开关SW3耦接到Q2的源极。与这种开关的操作相关的示例在本文中更详细地描述。

在图5的示例中，偏置电路总的表示为110，并且示为包括电流镜，其中参考电流IREF可以通过IREF侧上的晶体管M1和电源(例如，VDD)侧上的晶体管M2的镜像布置被复制。来自电源的镜像电流可以通过用于放大器102的操作的偏置电阻R2提供给放大器102的Q1的栅极。

在一些实施例中，如图5所示，可以为偏置电路110提供多个开关。例如，开关SW1示为设置在参考电流源和对应的晶体管M1之间；并且类似地，开关SW2示为设置在晶体管M2与偏置电阻R2之间。具有开关SW4的可切换旁路路径示为被提供以与偏置电阻R2电并联。具有开关SW5的可切换分流路径示为设置在地与M2和R2之间的节点之间。与偏置电路110相关联的这种开关的操作相关的示例在本文中更详细地描述。

参考图5的示例，具有开关SW6的可切换分流路径可以设置在输入路径和地之间。与这种开关的操作相关的示例在本文中更详细地描述。

图5示出在一些实施例中，保护电路104可以包括耦接到输入路径的RF峰值检测器112。如本文所述，这种RF峰值检测器可以采样和测量表示输入路径处的RF信号的峰值的检测电压VDET。例如，二极管D1可以限制电流从采样的RF信号向如图所示正向流动，并且电容器C1可以通过电流充电以达到峰值电压。可以实现电阻器R1以允许充电的电容器放电。

在一些实施例中，可以将来自RF峰值检测器112的检测电压VDET提供给比较器114。比较器114可以基于输入信号VDET的值来输出信号VDET_BUF(例如，高或低)。例如，如果VDET的值大于第一阈值，则可以将输出信号VDET_BUF设置为高，并且基于这种高信号，可以启用控制动作以保护放大器电路100。如果VDET的值小于第二阈值，则可以将输出信号VDET_BUF设置为低，并且基于这种低信号，可以禁用上述控制动作以允许放大器电路100返回正常操作。

在一些实施例中，比较器114使用的第一阈值和第二阈值可以不同。在一些实施例中，用于输出信号VDET_BUF的低到高和高到低转变的这种不同阈值可以由实现为前述比较器114的施密特触发器提供。这种施密特触发器可以包括滞后特性以提供这种不同阈值。在本文更详细地描述了基于这种滞后特性来启用和禁用放大器电路100的保护的示例。

在图5的示例中，RF峰值检测器112和施密特触发器114可以被认为是图4A的检测器部件106的示例。在图5中，开关控制逻辑电路108可以被认为是图4A的控制部件108的示例。在一些实施例中，如果来自施密特触发器114的VDET_BUF为高，则这种开关控制逻辑电路可以为开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6提供第一组开关控制信号，并且如果来自施密特触发器114的VDET_BUF为低，则提供用于相同开关的第二组开关控制信号。这种切换控制功能的示例在本文更详细地描述。

在图5的示例中，基于二极管的ESD保护电路109被示为耦接到放大器102的输入路径。应当理解，具有如本文所述的一个或多个特征的放大器电路可以包括或可以不包括这种基于二极管的ESD保护电路。在一些实施例中，由于保护电路104可以针对高输入功率提供保护，所以可以适当地配置基于二极管的ESD保护电路109，使得它不需要处理高输入功率。例如，ESD保护电路109的二极管可以配置为更小的多堆叠器件以满足更低功率的人体模型(HBM)/充电装置模型(CDM)保护要求，从而导致放大器电路100的寄生电容减小。

图6A示出了图5的放大器电路100，其中保护电路104配置为用于正常工作模式，并且图6B示出了相同的放大器电路100，其中保护电路104配置为在放大器102的输入处检测到高功率状况时为保护模式。

参考图6A的正常工作模式，RF信号示为提供给Q1作为输入；Q1示为向Q2提供部分放大的信号；并且Q2示为提供放大信号作为放大器102的输出。在图6A中，输入信号(RF_in)变为输出信号(RF_out)所采用的路径被描绘为122。为了支持这种放大操作，偏置电路110示为向Q1提供偏置信号，如箭头120所示。

更具体地，注意到在图6A的正常工作模式中，偏置电路110的开关SW1和SW2中的每一个可以闭合以允许涉及晶体管M1和M2的电流镜操作。开关SW4和SW5中的每一个都可以断开，以允许得到的偏置信号通过偏置电阻R2递送到Q1。关于图6A的信号路径122，可以断开并联开关SW6以允许将输入信号递送到Q1，并且可以闭合开关SW3以允许将部分放大信号从Q1递送到Q2。

参考图6B的保护模式，出现在输入路径的RF信号可以包括例如从附近设备发射的高功率信号。因此，如箭头126所示，这种RF信号示为通过分流路径分流到地。此外，偏置电路110的操作可以被禁用，使得偏置信号不被递送到Q1。

更具体地，注意到在图6B的保护模式中，偏置电路110的开关SW1和SW2中的每一个可以断开以禁止涉及晶体管M1和M2的电流镜的操作。开关SW4和SW5中的每一个都可以闭合以允许通过开关SW5将任何电流分流到地。例如，箭头124描绘了可以允许来自Q1的电流通过旁路开关SW4分流到地的分流路径。关于输入信号路径，可以闭合并联开关SW6，以允许RF信号(具有大功率)通过并联开关S6分流到地。由于没有沿着输入路径到Q1的内联开关，所以Q1可以经受RF信号中的至少一些；并且与Q1处的这种RF信号相关联的电流中的至少一些可以通过上述旁路开关SW4和并联开关SW5进一步分流到地。由于开关SW3现在断开，Q2可以与Q1基本隔离(从而与Q1处出现的RF信号隔离)。Q2的断开状态还禁用与电源电压(VDD)相关联的放大器电流。

参考图6A和6B，上述正常工作模式和保护模式可以通过提供适当的开关控制信号的开关控制逻辑电路108来控制。例如，给定的开关控制信号可以是低信号或低位0以断开对应的开关，或者是高信号或高位1以闭合对应的开关。表1列出了对应于图6A和6B的相应模式的开关状态的组合。

表1

模式

SW1

SW2

SW3

SW4

SW5

SW6

正常

闭合

闭合

闭合

断开

断开

断开

保护

断开

断开

断开

闭合

闭合

闭合

如本文所述，诸如图5的施密特触发器的比较器可以配置为使得当检测到的峰值电压VDET超过第一阈值电压Vlh时(例如，当VDET>Vlh时)，为放大器电路100触发保护模式，当VDET下降到低于第二阈值电压Vhl时(例如，当VDET＜Vhl时)，放大器电路100恢复到正常工作模式。在一些实施例中，第一阈值电压Vlh可以大于第二阈值电压Vhl，以便例如防止放大器电路100对正常工作模式和保护模式之间的过渡过于敏感的抖振效应。

更具体地，假设第一和第二阈值大致相同，使得Vlh～Vhl。在这种配置中，一旦检测到的峰值电压VDET超过Vlh(～Vhl)，放大器电路100就可以从正常模式转变到保护模式。在这种转变后，VDET可能会围绕Vlh和Vhl的共同值发生波动。在在这种情况下，放大器电路100可以在正常模式和保护模式之间经历迅速转变或抖振。

然而，如果第一阈值电压Vlh(用于触发保护模式)大于第二阈值电压Vhl(用于恢复正常模式)，那么可以消除或减少上述抖振效应。

图7A和7B示出了Vlh和Vhl的这种差异如何允许触发和启用保护模式而不经受迅速模式改变的示例。参考图7A，假设检测到的峰值电压VDET随时间增加。当VDET小于第一阈值电压Vlh时，VDET_BUF的值保持为低，使得用于放大电路(图5中的100)的保护配置被禁用，从而使放大电路处于正常工作模式(例如，图6A)。当VDET超过第一阈值电压Vlh时，VDET_BUF的值示为变高，使得放大器电路的保护配置被启用，从而使放大器电路处于保护模式(例如，图6B)。

参考图7A，进一步假设VDET达到最大值，然后随时间的函数而减小。当VDET低于Vlh但仍保持高于Vhl时，放大器电路的保护配置保持启用。当VDET低于Vhl时，VDET_BUF的值示为变低，使得用于放大器电路的保护配置被禁用。

图7B描绘了阈值电压Vlh、Vhl和VDET_BUT状态图，展示了图5的施密特触发器提供的滞后特性。更具体地，VDET_BUF示为在Vlh阈值处从LOW转变为HIGH，并且在低于Vlh的Vhl阈值处从HIGH转变为LOW，从而导致在Vhl和Vlh之间的区域。这种区域可以经适当地配置以防止或减少模式之间的迅速切换。

图8A示出了与图5的放大器电路的共源晶体管(Q1)相关联的各种信号迹线。这种迹线是输入信号的电压迹线(图5中的RF_in，并在图8A中表示为“RF输入电压”)、检测到的峰值电压(Vdet)、施密特触发器的输出(Vdet_buf)、Q1的漏-源电压(Vds_CS)、Q1的栅-漏电压(Vgd_CS)、Q1的栅-源电压(Vgs_CS)。图8B示出了与图5的放大器电路的共栅晶体管(Q2)相关联的各种信号迹线。这种迹线是输入信号的电压迹线(图5中的RF_in，并在图8B中表示为“RF输入电压”)、检测到的峰值电压(Vdet)、施密特触发器的输出(Vdet_buf)、Q2的漏-源电压(Vds_CG)、Q2的栅-漏电压(Vgd_CG)和Q2的栅-源电压(Vgs_CG)。应注意的是，迹线“RF输入电压”、“Vdet”和“Vdet_buf”在图8A和8B中是相同迹线。图8C示出了图8A和8B的“Vdet”和“Vdet_buf”迹线的部分放大图。

参考图8A-8C，并且更具体地参考RF输入电压开始增加其幅度的迹线的开始部分，可以看到检测到的峰值电压(Vdet)保持在大约零，直到Vdet超过D1的接通电压。Vdet然后示为与RF输入电压的增加成比例增加，直到它超过第一阈值(图8C中的Vlh)，从而导致施密特触发器产生高输出(Vdet_buf＝高)并启用保护模式。

在上述转变到保护模式之后，RF输入电压示为迅速下降，并且即使检测到的峰值电压Vdet下降到低于第一阈值(Vlh)的电平，保护模式仍然保持启用。Vdet示为跟随RF输入电压的下降趋势，但以较慢速率，并最终达到低于第二阈值(Vhl)的电平，从而导致施密特触发器生成低输出(Vdet_buf＝low)并禁用保护模式。

RF输入电压示为在上述转变到正常工作模式之后很快地迅速增加，并且基于检测到的峰值电压Vdet迅速增加超过第一阈值(Vlh)，保护模式迅速启用。

上述迅速增加的RF输入电压示为达到峰值(图8A和8B中的150)，迅速下降到一电平，缓慢增加到另一峰值电平(图8A和8B中的152)，然后缓慢下降。相应的Vdet示为跟随上述RF输入电压的趋势，包括对应于RF输入电压从峰值150的迅速下降的较慢速率下降。Vdet示为达到接近但仍高于第二阈值Vhl的电平(图8C中的154)，使得保护模式保持启用。

基于RF输入电压和检测到的峰值电压(Vdet)的前述示例迹线，可以看出，在一些实施例中，可以配置具有本文所述的一个或多个特征的保护电路，使得从正常工作模式到保护模式的转变可以迅速实现(例如，类似于RF输入电压的增加速率)，并且使得可以以较慢的速率实现从保护模式到正常工作模式的转变，以降低保护模式太快被禁用的可能性。如本文所述，这种保护模式的延迟禁用可以通过施密特触发器的滞后特性、检测到的峰值电压(Vdet)的较慢响应速率或其某种组合来实现。

参考图8A，并且如本文参考图6B所描述的，可以看到共源晶体管(Q1)在保护启用时段期间经受RF输入电压。然而，如图8B所示和本文参考图6B所描述的，可以看出，在保护启用期间，共栅晶体管(Q2)基本上与RF输入电压隔离，使得与Q2相关联的各种电压具有零或非常低的振幅。

在本文中参考图1、2和4-8描述的各种示例中，假定具有本文所述的一个或多个特征的保护电路被实现在对应放大器的输入侧上。然而，应当理解，本申请的一个或多个特征也可以在放大器的输入侧和输出侧中的任一个或两者上实现。

在一些实施例中，放大器的输入侧可以是用于从天线接收信号的天线侧。在这种示例配置中，放大器可以是例如LNA。

图9示出了在一些实施例中，具有本文所述的一个或多个特征的基本上所有保护电路都可以在包括相应放大器的芯片上实现。因此，在图9中，芯片200示为包括放大器电路100，放大器电路100具有如本文所述的放大器和保护电路。这种放大器电路可以在半导体衬底202上实现，并且用于芯片200的操作的各种连接可以由例如接触焊盘204支持。

在一些实施例中，图9的芯片200可以配置为支持FET器件或基于FET器件的形成和操作。例如，晶体管Q1、Q2、M1、M2、各种开关、二极管D1和与施密特触发器相关联的晶体管可以实现为MOSFET器件或基于MOSFET器件。在一些实施例中，这种MOSFET器件可以是NMOS器件。

如本文所述，可操作各种开关以允许放大器电路处于正常工作模式或保护模式。同样如本文所述，具有滞后性质的比较器(诸如施密特触发器)的使用，提供了保护模式保持启用以防止抖振效应的“死区”。在一些实施例中，上述开关中的一些或全部可以配置为支持这种死区。例如，在正常工作模式期间断开并在保护模式期间闭合的开关SW4、SW5和SW6可以适当调整大小，使得检测到的峰值电压VDET驻留在施密特触发器的死区内，从而防止过早禁用保护模式。

在一些实施例中，放大器电路的其他非晶体管元件也可以实现为芯片200的一部分。例如，各种电阻、电感和电容可以利用相应芯片上技术来实现。

应注意，在放大器电路是接收放大器电路(例如，具有LNA)的情形中，本文所述的保护电路可经配置以支持各种频率范围，包括以MB/HB/UHB频率操作的LNA。如本文所述，这种保护电路在保护模式期间禁用LNA电流，并且这种特征防止芯片金属化过热以及可能熔化。

还应注意，如本文所述的保护电路消耗很少的电流或不消耗电流，并且需要相对少量的额外芯片面积。例如，峰值检测器和施密特触发器(例如，图5中的112、114)可以利用例如CMOS技术在大约630μm²的区域中实现。

在一些实施例中，如本文所述的放大器电路可经配置以支持较高频率应用(例如，>5GHz，毫米波)。例如，LNA可以利用具有更小栅极长度和更薄栅极氧化物的CMOS工艺。这种配置会导致例如时间依赖电介质击穿(TDDB)栅极电压，从而可能会缩短LNA器件的最大寿命。在一些实施例中，本文所述的保护电路可以在不牺牲LNA性能的情况下适应这些较低的钳位电平。

在一些实施方式中，本文描述的一个或多个特征可以包括在模块中。图10描绘了具有配置为接收多个部件的封装衬底302的示例模块300。在一些实施例中，这种部件可以包括具有如本文所述的一个或多个特征的芯片200。例如，芯片200可以包括放大器电路100，放大器电路100包括如本文所述的保护电路。多个连接焊盘304可以促进诸如引线键合308的电连接到衬底302上的连接焊盘310，以促进向芯片200和从芯片200传递各种功率和信号。

在一些实施例中，其他部件可以安装或形成在封装衬底302上。例如，可以实施一个或多个表面贴装器件(SMD)(314)。在一些实施例中，封装衬底302可以包括层压衬底。

在一些实施例中，模块300可以进一步包括一个或多个封装结构以例如提供保护并促进模块300的更容易的处理。这种封装结构可以包括在封装衬底302上方形成的包覆成型件并且其尺寸被设计成基本上封装其上的各种电路和部件。

应当理解，虽然模块300是在基于引线键合的电连接的情形中描述的，但是本申请的一个或多个特征也可以在包括倒装芯片配置的其他封装配置中实现。

在一些实施方式中，具有本文描述的一个或多个特征的架构、设备和/或电路可以被包括在诸如无线设备的RF设备中。这种架构、设备和/或电路可以以如本文描述的一种或多种模块化形式或其某种组合直接在无线设备中实现。在一些实施例中，这种无线设备可以包括例如蜂窝电话、智能电话、具有或不具有电话功能的手持无线设备、无线平板电脑、无线路由器、无线接入点、无线基站等。尽管在无线设备的上下文中描述了，但是应当理解，本申请的一个或多个特征也可以在诸如基站的其他RF系统中实现。

图11描绘了具有本文所述的一个或多个有利特征的示例无线设备500。在一些实施例中，具有如本文所述的一个或多个特征的模块可以实现为例如紧邻分集天线530的分集接收模块300，或配置为从任何天线接收信号的模块。这种模块可以配置为提供如本文所述的一个或多个期望的特征。

在图11的示例中，PA模块512中的功率放大器(PA)可以从收发器510接收它们相应的RF信号，收发器510可以被配置和操作以生成要待放大和发射的RF信号、并且处理接收到的信号。收发器510示为与基带子系统508交互，基带子系统508配置为提供适合用户的数据和/或话音信号与适合收发器510的RF信号之间的转变。收发器510还示为连接到电源管理部件506，电源管理部件506配置为管理用于无线设备500的操作的电源。这种功率管理还可以控制基带子系统508和无线设备500的其他部件的操作。

基带子系统508示为连接到用户接口502以促进向用户提供和从用户接收的话音和/或数据的各种输入和输出。基带子系统508还可以连接到存储器504，存储器504配置为存储数据和/或指令以促进无线设备的操作、和/或为用户提供信息存储。

在图11的示例中，DRx模块300可以在一个或多个分集天线(例如，分集天线530)和ASM514之间实现。这种配置可以允许接收到的RF信号通过分集天线530对来自分集天线530的RF信号进行处理，而对来自分集天线530的RF信号几乎没有或没有损失和/或几乎没有或没有噪声增加。来自DRx模块300的这种处理后的信号然后可以通过一个或多个信号路径路由到ASM。

在图11的示例中，主天线520可以配置为例如促进来自PA模块512的RF信号的发射。在一些实施例中，接收操作也可以通过主天线来实现。

许多其他无线设备配置可以利用本文描述的一个或多个特征。例如，无线设备不需要是多频带设备。在另一个示例中，无线设备可以包括诸如分集天线的附加天线，以及诸如Wi-Fi、蓝牙和GPS的附加连接特征。

如本文所述，在一些实施例中，具有保护电路的放大器电路可配置用于接收操作。如本文还描述的，这种保护电路可以防止在接收到强信号并将其呈现给放大器电路的情况下损坏放大器电路。

图12示出了图11的无线设备500可以受益于保护电路(例如，实现为接收器模块300的一部分)的示例。在图12中，具有这种保护电路的无线设备500示为正在接收(例如，来自蜂窝塔的)传入信号610。在发射操作中，紧邻无线设备500的是另一个无线设备600(其可以包括或不包括保护电路)，借此发射相对强大的信号620。这种强大的信号可以由无线设备500的天线拾取并呈现给它的放大器电路。如本文所描述的，与设备500的放大器电路相关联的保护电路可以被操作以保护放大器电路。

除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，与排他或排他意义相反地，单词“包括”、“包括了”和类似单词以包括性意义来理解；也就是说，在“包括，但不限定于”的意义中。如本文通常使用的，单词“耦接”指的是两个或更多元件可直接连接或通过一个或多个中间元件的方式连接。另外，当在本申请中适用，单词“本文中”、“以上”、“以下”和相似含义的单词，应该指的是作为整体的本申请而非本申请的任意特定部分。当上下文允许时，在使用单数或复数的以上详细说明的单词也可分别包括单数或复数。提及两个或更多项目的列表时的措词“或”，此措词涵盖该措词的所有以下解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目、列表中项目的任何组合。

以上对本发明实施例的详细描述并非旨在穷举或将本发明限制为以上公开的精确形式。虽然以上出于说明性目的描述了本发明的特定实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内各种等效修改是可能的。例如，虽然流程或块是以给定的顺序呈现，但替代实施例可以以不同的顺序执行具有步骤的例程，或采用具有块的系统，并且一些流程或块可以被删除、移动、添加、细分、组合和/或修改。这些流程或块中的每一个都可以用各种不同的方式来实现。另外，虽然流程或块有时示为串行执行，但这些流程或块反而可以并行执行，或者可以在不同时间执行。

本文提供的本发明的教导可以应用于其他系统，不一定是上述系统。上述各种实施例的元件和行为可以结合起来，以提供进一步的实施例。

尽管已描述了本发明一些实施例，但是这些实施例仅以示例的方式呈现，且并非旨在限定本申请的范围。实际上，本文说明的新型方法和系统也可以各种其它行使而实现；此外，可以以本文描述的方法和系统的形式来作出各种省略、替换和改变而不偏离本申请的精神。所附的权利要求和其等效物旨在覆盖会落入本申请的范围和精神的形式或修改。

Claims (34)

1.一种放大器电路，包括：

输入节点和输出节点；

在所述输入节点和所述输出节点之间实现的放大器；

偏置电路，其配置为向所述放大器提供偏置信号；

保护电路，其配置为生成表示所述输入节点处出现的射频信号的峰值的检测电压，所述保护电路进一步配置为，当所述检测电压大于第一阈值时启用保护模式并且当所述检测电压小于第二阈值时禁用所述保护模式，所述第二阈值小于所述第一阈值。

2.如权利要求1所述的放大器电路，其中，所述输入节点配置为耦接到天线。

3.如权利要求2所述的放大器电路，其中，所述放大器是配置为支持接收操作的低噪声放大器。

4.如权利要求1所述的放大器电路，其中，所述放大器包括第一晶体管和第二晶体管的共源共栅布置，所述第一晶体管具有耦接到所述输入节点的输入，所述第二晶体管耦接到所述第一晶体管并且具有耦接到所述输出节点的输出。

5.如权利要求4所述的放大器电路，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每一个都是具有栅极、漏极和源极的场效应晶体管。

6.如权利要求5所述的放大器电路，其中，所述第一晶体管实现为共源器件，所述第二晶体管实现为共栅器件，使得所述第一晶体管的栅极耦接到所述输入节点，所述第一晶体管的漏极耦接到所述第二晶体管的源极，以及所述第二晶体管的漏极耦接到所述输出节点。

7.如权利要求6所述的放大器电路，其中，所述第一晶体管的源极耦接到地，而所述第二晶体管的栅极耦接到具有栅极电位的节点。

8.如权利要求4所述的放大器电路，其中，所述保护电路包括配置为实现所述保护模式的启用和禁用的组件开关。

9.如权利要求8所述的放大器电路，其中，所述开关组件包括并联开关，所述并联开关配置为允许所述射频信号从所述输入节点到地的可切换分流。

10.如权利要求9所述的放大电路，其中，所述并联开关配置为，当所述保护电路禁用所述保护模式时断开，并且当所述保护电路启用所述保护模式时闭合。

11.如权利要求8所述的放大器电路，其中，所述开关组件包括晶体管间开关，所述晶体管间开关配置为提供所述第一晶体管和所述第二晶体管的可切换耦接。

12.如权利要求11所述的放大器电路，其中，所述晶体管间开关配置为，当所述保护电路禁用所述保护模式时，所述晶体管间开关闭合以允许来自所述第一晶体管的部分放大信号被提供作为所述第二晶体管的输入，并且当所述保护电路启用所述保护模式时，所述晶体管间开关断开以将所述第二晶体管从所述第一晶体管断开。

13.如权利要求8所述的放大器电路，其中，所述偏置电路配置为通过偏置电阻向所述第一晶体管的输入提供所述偏置信号，偏置电路包括电流镜，使得所述偏置信号表示所述电流镜的输出。

14.如权利要求13所述的放大器电路，其中，所述开关组件包括在所述电流镜中实现的一个或多个开关，所述电流镜的一个或多个开关配置为当所述保护电路禁用所述保护模式时启用所述电流镜的操作，并且当所述保护电路启用所述保护模式时禁用所述电流镜的操作。

15.如权利要求13所述的放大器电路，其中，所述开关组件包括在地与所述电流镜和所述偏置电阻之间的节点之间实现的偏置并联开关，所述偏置并联开关配置为当保护电路禁用所述保护模式时断开，并且当所述保护电路启用所述保护模式时闭合。

16.如权利要求13所述的放大器电路，其中，所述开关组件包括实现为与所述偏置电阻电并联的旁路开关，所述旁路开关配置为当所述保护电路禁用所述保护模式时断开，并且当所述保护电路启用所述保护模式时闭合。

17.如权利要求1所述的放大器电路，其中，所述保护电路包括耦接到所述输入节点以允许对所述射频信号进行采样的检测器，所述检测器配置为基于所采样的射频信号的峰值来生成检测电压。

18.如权利要求17所述的放大器电路，其中，所述检测器包括：配置为限制与所述采样的射频信号相关联的电流在一个方向上的二极管；以及配置为生成所述检测电压的阻容电路，所述阻容电路包括并联在所述二极管的输出和地之间的电阻和电容的并联布置。

19.如权利要求17所述的放大器电路，其中，所述检测器包括比较器，所述比较器配置为当所述检测电压大于所述第一阈值时生成启用输出以启用所述保护模式，并且当所述检测电压小于所述第二阈值时，生成禁用输出以禁用所述保护模式。

20.如权利要求19所述的放大器电路，其中，所述比较器包括施密特触发器。

21.如权利要求19所述的放大器电路，其中，所述保护电路进一步包括控制逻辑电路，所述控制逻辑电路配置为生成第一组控制信号以基于所述比较器的启用输出来启用所述保护模式，并且生成第二组控制信号以基于所述比较器的禁用输出来禁用所述保护模式。

22.如权利要求21所述的放大器电路，其中，所述第一控制信号和所述第二组控制信号中的每一个都包括开关控制信号。

23.如权利要求1所述的放大器电路，进一步包括：静电放电电路，其耦接到所述输入节点并且配置为当所述输入节点处的电压大于放电阈值时提供到地的放电路径。

24.如权利要求23所述的放大器电路，其中，所述静电放电电路包括多个二极管，每个二极管配置为多堆叠器件，所述多堆叠器件具有减小尺寸以满足较低的静电放电保护要求、从而提供减小的寄生电容。

25.一种芯片，包括：

半导体衬底；

实现在所述半导体衬底上的放大器电路，所述放大器电路包括输入节点和输出节点、以及实现在所述输入节点和所述输出节点之间的放大器，所述放大器电路进一步包括配置为向所述放大器提供偏置信号的偏置电路，所述放大器电路进一步包括配置为生成表示所述输入节点处出现的射频信号的峰值的检测电压的保护电路，所述保护电路进一步配置为当所述检测电压大于所述第一阈值时启用保护模式、并且当所述检测电压小于第二阈值时禁用所述保护模式，所述第二阈值小于所述第一阈值。

26.如权利要求25所述的芯片，其中，所述半导体衬底配置为支持CMOS工艺。

27.一种封装模块，包括：

配置为容纳多个部件的封装衬底；

实现在封装衬底上的放大器电路，所述放大器电路包括输入节点和输出节点、以及实现在输入节点和输出节点之间的放大器，所述放大器电路进一步包括配置为向所述放大器提供偏置信号的偏置电路，所述放大器电路进一步包括配置为生成表示所述输入节点处出现的射频信号的峰值的检测电压的保护电路，所述保护电路进一步配置为当所述检测电压大于第一阈值时启用保护模式、并且当所述检测电压小于第二阈值时禁用所述保护模式，所述第二阈值小于所述第一阈值。

28.如权利要求27所述的封装模块，其中，基本上所有的放大器电路都在安装在所述封装衬底上的半导体芯片上实现。

29.如权利要求27所述的封装模块，其中，所述放大器电路配置为支持接收操作。

30.如权利要求29所述的封装模块，其中，所述封装模块是接收模块。

31.如权利要求29所述的封装模块，其中，所述接收模块是分集接收模块。

32.一种无线设备，包括：

天线；

收发器；

在所述天线和所述收发器之间实现的放大器电路，所述放大器电路包括输入节点和输出节点，以及在所述输入节点和所述输出节点之间实现的放大器，所述放大器电路进一步包括配置为向所述放大器提供偏置信号的偏置电路，所述放大器电路进一步包括配置为生成表示出现于所述输入节点处的射频信号的峰值的检测电压的保护电路，所述保护电路进一步配置为当所述检测电压为大于第一阈值时启用保护模式、并且当所述检测电压小于第二阈值时禁用所述保护模式，所述第二阈值小于所述第一阈值。

33.如权利要求32所述的无线设备，其中，所述放大器电路的输入节点耦接到所述天线，并且所述放大器电路的输出节点耦接到所述收发器。

34.如权利要求33所述的无线设备，其中，所述无线设备是配置为在一个或多个蜂窝频带中操作的蜂窝电话。

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