DE102009012170B4

DE102009012170B4 - Integrierte Verstärkerschaltung und Verfahren zum Bereitstellen einer Gleichstromversorgung

Info

Publication number: DE102009012170B4
Application number: DE102009012170A
Authority: DE
Inventors: Chih-I Lin
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2029-03-07
Also published as: US7675366B2; US20090237167A1; DE102009012170A1

Abstract

Eine integrierte Verstärkerschaltung, die folgende Merkmale aufweist: einen Eingang; einen Ausgang; einen Transistor mit einem Transistoreingangsanschluss, wobei der Transistoreingangsanschluss mit dem Eingang gekoppelt ist, und einem Transistorausgangsanschluss, wobei der Transistorausgangsanschluss mit dem Ausgang über einen Gleichstromweg gekoppelt ist, wobei der Gleichstromweg ein erstes induktives Element und eine parallele Resonanzschaltung, die in Resonanz versetzt werden kann, aufweist; die ein zweites induktives Element und ein kapazitives Element aufweist, wobei das erste induktive Element und die parallele Resonanzschaltung in Reihe zwischen den Transistorausgangsanschluss und den Ausgang gekoppelt sind; wobei der Gleichstromweg einen HF-Masseknoten aufweist, der zwischen dem ersten induktiven Element und der parallelen Resonanzschaltung angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf Verstärkerschaltungen. Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine integrierte Verstärkerschaltung für eine Kombination einer DC(Gleichstrom)-Versorgung und eines HF-(Hochfrequenz-)-Signals an einem Ausgang des Verstärkers.
Hintergrund
Mobile Anschlüsse bringen abgesehen von einer Telefonfunktionalität immer mehr unterschiedliche drahtlose Anwendungen unter, wie z. B. WLAN (Wireless Local Access Network; drahtloses lokales Zugriffsnetz), GPS (Global Positioning System; globales Positionierungssystem), Bluetooth und möglicherweise mobiles Fernsehen. Rauscharme Verstärker (LNAs; low noise amplifiers) werden häufig für jede dieser Anwendungen verwendet, um das Systemempfindlichkeitsverhalten zu verbessern.
Aufgrund einer steigenden Anzahl von Antennen ist es eine große Herausforderung für Systementwickler, Antennen in mobilen Anschlüssen so zu platzieren, um die mobilen Anschlüsse klein zu behalten und gleichzeitig ein Nebensprechen zwischen den unterschiedlichen Anwendungen zu vermeiden. Um dieses Nebensprechen oder Koppeln zwischen den verschiedenen Anwendungen zu reduzieren, kann ein LNA direkt hinter einer entsprechenden Antenne platziert sein, um eine sogenannte aktive Antenne zu erhalten, derart, dass die Auswirkung der Umgebung und die Verschlechterung des Verhaltens aufgrund eines PCB-(Printed Circuit Board; gedruckte Schaltungsplatine)-Leitungsverlusts beseitigt werden kann. Diese Art von Topologie kann z. B. häufig in Notebooks und Klapp-Telefonen angetroffen werden, in denen die Antenne und der LNA hinter einer LCD (Liquid Crystal Display; Flüssigkristallanzeige) platziert sind.
Üblicherweise weist ein LNA nicht nur Eingangs- und Ausgangs-Anschlüsse für HF-Signalleitungen auf, sondern ferner zwei oder sogar drei zusätzliche Anschlüsse für Gleichstrom-Leistungsversorgung und Ein/Aus-Steuerleitungen, die mit einer Empfänger-IC (IC = integrated circuit; integrierte Schaltung) an der Haupt-PCB verbunden sind.
Die DE 968 184 beschreibt Transistorverstärker mit Übertragerkopplung. In Transistorverstärkern mit zwei Transistoren ist ein Kollektorkreis des ersten Transistors über einen Anpassungsübertrager mit einem Emitterkreis eines in Basisschaltung liegenden zweiten Transistors gekoppelt.
Die US 6,384,688 B2 beschreibt ein Hochfrequenzleistungsverstärkermodul für einen Zweibandmobilkommunikationsapparat. Das Radiofrequenzleistungsverstärkermodul umfasst einen Treiberstufenverstärker mit Verstärkungs-Spitzen bei Frequenzen f1 und f2 mit einer Anpassschaltung und einer Radiofrequenzleistungsausgangsschaltung. Die Ausgangsschaltung umfasst eine Übertragungsleitung, die mit einem Drainanschluss des Ausgangstransistors verbunden ist. Die Ausgangsschaltung umfasst ferner eine parallele Resonanzschaltung, die in Serie zu der Übertragungsleitung geschaltet ist, um bei Harmonischen der Frequenz f2 zu resonieren. Die Ausgangsschaltung umfasst ferner eine Serienresonanzschaltung, die zwischen einem Ende der Resonanzschaltung und Masse angeordnet ist und bei Harmonischen der Frequenz f2 resoniert. Die Ausgangsschaltung umfasst ferner eine Ausgangsanpassschaltung, die in Serie zu dem anderen Ende der Parallelresonanzschaltung gekoppelt ist.
Die DE 10 2004 011 719 A1 beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit symmetrischer Schaltung zur Verwendung in einem Hochfrequenzband. Ein Halbleiterchip zum Verstärken ist zwischen eingangsseitigen und ausgangsseitigen Anpassungsschaltungen angeschlossen. Jede der Anpassungsschaltungen beinhaltet symmetrische Schaltungen, welche eine um 180° unterschiedliche Phase aufweisende Signale empfangen, die aus einem Empfangssignal geteilt werden. Die symmetrischen Schaltungen sind mit einem virtuellen Massepunkt verbunden, welcher als ein Massepunkt verwendet wird, der bezüglich HF-Charakteristika in einer integrierten passiven Vorrichtung empfindlich ist.
Aufgabe ist es, eine verbesserte integrierte Verstärkerschaltung und ein Verfahren zum Bereitstellen einer Gleichstromversorgung zu schaffen.
Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 11 13, 15, 19, 20 und 21 gelöst.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung liefern eine integrierte Verstärkerschaltung, die einen Eingang, einen Ausgang, einen Transistor mit einem Transistoreingangsanschluss, wobei der Transistoreingangsanschluss mit dem Eingang der integrierten Verstärkerschaltung gekoppelt ist, und einem Transistorausgangsanschluss aufweist, wobei der Transistorausgangsanschluss mit dem Ausgang der integrierten Verstärkerschaltung mit Hilfe eines Gleichstromwegs gekoppelt ist, wobei der Gleichstromweg ein erstes induktives Element und eine parallele Resonanzschaltung aufweist, wobei die parallele Resonanzschaltung ein zweites induktives Element und ein kapazitives Element aufweist, wobei das erste induktive Element und die parallele Resonanzschaltung in Reihe zwischen den Transistorausgangsanschluss und den Ausgang der integrierten Verstärkerschaltung geschaltet sind.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung liefern ein Verfahren zum Bereitstellen einer Gleichstromversorgung an einem Ausgang einer integrierten Verstärkerschaltung, wobei das Verfahren das Koppeln eines Transistorausgangsanschlusses eines Transistors mit dem Ausgang mit Hilfe eines Gleichstromwegs aufweist, wobei der Gleichstromweg bereitgestellt wird durch Anordnen eines ersten induktiven Elements und einer parallelen Resonanzschaltung, die ein zweites induktives Element und ein erstes kapazitives Element aufweist, in Reihe zwischen den Transistorausgangsanschluss und den Ausgang.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele gemaß der Erfindung werden detailliert Bezug nehmend auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer integrierten Verstarkerschaltung gemaß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer integrierten Verstärkerschaltung gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer integrierten Verstärkerschaltung gemäß einem wiederum weiteren Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
4 das Verhalten der Ausgangsanpassung fur die Verstarkerschaltungen gemaß 2 und 3 zeigt.
Detaillierte Beschreibung der darstellenden Ausführungsbeispiele
Bezug nehmend auf die nachfolgende Beschreibung sollte darauf hingewiesen werden, dass dieselben funktionalen Elemente oder funktionale Elemente mit derselben Wirkung bei verschiedenen Ausfuhrungsbeispielen dieselben Bezugszeichen aufweisen. Somit sind Beschreibungen dieser funktionalen Elemente bei den verschiedenen Ausfuhrungsbeispielen, die nachfolgend beschrieben werden, gegeneinander austauschbar.
1 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer integrierten Verstärkerschaltung 10 gemaß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die integrierte Verstärkerschaltung 10 weist einen Eingangsanschluss 12 für HF-Eingangssignale einer vorbestimmten Frequenz f_RF oder einen Frequenzbereich f_RF ± Δf auf und einen Ausgangsanschluss 14 für ein HF-Ausgangssignal, das eine verstarkte Version des HF-Eingangssignals ist, das in den integrierten Verstarker 10 über den HF-Eingang 12 eingegeben wird. Der HF-Eingang 12 ist mit einem Transistoreingangsanschluss eines Transistors 16 gekoppelt, der ein Bipolar- oder Feldeffekt-Transistor (FET) gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung sein kann. Ein Transistorausgangsanschluss des Transistors 16 ist mit dem HF-Ausgang 14 der integrierten Verstärkerschaltung 10 mit Hilfe eines Gleichstromwegs 20 gekoppelt, wobei der Gleichstromweg 20 ein erstes induktives Element L₁ und eine parallele Resonanzschaltung 21 aufweist, die ein zweites induktives Element L₂ und ein kapazitives Element C₁ aufweist, wobei das erste induktive Element L₁ und die parallele Resonanzschaltung 21 in Reihe zwischen den Transistorausgangsanschluss und den Ausgang 14 geschaltet sind.
Wie Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, kann der Transistor 16 in unterschiedlichen Verstärkertopologien verwendet werden. Für Bipolartransistoren sind die unterschiedlichen Topologien gemeinsamer Emitter, gemeinsame Basis und gemeinsamer Kollektor. Für FETs sind die unterschiedlichen Topologien gemeinsame Source, gemeinsames Gate und gemeinsamer Drain.
Für die Gemeinsamer-Emitter- oder -Source-Konfiguration entspricht der Transistoreingangsanschluss dem Steueranschluss des Transistors 16, d. h. Basis- oder Gate-Anschluss, wobei der Transistorausgangsanschluss dem Senkenanschluss des Transistors 16 entspricht, d. h. dem Kollektor- oder Drain-Anschluss. Der Emitter oder die Source können in diesem Fall mit einem Referenzpotential 22 gekoppelt sein, das ein Massepotential sein kann, wie in 1 gezeigt.
Für die Gemeinsame-Basis- oder -Gate-Konfiguration entspricht der Transistoreingangsanschluss dem Sourceanschluss des Transistors 16, d. h. Emitter- oder Source-Anschluss, wobei der Transistorausgangsanschluss dem Senkenanschluss des Transistors 16 entspricht, d. h. dem Kollektor- oder Drain-Anschluss. Die Basis oder das Gate können in diesem Fall mit dem Referenzpotential 22 gekoppelt sein.
Fur die Konfiguration von gemeinsamem Kollektor oder Drain entspricht der Transistoreingangsanschluss dem Steueranschluss des Transistors 16, d. h. Basis- oder Gate-Anschluss, wobei der Transistorausgangsanschluss dem Source-Anschluss des Transistors 16 entspricht, d. h. dem Emitter- oder Source-Anschluss. Der Kollektor oder Drain kann in diesem Fall mit dem Referenzpotential 22 gekoppelt sein.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Konfiguration mit gemeinsamem Emitter, wobei das HF-Eingangssignal von dem Eingang 12 der integrierten Verstarkerschaltung 10 einen Vorspannungsstrom I1 modulieren kann, der zu dem Basisanschluss des Bipolartransistors 16 durch eine Stromquelle 18 geliefert wird. In dem Fall eines FET bei einer Konfiguration mit gemeinsamer Source könnte das HF-Eingangssignal aus dem Eingang 12 der integrierten Verstärkerschaltung 10 eine Vorspannungsspannung modulieren, die zu dem Gate-Anschluss des FET durch eine Spannungsquelle geliefert wird.
Obwohl Ausführungsbeispiele gemaß der Erfindung Bezug nehmend auf eine Konfiguration mit gemeinsamem Emitter/Source des Transistors 16 nachfolgend beschrieben werden, sollte darauf hingewiesen werden, dass dies nur exemplarisch ist und dass Ausfuhrungsbeispiele gemäß der Erfindung nicht auf Verstarker in der Konfiguration mit gemeinsamem Emitter/Source beschränkt sind.
Das erste induktive Element L₁, das als eine Ausgangsanpassungskomponente dienen kann, weist einen ersten Anschluss 24 auf, der mit dem Ausgangs- oder Senken-Anschluss des Transistors 16 verbunden ist, und einen zweiten Anschluss 26, der mit einem ersten Anschluss 28 der parallelen Resonanzschaltung 21 verbunden ist. Ein zweiter Anschluss 30 der parallelen Resonanzschaltung 21 entspricht bei Ausfuhrungsbeispielen gemäß der Erfindung dem Ausgangsanschluss 14.
Einige Ausführungsbeispiele weisen ein zweites kapazitives Element C₂ auf, das zwischen den zweiten Anschluss 26 des ersten induktiven Elements L₁ und das Referenz- oder Masse-Potential 22 verbunden oder geschaltet ist. Der Kapazitatswert des zweiten kapazitiven Elements C₂ ist derart dimensioniert, dass der Anschluss 26 als sogenannte HF- oder RF-Masse für HF-Signale der vordefinierten Frequenz f_RF oder des Frequenzbereichs f_RF ± Δf des integrierten Verstärkers 10 funktioniert. HF-Masse bedeutet, dass der Signalweg von dem Knoten 26 zur Masse 22 eine relativ kleine Impedanz fur HF-Signale der spezifizierten Frequenz f_RF ergibt (z. B. eine Impedanz kleiner als 5 Ohm). In dem Fall, dass die integrierte Verstärkerschaltung 10 für HF-Signale in dem GHz(Gigahertz)-Frequenzbereich betrieben werden soll, kann ein angemessener Kapazitatswert des zweiten kapazitiven Elements C₂ im Bereich von einigen 100 pF (Picofarad) ausgewählt werden. Zum Beispiel kann die Beziehung 10 pF ≤ C₂ ≤ 1000 pF zutreffen. Bei einigen Ausführungsbeispielen konnen sogar größere Kapazitätswerte verwendet werden.
Der gepunktete Kasten 32 zwischen dem ersten Anschluss 24 des ersten induktiven Elements L₁ oder dem Senkenanschluss und dem Ausgangsanschluss 14 stellt einen Platzhalter fur die Anschlusse 24 und 14 dar, die als eine Leerlaufschaltung betrieben werden, oder einen Platzhalter für optionale weitere reaktive Ausgangsanpassungskomponenten, die zwischen den ersten Anschluss 24 des ersten induktiven Elements L₁ (oder dem Senkenanschluss des Transistors 16) und den Ausgang 14 geschaltet sind, wie nachfolgend beschrieben wird.
Da das Integrieren einer herkömmlichen HF-Drossel mit hohem Induktivitatswert an den Ausgang 14 in einen LNA unmöglich oder zu teuer ist, liefern Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung ein Konzept, um eine solche HF-Drossel mit hoher Induktivitat durch das erste induktive Element L₁ und die parallele Resonanzschaltung 21 zu ersetzen, um eine HF-Drossel und Gleichstromversorgungsfunktionalität fur den LNA 10 zu ermoglichen, ohne dessen HF-Verhalten zu verschlechtern. Drosselspulen sind Induktivitäten, die Wechselstromfrequenzstrome (AC; alternating current; Wechselstrom) von bestimmten Bereichen einer Hochfrequenzschaltung isolieren. Drosseln hangen von der Eigenschaft der Selbstinduktivität für ihre Operation ab. Sie werden verwendet, um Wechselstrom zu blockieren, wahrend Gleichstrom lauft.
2 zeigt ein Schaltungsdiagramm für eine integrierte Verstärkerschaltung 40 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bei der Verstarkerschaltung 40, die in 2 gezeigt ist, ist der gepunktete Platzhalterkasten 32 durch ein drittes kapazitives Element C₃ ersetzt, das zwischen den Senkenanschluss 24 des Transistors 16 und den Ausgangsanschluss 14 geschaltet ist. Das dritte kapazitive Element C₃ funktioniert dadurch als eine Ausgangsanpassungskomponente. Somit sind in 2 das erste induktive Element L₁ und das dritte kapazitive Element C₃ Anpassungskomponenten für den LNA-Entwurf. Ferner liefert das dritte kapazitive Element C₃ bei einigen Ausführungsbeispielen einen Haupt-HF-Weg zwischen dem Transistorausgangsanschluss und dem Ausgang 14.
Die zusätzliche integrierte, chipinterne, parallele Resonanzschaltung 21, die das zweite induktive Element L₂ und das erste kapazitive Element C₁ aufweist, hat die folgenden Funktionen:
Es ist weitgehend bekannt, dass eine parallele LC-Schaltung bei einer gegebenen Frequenz F_RF in Resonanz versetzt werden kann. Bei dieser gegebenen Resonanzfrequenz f_RF sind die Reaktiv-Zweig-Ströme durch das zweite induktive Element L₂ und das erste kapazitive Element C₁ gleich und entgegengesetzt. Somit heben sie einander auf, um einen Minimalstrom in der Hauptleitung zu ergeben, d. h. der Leitung von Knoten 26 zu Knoten 28. Da der Gesamtstrom von Knoten 26 zu Knoten 28 in dem Fall der Resonanz minimal ist, ist die Gesamtimpedanz der parallelen LC-Schaltung 21 maximal. Unter idealen Umständen kann die Resonanzfrequenz f_RF der Resonanzschaltung 21 berechnet werden gemaß
Für Ausfuhrungsbeispiele gemäß der Erfindung entspricht die Resonanzfrequenz f_RF der Resonanzschaltung 21 der Betriebsfrequenz des LNA 10, 40. Anders ausgedrückt unterscheidet sich bei einigen Ausführungsbeispielen die Resonanzfrequenz der parallelen Resonanzschaltung nicht um mehr als 10% von einer Betriebsfrequenz des Verstärkers.
Durch ihre Resonanz bei der Resonanzfrequenz f_RF ermöglicht die parallele Resonanzschaltung 21 eine HF-Drosselfunktion an dem Ausgang der integrierten, rauscharmen Verstarkerschaltung 40. Anders ausgedruckt ermoglicht sie, dass ein Gleichstromsignal, wie z. B. eine Versorgungsspannung oder ein Versorgungsstrom, von dem Ausgangsanschluss 14 zu/mit dem Ausgangsanschluss oder Senkenanschluss 24 des Transistors 16 uber den Signalweg verbunden oder geleitet wird, der das erste induktive Element L₁ und das zweite induktive Element L₂ aufweist. Gleichzeitig, wenn sie in Resonanz ist, liefert die parallele Resonanzschaltung 21 eine hohe Impedanz für HF-Signale mit der gegebenen Resonanzfrequenz f_RF. Das heißt, HF-Signale, die durch den Transistor 16 verstarkt werden, erreichen den Ausgang 14 hauptsächlich uber das dritte kapazitive Element C₃. Bei einigen Ausfuhrungsbeispielen ist die parallele Resonanzschaltung 21 derart konfiguriert, dass eine Impedanz der parallelen Resonanzschaltung 21 bei einer Betriebsfrequenz f_RF des integrierten Verstärkers zumindest 5 mal höher ist als eine Impedanz des dritten kapazitiven Elements C₃. Ferner bietet die parallele Resonanzschaltung 21 zusätzliche reaktive Abstimmelemente (L₂, C₁) zur Ausgangsanpassung, was besonders nützlich ist für eine Schmalbandanpassung.
Aufgrund der Resonanz der parallelen LC-Schaltung 21 kann die integrierte, rauscharme Verstarkerschaltung, die in 2 gezeigt ist, geeignet sein für Schmalbandanwendungen. Es ist für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, dass die Nennwerte der induktiven und kapazitiven Elemente der integrierten Verstärkerschaltung 40 von der Frequenz f_RF oder dem Frequenzbereich f_RF + Δf der HF-Signale abhangen, die verstärkt werden sollen. Für HF-Signale in dem GHz-Bereich sind die Nennwerte des ersten und zweiten induktiven Elements L₁, L₂ in dem Bereich von ungefähr 0,1 nH bis ungefähr 1000 nH (nH = Nano-Henry), und die Nennwerte des ersten kapazitiven Elements und des dritten kapazitiven Elements C₁, C₃ sind in dem Bereich von 0,1 pF bis 1000 pF. Aufgrund der begrenzten Werte der reaktiven Elemente der integrierten Verstarkerschaltung 40 ist es moglich, die ganze Verstärkerschaltung 40 auf ein gemeinsames Halbleitersubstrat zu integrieren.
Ein anderes Konzept einer integrierten Verstärkerschaltung fur eine Kombination einer Gleichstromversorgung und einer HF-Signalleitung an dem Ausgang 14 des Verstärkers ist in 3 gezeigt.
Hier sind der Ausgangsanschluss oder Senkenanschluss 24 des Transistors 16 und der Ausgangsanschluss 14 nicht mit Hilfe eines kapazitiven Elements verbunden, wie bei dem Ausfuhrungsbeispiel von 2. Stattdessen sind das erste induktive Element L₁ und das zweite induktive Element L₂ in oder auf dem Halbleitersubstrat derart integriert, um einem Transformator T1 zu bilden. Die Gleichstromversorgungsverbindung von dem Ausgangs- oder Senken-Anschluss 24 des Transistors 16 zu dem Ausgang 14 ist durch den Knoten 26 (gemeinsame HF-Masse) des Transformators T1 realisiert, wobei das erste induktive Element L₁ und das zweite induktive Element L₂ miteinander verbunden sind. Wiederum ist der Gleichstromweg von dem Ausgangs- oder Senken-Anschluss 24 des Transistors 16 zu dem Ausgang 14 durch das erste und zweite induktive Element L₁, L₂ realisiert, wie in 3 hervorgehoben ist. Ein verstärktes HF-Signal, das an dem ersten induktive Element L₁ vorhanden ist (z. B. eine Spannung) wird zu dem Ausgang 14 des integrierten Verstärkers mit Hilfe des Transformators T1 übertragen. Gleichzeitig kann ein Gleichstromversorgungssignal aus dem Ausgang 14 an den Senkenanschluss 24 des Transistors 16 über das erste und zweite induktive Element L₁, L₂ angelegt werden.
Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konnen der Transformator T1 und das erste kapazitive Element C₁ zur Ausgangsanpassung verwendet werden. Aufgrund von Breitbandcharakteristika des Transformators ist die Verstarkerschaltung 50 zum Beispiel für Breitbandanwendungen anwendbar. Das Ausfuhrungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, kann ublicherweise unter Verwendung eines kleineren Chipbereichverbrauchs im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel integriert werden, das in 2 gezeigt ist.
4 zeigt beispielhaft zwei Ausgangsanpassungsverhaltenskurven 62, 64 der integrierten Verstarkerschaltungen gemaß 2 und 3, angewendet bei GPS-(Global Positioning System)-Anwendungen unter Verwendung einer Frequenz von f_RF = 1575,42 MHz.
Kurve 62 stellt den Reflexionskoeffizienten s₂₂ uber der Frequenz an dem Ausgang 14 fur die integrierte Verstarkerschaltung gemaß 2 dar, wobei der Ausgangsanschluss 14 die Gleichstromversorgung und den HF-Ausgang für die integrierte Verstarkerschaltung 40 kombiniert. Die Kurve 64 stellt den Reflexionskoeffizienten s₂₂ über der Frequenz für die integrierte Verstärkerschaltung gemäß 3 dar, bei der der Ausgangsanschluss 14 die Gleichstromversorgung und den HF-Ausgang für die integrierte Verstärkerschaltung 50 kombiniert. Wie ersichtlich ist, können beide integrierten Verstärkerschaltungen an ihren Ausgangen gut angepasst sein.
Unter Verwendung von Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung sind keine zusätzlichen, externen Komponenten fur die Kombination der Gleichstromversorgung und der HF-Signalleitung an dem Ausgang 14 eines integrierten Verstärkers erforderlich. Ausführungsbeispiele gemaß der Erfindung konnen daher die Stiftzahl reduzieren, die für einen LNA erforderlich ist, und einen Bereich, der fur eine PCB erforderlich ist. Ferner konnen sie die Anwendungen für aktive Antennen oder fur Kompaktmodule vereinfachen.
Zusammenfassend liefern Ausführungsbeispiele gemaß der Erfindung eine chipinterne Integration der Gleichstromversorgungsleitung und der HF-Signalleitung an den Ausgang eines Verstarkers durch Koppeln eines Transistorausgangsanschlusses eines Transistors mit dem Ausgang mit Hilfe eines Gleichstromwegs, wobei der Gleichstromweg bereitgestellt ist durch Anordnen eines ersten induktiven Elements und einer parallelen Resonanzschaltung, die ein zweites induktives Element und ein erstes kapazitives Element aufweist, in Reihe zwischen den Transistorausgangsanschluss und den Ausgang. Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung konnen den Schaltungsentwurf vereinfachen und externe Komponenten und den Raum, der für den Verstarker erforderlich ist, reduzieren.
Während diese Erfindung im Hinblick auf verschiedene Ausfuhrungsbeispiele beschrieben wurde, gibt es Anderungen, Permutationen und Entsprechungen, die in den Schutzbereich dieser Erfindung fallen. Es sollte ferner darauf hingewiesen werden, dass es viele alternative Moglichkeiten zum Implementieren der integrierten Verstarkerschaltungen gemaß Ausfuhrungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung gibt. Es ist daher vorgesehen, dass die nachfolgenden, angehängten Ansprüche derart interpretiert werden, dass sie solche Anderungen, Permutationen und Entsprechungen umfassen, die in das wahre Wesen und den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims

Eine integrierte Verstärkerschaltung, die folgende Merkmale aufweist: einen Eingang; einen Ausgang; einen Transistor mit einem Transistoreingangsanschluss, wobei der Transistoreingangsanschluss mit dem Eingang gekoppelt ist, und einem Transistorausgangsanschluss, wobei der Transistorausgangsanschluss mit dem Ausgang über einen Gleichstromweg gekoppelt ist, wobei der Gleichstromweg ein erstes induktives Element und eine parallele Resonanzschaltung, die in Resonanz versetzt werden kann, aufweist; die ein zweites induktives Element und ein kapazitives Element aufweist, wobei das erste induktive Element und die parallele Resonanzschaltung in Reihe zwischen den Transistorausgangsanschluss und den Ausgang gekoppelt sind; wobei der Gleichstromweg einen HF-Masseknoten aufweist, der zwischen dem ersten induktiven Element und der parallelen Resonanzschaltung angeordnet ist.
Die integrierte Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 1, bei der das erste induktive Element einen ersten Anschluss aufweist, der mit dem Transistoraugangsanschluss des Transistors gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss, der mit einem ersten Anschluss der parallelen Resonanzschaltung gekoppelt ist, wobei der zweite Anschluss des ersten induktiven Elements mit einem Referenzpotential über ein zweites kapazitives Element mit einem Kapazitätswert gekoppelt ist, derart, dass der zweite Anschluss des ersten induktiven Elements als eine HF-Masse für HE-Signale einer vordefinierten Frequenz funktioniert.
Die integrierte Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 1, bei der ein drittes kapazitives Element zwischen den Transistorausgangsanschluss des Transistors und den Ausgang gekoppelt ist.
Die integrierte Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 1, bei der der Transistoreingangsanschluss ein Steueranschluss des Transistors ist, und bei der der Transistorausgangsanschluss ein Senkenanschluss des Transistors ist.
Die integrierte Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 4, bei der ein Source-Anschluss des Transistors mit einem Referenzpotential verbunden ist.
Die integrierte Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 1, bei der der Eingang konfiguriert ist, um mit einem HE-Eingangssignal gekoppelt zu sein, und bei der der Ausgang konfiguriert ist, um mit einem Gleichstromversorgungssignal für die integrierte Verstärkerschaltung gekoppelt zu sein und um eine verstärkte Version des HF-Eingangssignals auszugeben.
Die integrierte Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 1, bei der das erste und zweite induktive Element angeordnet sind, um einen Transformator zu bilden.
Die integrierte Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 1, bei der der Transistor, das erste induktive Element und die parallele Resonanzschaltung auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat integriert sind.
Die integrierte Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 1, bei der die parallele Resonanzschaltung derart konfiguriert ist, dass eine Resonanzfrequenz der parallelen Resonanzschaltung sich von einer Betriebsfrequenz der integrierten Verstärkerschaltung um nicht mehr als 10% unterscheidet.
Die integrierte Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 1, bei der die parallele Resonanzschaltung konfiguriert ist, um ein Hochfrequenzsignal einer Betriebsfrequenz der integrierten Verstärkerschaltung zu blockieren.
Eine integrierte Verstärkerschaltung, die folgende Merkmale aufweist: einen Eingang; einen Ausgang; einen Transistor mit einem Transistoreingangsanschluss, der mit dem Eingang gekoppelt ist, und einem Transistorausgangsanschluss, der mit dem Ausgang über einen Gleichstromweg gekoppelt ist, wobei der Gleichstromweg ein erstes induktives Element und eine parallele Resonanzschaltung, die in Resonanz versetzt werden kann, aufweist, die ein zweites induktives Element und ein kapazitives Element aufweist, wobei das erste induktive Element und die parallele Resonanzschaltung in Reihe zwischen den Transistorausgangsanschluss und den Ausgang gekoppelt sind, wobei der Gleichstromweg ferner einen HE-Masseknoten aufweist, der zwischen dem ersten induktiven Element und der parallelen Resonanzschaltung angeordnet ist, und wobei das erste und das zweite induktive Element angeordnet sind, um einen Transformator zu bilden.
Die integrierte Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 11, bei der das erste induktive Element einen ersten Anschluss aufweist, der mit dem Transistorausgangsanschluss des Transistors gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss, der mit einem ersten Anschluss der parallelen Resonanzschaltung gekoppelt ist, wobei der zweite Anschluss des ersten induktiven Elements mit einem Referenzpotential über ein zweites kapazitives Element mit einem Kapazitätswert gekoppelt ist, derart, dass der zweite Anschluss des ersten induktiven Elements als der HF-Masseknoten für HF-Signale einer vordefinierten Frequent funktioniert.
Eine integrierte Verstärkerschaltung, die folgende Merkmale aufweist: einen Eingang; einen Ausgang; einen Transistor mit einem Transistoreisgangsanschluss, der mit dem Eingang gekoppelt ist, und einem Transistorausgangsanschluss, der mit dem Ausgang über einen Gleichstromweg gekoppelt ist, wobei der Gleichstromweg ein erstes induktives Element und eine parallele Resonanzschaltung aufweist, die ein zweites induktives Element und ein erstes kapazitives Element aufweist, wobei das erste induktive Element und die parallele Resonanzschaltung in Reihe zwischen den Transistorausgangsanschluss und den Ausgang gekoppelt sind, wobei der Gleichstromweg ferner einen HF-Masseknoten aufweist, der zwischen dem ersten induktives Element und der parallelen Resonanzschaltung angeordnet ist, und wobei ein zweites kapazitives Element zwischen den Transistorausgangsanschluss des Transistors und den Ausgang parallel zu dem ersten induktiven Element und der parallelen Resonanzschaltung gekoppelt ist, wobei die parallele Resonanzschaltung derart konfiguriert ist, dass eine Impedanz der parallelen Resonanzschaltung bei einer Betriebsfrequenz zumindest 5 Mal höher ist als eine Impedanz des zweiten kapazitiven Elements.
Die integrierte Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 13, bei der das erste induktive Element einen ersten Anschluss aufweist, der mit dem Transistorausgangsanschluss des Transistors gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss, der mit einem ersten Anschluss der parallelen Resonanzschaltung gekoppelt ist, wobei der zweite Anschluss des ersten induktiven Elements mit einem Referenzpotential über ein drittes kapazitives Element mit einem Kapazitätswert derart gekoppelt ist, dass der zweite Anschluss des ersten induktiven Elements als der HF-Masseknoten für HF-Signale einer vordefinierten Frequenz funktioniert.
Ein Verfahren zum Bereitstellen einer Gleichstromversorgung an einem Ausgang einer integrierte Verstärkerschaltung, wobei das Verfahren folgenden Schritt aufweist: Koppeln eines Transistorausgangsanschlusses eines Transistors mit dem Ausgang mit Hilfe eines Gleichstromwegs, wobei der Gleichstromweg ein erstes induktives Element und eine parallele Resonanzschaltung, die in Resonanz versetzt werden kann, in Reihe zwischen dem Transistorausgangsanschluss und dem Ausgang aufweist, wobei die parallele Resonanzschaltung ein zweites induktives Element und ein erstes kapazitives Element aufweist; und wobei ein HF-Masseknoten in dem Gleichstromweg zwischen dem ersten induktiven Element und der parallelen Resonanzschaltung angeordnet ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem ein Transistoreingangsanschluss des Transistors mit einem Eingang der integrierten Verstärkerschaltung gekoppelt ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem ein erster Anschluss des ersten induktiven Elements mit dem Transistorausgangsanschluss des Transistors gekoppelt ist und ein zweiter Anschluss des ersten induktiven Elements mit einem ersten Anschluss der parallelen Resonanzschaltung verbunden ist, und wobei der zweite Anschluss des ersten induktiven Elements mit einem Referenzpotential über ein zweites kapazitives Element mit einem Kapazitätswert gekoppelt ist, derart, dass der zweite Anschluss des ersten induktiven Elements als eine HE-Masse für HF-Signale einer vordefinierten Frequenz funktioniert.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem ein drittes kapazitives Element zwischen den Transistorausgangsanschluss des Transistors und den Ausgang gekoppelt ist, parallel zu dem ersten induktiven Element und der parallelen Resonanzschaltung.
Eine integrierte Verstärkerschaltung, die folgende Merkmale aufweist: einen Eingang; einen Ausgang; einen Transistor mit einem Transistoreingangsanschluss, wobei der Transistoreingangsanschluss mit dem Eingang gekoppelt ist, und einem Transistorausgangsanschluss, wobei der Transistorausgangsanschluss mit dem Ausgang über einen Gleichstromweg gekoppelt ist, wobei der Gleichstromweg ein erstes induktives Element und eine parallele Resonanzschaltung aufweist, die ein zweites induktives Element und ein kapazitives Element aufweist, wobei das erste induktive Element und die parallele Resonanzschaltung in Reihe zwischen den Transistorausgangsanschluss und den Ausgang gekoppelt sind; wobei ein drittes kapazitives Element zwischen den Transistorausgangsanschluss des Transistors und den Ausgang gekoppelt ist.
Ein Verfahren zum Bereitstellen einer Gleichstromversorgung an einem Ausgang einer integrierte Verstärkerschaltung, wobei das Verfahren folgenden Schritt aufweist: Koppeln eines Transistorausgangsanschlusses eines Transistors mit dem Ausgang mit Hilfe eines Gleichstromwegs, wobei der Gleichstromweg ein erstes induktives Element und eine parallele Resonanzschaltung in Reihe zwischen dem Transistorausgangsanschluss und dem Ausgang aufweist, wobei die parallele Resonanzschaltung ein zweites induktives Element und ein erstes kapazitives Element aufweist; wobei ein drittes kapazitives Element zwischen den Transistorausgangsanschluss des Transistors und den Ausgang gekoppelt ist, parallel zu dem ersten induktiven Element und der parallelen Resonanzschaltung.
Eine integrierte Verstärkerschaltung, die folgende Merkmale aufweist: einen Eingang; einen Ausgang; einen Transistor mit einem Transistoreingangsanschluss, wobei der Transistoreingangsanschluss mit dem Eingang gekoppelt ist, und einem Transistorausgangsanschluss, wobei der Transistorausgangsanschluss mit dem Ausgang über einen Gleichstromweg gekoppelt ist, wobei der Gleichstromweg ein erstes induktives Element und eine parallele Resonanzschaltung aufweist, die ein zweites induktives Element und ein kapazitives Element aufweist, und die in Resonanz versetzt werden kann wobei das erste induktive Element und die parallele Resonanzschaltung in Reihe zwischen den Transistorausgangsanschluss und den Ausgang gekoppelt sind; wobei die parallele Resonanzschaltung konfiguriert ist, um ein Hochfrequenzsignal einer Betriebsfrequenz der integrierten Verstärkerschaltung zu blockieren.