JP5485386B2 - Rfシングルエンド/差動変換器 - Google Patents

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Description

[米国特許法第119条下での優先権の主張]
本特許出願は、参照によってその全ての内容が本明細書に組み込まれる、2009年6月27日出願された、本発明の譲受人に譲渡された「RFシングルエンド/差動変換器(RF Single-Ended to Differential Converter)」と題する米国仮出願第61/221,048号の優先権を主張する。
[関連出願]
この出願は、参照によってそれらの全ての内容が本明細書に組み込まれる、共に本発明の譲受人に譲渡された、2008年5月23日に出願された「改良された直線性を有する増幅器(Amplifier with Improved Linearization)」と題する米国特許出願第12/126,189号、及び、2007年6月12日に出願された「RF通信用線形トランスコンダクタ(Linear Transconductor for RF Communications)」と題する米国特許出願第11/761,947号に関連する。
[技術分野]
本開示は、電子回路設計に関し、特に、直線性の高いシングルエンド/差動変換器を設計するための技術に関する。
シングルエンド/差動変換器は、グランドを基準とした電圧のようなシングルエンド信号が二つの端子間の差動電圧のような差動信号に変換される、アプリケーションで採用されている。一例のアプリケーションは、低雑音増幅器のシングルエンド出力電圧が混合器の入力電流をサポートし得る差動電圧に変換される、特定の通信受信機におけるものである。一部のアプリケーションでは、例えば、3次入力インターセプトポイント(IIP3)で測定されるような、良好な直線性を発揮することが、シングルエンド/差動変換器のためには重要である。
例えば、通信受信機で使用するために直線性の高いシングルエンド/差動変換器を設計するための技術を提供することが望ましいことができる。
本発明の一態様は、第1及び第2の入力トランジスタであって、前記第1の入力トランジスタのゲートがシングルエンド電圧に結合され、前記第2の入力トランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記第1及び第2の入力トランジスタが主電流によってバイアスされる、第1及び第2の入力トランジスタと、それぞれ、前記第1及び第2の入力トランジスタのドレインに結合された第1及び第2のカスコードトランジスタと、前記第1及び第2のカスコードトランジスタのドレインに結合された負荷素子であって、前記カスコードトランジスタのドレインが差動出力電圧に結合される、負荷素子と、及び第1及び第2のcascompトランジスタであって、第1及び第2のcascompトランジスタのドレインがそれぞれ前記第2及び第1のカスコードトランジスタのドレインに結合され、前記第1のcascompトランジスタのゲートが前記シングルエンド電圧に結合され、前記第2のcascompトランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記cascompトランジスタが補助電流によってバイアスされる、第1及び第2のcascompトランジスタと、を備える、シングルエンド/差動変換器を備える装置を提供する。
本開示の別の態様は、第1及び第2の入力トランジスタと第1及び第2のカスコードトランジスタとを備える主シングルエンド/差動変換器にシングルエンド電圧を結合することであって、前記第1の入力トランジスタのゲートがシングルエンド電圧に結合され、前記第2の入力トランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記第1及び第2の入力トランジスタのソースが主電流によってバイアスされ、前記主シングルエンド/差動変換器が前記第1及び第2のカスコードトランジスタのドレインに結合された負荷素子をさらに備え、前記カスコードトランジスタのドレインが差動出力電圧に結合される、主シングルエンド/差動変換器にシングルエンド電圧を結合することと、及び前記第2及び第1のカスコードトランジスタのドレイン電圧をそれぞれ第1及び第2のcascompトランジスタのドレインに結合することであって、前記第1のcascompトランジスタのゲートが前記シングルエンド電圧に結合され、前記第2のcascompトランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記cascompトランジスタのソースが補助電流によってバイアスされる、前記第2及び第1のカスコードトランジスタのドレイン電圧をそれぞれ第1及び第2のcascompトランジスタのドレインに結合することと、を提供する。
本開示の更に別の態様は、主経路を使用して、シングルエンド電圧を差動電圧に変換するための手段と、及び前記主経路によって生成された混近変調ひずみ結果物を、補助経路によって生成された混近変調ひずみ結果物で、キャンセルするための手段と、を備える、シングルエンド/差動変換器を備える装置を提供する。
本開示の更に別の態様は、アナログTX信号にディジタルTX信号を変換するための少なくとも1つのディジタル/アナログ変換器(DAC)と、前記アナログTX信号を増幅するための少なくとも1つのベースバンドTX増幅器と、TX LO信号発生器と、前記TX LO信号発生器及び前記少なくとも1つのベースバンドTX増幅器に結合されたアップコンバータと、前記アップコンバータの出力に結合されたTXフィルタと、前記TXフィルタに結合された電力増幅器(PA)と、前記電力増幅器の出力に結合されたデュプレクサと、前記デュプレクサに結合された低雑音増幅器(LNA)と、前記LNAに結合されたフィルタと、前記フィルタに結合されたシングルエンド/差動変換器と、RX LO信号発生器と、前記RX LO信号発生器及び前記シングルエンド/差動変換器の差動出力に結合されたダウンコンバータと、前記ダウンコンバータの出力に結合された少なくとも1つのローパスフィルタと、ディジタル信号に前記ローパスフィルタの出力を変換するための少なくとも1つのアナログ/ディジタル変換器(ADC)と、を備える無線通信用デバイスを提供するものであって、前記シングルエンド/差動変換器が、第1及び第2の入力トランジスタであって、前記第1の入力トランジスタのゲートがシングルエンド電圧に結合され、前記第2の入力トランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記第1及び第2の入力トランジスタが主電流によってバイアスされる、第1及び第2の入力トランジスタと、前記第1及び第2の入力トランジスタのドレインにそれぞれ結合された第1及び第2のカスコードトランジスタと、前記第1及び第2のカスコードトランジスタのドレインに結合された負荷素子であって、前記カスコードトランジスタのドレインが差動出力電圧に結合される、負荷素子と、及び第1及び第2のcascompトランジスタであって、前記第1及び第2のcascompトランジスタのドレインがそれぞれ前記第2及び第1のカスコードトランジスタのドレインに結合され、前記第1のcascompトランジスタのゲートが前記シングルエンド電圧に結合され、前記第2のcascompトランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記cascompトランジスタが補助電流によってバイスされる、第1及び第2のcascompトランジスタと、を備える無線通信用デバイスを提供する。
図1は、本開示によるシングルエンド/差動変換器を図示している。 図2は、シングルエンド/差動変換器のベースライン実装を図示している。 図3は、本開示によるシングルエンド/差動変換器の例示的な実施形態を図示している。 図4は、本開示の技術が実装されることができる受信機の例示的な実施形態を図示している。 図5は、本開示の技術が実装されることができる無線通信デバイスの設計のブロック図を図示している。 図6は、本開示による方法の例示的な実施形態を図示している。
添付の図面に関連して以下に記載する詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の説明として意図されており、本発明が実施することができる唯一の実施形態を表すことは意図していない。この説明を通じて使用される用語「例示的な」は、「例、インスタンス、または実例としての役目を果たす」ことを意味するものであり、必ずしも他の例示的な実施形態に対して好ましい又は有利であると解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解を提供することを目的として特定の詳細を含んでいる。本発明の例示的な実施形態は、これらの特定の詳細なしで実施できることが当業者には明らかであろう。いくつかのインスタンスでは、よく知られている構造およびデバイスは、本明細書に提示された例示的な実施形態の新規性を不明瞭にすることを避けるために、ブロック図の形で示される。
図1は、本開示によるシングルエンド/差動変換器100を図示している。図1では、シングルエンド入力電圧Vinは、Vinに理想的に比例する差動出力電圧Vout=(Vout−Vout)を生成する変換器100に提供される。Voutは、負荷110に提供される。例示的な実施形態では、負荷110は、変換器100が、差動出力電圧Voutをサポートするのに十分な駆動電流を提供するように設計されることができる場合には、変換器100の出力に低入力インピーダンスを提示することができる。
図2は、シングルエンド/差動変換器100のベースライン実装200を図示している。変換器200において、トランジスタ215及び220は、入力差動対を形成するもので、トランジスタ215のゲートは、コンデンサ217を介して入力電圧VinにAC結合され、トランジスタ220のゲートはコンデンサ219を介してグラウンドにAC結合されている。単純化のために、トランジスタ215及び220のDCバイアスの詳細は、図2では省略されていることに注意されたい。トランジスタ215及び220のソースは、互いに結合され、更に電流源210に結合されている。トランジスタ215及び220のドレインは、それぞれ、カスコードトランジスタ221及び222を介して、出力電圧Vout及びVoutに結合されている。カスコードトランジスタ221及び222が、入力Vinからの差動出力Voutの分離を有利に改善し、従って、例えば、変換器200が動作することができる帯域幅を拡張することは、理解されるであろう。カスコードトランジスタ221及び222は、電圧VcasによってDCバイアスされている。
図2においては、変換器200は、それぞれ出力電圧Vout及びVoutに結合されたトランジスタ225及び230を更に含んでいる。示された実装では、バイアス電圧VCMは、電圧Vout及びVoutのコモンモードレベルが明確に定義されるように、トランジスタ225及び230をバイアスするために提供されることができる。
シングルエンド/差動変換器100のメリットの一つの姿は、変換器の直線性を測定する、3次入力インターセプトポイント(IIP3)であることが理解されるであろう。図2に示す変換器の実装200では、IIP3は、例えば、トランジスタ221及び222のドレインで、差動出力電圧Vout中に生成された、3次混近変調ひずみ(IM3)結果物によって、制限されることができる。シングルエンド/差動変換器の直線性を改善し、それによって、IM3結果物を減らしIIP3を増大するための技術を提供することが望ましいことができる。
図3は、本開示によるシングルエンド/差動変換器100の例示的な実施形態300を図示している。変換器300においては、入力トランジスタ315及び320は、差動入力段を形成するもので、トランジスタ315のゲートは、コンデンサ352を介して入力電圧VinにAC結合され、トランジスタ320のゲートは、コンデンサ351を介してグラウンドにAC結合されている。単純化のために、トランジスタ315及び320のDCバイアスの詳細は、図3では省略されていることに注意されたい。トランジスタ315及び320のドレインは、それぞれ、負荷トランジスタ367及び360に更に結合されている出力電圧Vout及びVoutに、カスコードトランジスタ330及び335を介して結合されている。代替の例示的実施例では、トランジスタ367及び360は、抵抗や他の負荷素子(図示せず)で置き換えられる得ることに注意されたい。トランジスタ315及び320のソースは、互いに結合され、主電流源トランジスタ322及び328に更に結合されている。トランジスタ322及び328によって生成されたトータルの零入力バイアス電流(quiescent bias current)はまた、メイン電流すなわちImainとして本明細書中で示される。零入力バイアス状態では、Imainは、Imain/2をサポートするトランジスタ315及び330と、Imain/2をまたサポートするトランジスタ302及び335と、によって形成される「主経路」を介して流れることが理解されるであろう。
例示的な実施形態では、主電流源トランジスタ322及び328は、入力トランジスタ315及び320の直線性を向上させるために適応的にバイアスされることができる。特に、トランジスタ322及び328のゲートは、電圧Vb1でそれぞれDCバイアスされ、さらには、AC結合コンデンサ312及び314を使用して、それぞれ、トランジスタ320及び315のドレインにクロス結合されている。トランジスタ322及び328のゲートへの信号のACクロス結合は、Vinの振幅に応じて入力トランジスタ315及び320に供給されるバイアス電流を有利に調整し、従って、変換器300の直線性を維持するのを助けることができることが理解されるであろう。
例示的な実施形態では、(「cascompトランジスタ」としても本明細書中に示される)トランジスタ345及び350のゲートは、コンデンサ348及び353を介して、それぞれ、Vinに及びACグランドに、更にAC結合されている。トランジスタ345及び350のドレインは、それぞれ、トランジスタ335及び330のドレインに結合されている。トランジスタ345及び350のソースは、互いに結合され、補助電流源トランジスタ324及び326に更に結合されている。トランジスタ324及び326によって生成されたトータルの電流は、本明細書中では、補助電流すなわちIauxとして示される。Iauxは、トランジスタ345及び350によって形成された「補助経路」を通って流れるもので、ここで、零入力バイアス状態では、Iaux/2がトランジスタ345を介して流れ、Iaux/2がトランジスタ350を介して流れる。当業者は、トランジスタ324及び326が、単一のトランジスタの電流源として、代わりに実装され得ることを理解するであろう。
コンデンサ348及び353は、それぞれ、VinとACグランドにトランジスタ345及び350のゲートを結合するとして示されているとはいえ、コンデンサ348及び353が二者択一的に結合され得ることが理解されるであろうことに注意されたい。例えば、コンデンサ348及び353は、それぞれ、トランジスタ345及び350のゲートに直接、トランジスタ315及び320のゲートを、二者択一的に結合することができる。そのような代替の例示的な実施形態は、本開示の範囲内であることが企図される。
例示的な実施形態では、トランジスタ345及び350は、例えば0.4Vオーダのゲート・ソース間電圧(VGS)で弱反転領域でバイアスされ、且つ、例えば0.55Vオーダの閾値電圧VTである。例示的な実施形態では、トランジスタ315及び320は、例えば、0.6VオーダのVGSで中反転領域(moderate inversion)でバイアスされ、且つ、0.55VオーダのVTである。例示的な実施形態では、電源電圧VDDは、1.3Vであることができる。
トランジスタ315への入力信号がトランジスタ345への入力信号と同じ位相で提供される一方、トランジスタ320への入力信号がトランジスタ350への入力信号と同じ位相で提供されていることが、示された回路トポロジから理解されるであろう。この構成により、主経路及び補助経路によって生成されるIM3結果物が差動出力で有利にキャンセルされ得ることが理解されるであろう。利得を不所望に低減し且つ変換器300の雑音指数(NF)を増加させるだろう、所望信号のキャンセルを避けるために、バイアス電圧は、Imain>>Iauxのように選択されることができる。例示的な実施形態では、Imainは、10*Iauxのオーダであることができる。
例示的な実施形態では、トランジスタ324及び326によって提供される電流Iauxは、3次の非直線性成分のキャンセルの所望のレベルを達成するために、さらに調整されることができる。例えば、トランジスタ324及び326のバイアス電圧Vb2は、キャンセルの所望のレベルを達成するように調節されることができる。
代替の例示的な実施形態(図示せず)では、シングルエンド/差動変換器は、示されたcascompトランジスタ345及び350と共にクロス結合コンデンサ312及び314の適応的なバイアスを使用する必要はない。これらの特徴のいずれも、シングルエンド/差動変換を実行するために、他方とは別に実装されることができる。そのような代替の例示的な実施形態は、本開示の範囲内であることが企図される。
上述した技術に従って、広い周波数帯域(例えば、100MHz〜900MHz)のシングルエンド/差動変換を実行するための直線性の高い回路が、設計されることができる。
図4は、本開示の技術が実装され得る受信機400の例示的な実施形態を図示している。図4は、説明のみを目的として示されており、受信機への本開示の適用に制限するものではないことに注意されたい。
図4では、低雑音増幅器(LNA)410は、アンテナ(図示せず)からの無線周波数(RF)信号を受信する。LNA410は、バンドパスフィルタ420にRF信号の増幅されたバージョンを出力する。バンドパスフィルタ420の出力は、シングルエンド/差動変換器(S2D)430に結合されている。例示的な実施形態では、シングルエンド/差動変換器430は、本明細書中に先に開示した技術を使用して設計されることができる。シングルエンド/差動変換器430の差動出力は、該差動信号と周波数fL0を有する差動局部発振器信号とを混合する、混合器440に提供される。混合器440の入力は、シングルエンド/差動変換器430の出力に、低インピーダンスを提示することができる。混合器440の出力は、更なる処理のためのベースバンド出力信号を生成するために、ベースバンドフィルタ450に結合されている。混合器440及びベースバンドフィルタ450の出力は、用いられる特定のアーキテクチャに応じて、シングルエンドまたは差動であることができる。
図5は、本開示の技術が実装されることができる無線通信デバイス500の設計のブロック図を図示している。図5は、例示トランシーバ設計を示している。一般に、送信機及び受信機の信号の調節は、増幅器、フィルタ、アップコンバータ、ダウンコンバータ、等々の何れか又は複数のステージで実施することができる。これらの回路ブロックは、図5に示す構成とは異なる形態で配置することができる。さらに、図5に示されていない他の回路ブロックもまた、送信機及び受信機における信号を調節するために使用されることができる。図5中の一部の回路ブロックは、省略されることもできる。
図5に示した設計では、無線デバイス500は、トランシーバ520及びデータプロセッサ510を含む。データプロセッサ510は、データ及びプログラムコードを格納するためのメモリ(図示せず)を含むことができる。トランシーバ520は、双方向通信をサポートする送信機530及び受信機550を含む。一般に、無線デバイス500は、任意の数の通信システム及び周波数帯域のための任意の数の送信機及び任意の数の受信機を含むことができる。トランシーバ520の全て又は一部は、一つ又は複数のアナログ集積回路(IC)、RF集積回路(RFIC)、ミックスド信号IC、等々上に実装されることができる。
送信機または受信機は、スーパーヘテロダインアーキテクチャまたはダイレクトコンバージョンアーキテクチャで実装されることができる。スーパーヘテロダインアーキテクチャでは、信号は、受信機の複数ステージにおいて無線周波数(RF)とベースバンド間で周波数変換されるものであり、例えば、一つのステージにおいてRFから中間周波数(IF)に周波数変換され、その後に、別のステージでIFからベースバンドに周波数変換される。ダイレクトコンバージョンアーキテクチャでは、信号は、一つのステージにおいてRFとベースバンド間で周波数変換される。スーパーヘテロダインアーキテクチャ及びダイレクトコンバージョンアーキテクチャは、異なる回路ブロックを使用する及び/または異なる要件を有することができる。図5に示した設計では、送信機530及び受信機550は、ダイレクトコンバージョンアーキテクチャで実装されている。
送信経路では、データプロセッサ510は、送信されるべきデータを処理して、送信機530にI及びQアナログ出力信号を提供する。示した例示的な実施形態では、データプロセッサ510は、データプロセッサ510によって生成されたディジタル信号をIアナログ出力信号及びQアナログ出力信号に変換するためのディジタル/アナログ変換器(DAC)を含む。
送信機530内で、ローパスフィルタ532a及び532bは、それぞれ、前段のディジタル/アナログ変換に起因する不所望の画像を削除するために、I及びQアナログ出力信号をフィルタリングする。増幅器(Amp)534a及び534bは、それぞれ、ローパスフィルタ532a及び532bからの信号を増幅して、I及びQベースバンド信号を提供する。アップコンバータ540は、TX LO信号発生器570からのI及びQ送信(TX)局部発振(LO)信号を用いて、I及びQベースバンド信号をアップコンバートして、アップコンバート信号を提供する。フィルタ542は、受信周波数帯域内の雑音だけでなく、周波数アップコンバージョンに起因する不要画像を削除するために、アップコンバート信号をフィルタリングする。電力増幅器(PA)544は、所望の出力電力レベルを得るために、フィルタ542からの信号を増幅して、送信RF信号を提供する。送信RF信号は、デュプレクサ又はスイッチ546を経由してルーティングされ、アンテナ548を介して送信される。
受信経路では、アンテナ548は、基地局によって送信された信号を受信して、受信RF信号を提供するものであり、ここで、受信RF信号はデュプレクサ又はスイッチ546を経由してルーティングされて低雑音増幅器(LNA)552に提供される。受信RF信号は、LNA552によって増幅され、所望RF入力信号を取得するために、フィルタ554によってフィルタリングされる。所望RF入力信号は、ダウンコンバータ560に入力するために差動電圧に当該信号を変換する、シングルエンド/差動変換器555(S2D)に提供される。例示的な実施形態では、S2D555は、本開示の技術に従って設計されることができる。ダウンコンバータ560は、RX LO信号発生器580からのI及びQ受信(RX)LO信号を用いてRF入力信号をダウンコンバートして、I及びQベースバンド信号を提供する。I及びQベースバンド信号は、増幅器562a及び562bによって増幅され、データプロセッサ510に提供されるI及びQアナログ入力信号を得るためにローパスフィルタ564a及び564bによってさらにフィルタリングされる。示した例示的な実施形態では、データプロセッサ510は、アナログ入力信号をデータプロセッサ510によってさらに処理されるべきディジタル信号に変換するためのアナログ/ディジタル変換器(ADC)516a及び516bを含む。
TX LO信号発生器590は、周波数アップコンバージョンのために使用されるI及びQ TX LO信号を生成する。XR LO信号発生器580は、周波数ダウンコンバージョンのために使用されるI及びQ RX LO信号を生成する。各LO信号は、特定の基本周波数を持つ周期信号である。PLL592は、データプロセッサ510からタイミング情報を受信して、LO信号発生器590からのTX LO信号の周波数及び/または位相を調整するために使用される制御信号を生成する。同様に、PLL582は、データプロセッサ510からタイミング情報を受信して、LO信号発生器580からのRX LO信号の周波数及び/または位相を調整するために使用される制御信号を生成する。
図6は、本開示による方法600の例示的な実施形態を図示している。該方法は、説明のみを目的として示されており、本開示の範囲を限定するものではないことに注意されたい。
図6では、ブロック610で、シングルエンド電圧は、第1及び第2の入力トランジスタと第1及び第2のカスコードトランジスタとを備える主シングルエンド/差動変換器に結合される。例示的な実施形態では、第1の入力トランジスタのゲートはシングルエンド電圧に結合され、第2の入力トランジスタのゲートはAC接地電圧に結合され、第1及び第2の入力トランジスタのソースは主電流によってバイアスされ、主シングルエンド/差動変換器は第1及び第2のカスコードトランジスタのドレインに結合された負荷素子を更に備え、且つ、カスコードトランジスタのドレインは差動出力電圧に結合されている。
ブロック620で、第2及び第1のカスコードトランジスタのドレイン電圧は、それぞれ、第1及び第2のcascompトランジスタのドレインに結合されている。例示的な実施形態では、第1のcascompトランジスタのゲートはシングルエンド電圧に結合され、第2のcascompトランジスタのゲートはAC接地電圧に結合され、且つ、cascompトランジスタのソースは補助電流によってバイアスされている。
ブロック630で、第1の主電流源トランジスタによって生成された電流は、第1及び第2の入力トランジスタのソースに結合される。例示的な実施形態では、第1の主電流源トランジスタは、DC電圧によってバイアスされている。
ブロック640で、第2の主電流源トランジスタによって生成された電流は、第1及び第2の入力トランジスタのソースに結合される。例示的な実施形態では、第2の主電流源トランジスタは、DC電圧によってバイアスされている。
ブロック650で、第1の主電流源トランジスタのゲート電圧は、第1の結合コンデンサを使用して、第2の入力トランジスタのドレインに結合される。
ブロック660で、第2の主電流源トランジスタのゲート電圧は、第2の結合コンデンサを使用して、第1の入力トランジスタのドレインに結合される。
例えば、入力トランジスタ、カスコードトランジスタ及びcascompトランジスタのためにNMOSトランジスタが使用される本開示の例示的な実施形態が説明されたとはいえ、PMOSトランジスタも、代替の例示的実施形態では、示された回路に対応する修正を加えて、容易に使用されることができる、ということが理解されるであろう。さらに、本開示の例示的な実施形態は、MOSトランジスタ(MOSFET)を参照して説明されたとはいえ、本開示の技術は、MOSFETベースの設計に限定される必要はなく、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)及び/または他の三端子相互コンダクタンスデバイスを使用して、代替の例示的な実施形態(図示せず)に容易に適用されることができる、ということを当業者は理解するであろう。例えば、例示的な実施形態(図示せず)では、示されたコンパレータの何れかが、MOSFETのゲート、ドレイン及びソースのために示されたようにそれぞれ結合されたBJTのコレクタ、ベース及びエミッタを有するMOSFETよりもむしろBJTを利用することができる。または、BiCMOSプロセスでは、CMOS及びバイポーラ構造/デバイスの両方の組み合わせは、回路性能を最大にするために使用されることができる。さらに、特に断りのない限り、本明細書及び特許請求の範囲において、用語「ドレイン」、「ゲート」及び「ソース」は、MOSFETに関連したこれらの用語の慣習的な意味だけでなく、その対応が回路設計の当業者に明らかであろうBJTのような他の三端子相互コンダクタンスデバイスの対応するノードとの両方を包含することができる。
当業者であれば、情報及び信号が、様々な異なる技術や技法の何れかを使用して表され得ることを理解するであろう。例えば、上記の説明全体を通して参照され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、及びチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁性粒子、光場または粒子、あるいはそれらの任意の組み合わせによって表されることができる。
当業者はさらに、様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、及び本明細書に開示の実施形態と関連して説明されているアルゴリズムのステップが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組み合わせとして実装され得る、ということを理解するであろう。このハードウェアとソフトウェアの互換性を明らかに示すために、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、及びステップが、それらの機能の面で一般的に上に記載されている。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、ソフトウェアとして実装されるかは、システム全体に課せられた特定のアプリケーションと設計上の制約に依存している。当業者は、それぞれ特定のアプリケーション用に様々な方法で説明された機能を実装することができるが、そのような実装の決定は、本発明の例示的な実施形態の範囲からの逸脱を引き起こすと解釈されるべきではない。
本明細書に開示された実施形態に関連して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、及び回路は、汎用プロセッサ、ディジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)又は他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲート又はトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、または、本明細書に記載された機能を実行するように設計されたそれらの任意の組み合わせ、で実装または実行されることができる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであることができるが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であることができる。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、DSPとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと関連する一つまたは複数のマイクロプロセッサ、または、他のこのような構成の任意の組み合わせ、として実装されることができる。
本明細書に開示される実施形態と関連して記載された方法またはアルゴリズムのステップは、ハードウェアで直接、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで、またはそれら2つの組み合わせで、具現化されることができる。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、リードオンリメモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD−ROM、または、当該技術分野で知られている記憶媒体の他の形態、中にあることができる。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読みだし、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替のものでは、記憶媒体は、プロセッサに不可欠であることができる。プロセッサ及び記憶媒体は、ASIC中にあっても良い。ASICは、ユーザ端末内にあっても良い。代替のものでは、プロセッサ及び記憶媒体は、別個のコンポーネントとしてユーザ端末内にあっても良い。
一つ以上の例示的な実施形態では、説明された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組合せにおいて実現され得る。ソフトウェアにおいて実現された場合には、このような機能は、一つ以上の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶され得るか、またはコンピュータ可読媒体上を伝送され得る。コンピュータ可読媒体は、1つの場所から他の場所へのコンピュータプログラムの移送を容易にするいかなる媒体も含むコンピュータ記憶媒体及び通信媒体の両者を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得るいかなる利用可能な媒体であって良い。限定ではなく例として、このようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD−ROMまたは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶デバイス、またはコンピュータによってアクセスされることができる命令またはデータ構造の形をした所望のプログラムコードを運搬するまたは記憶するために使用されることができる他の任意の媒体、を備えることができる。また、いかなる接続も適切にコンピュータ可読媒体と名付けられる。例えば、ソフトウェアが同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ディジタル加入者線(DSL)、または赤外線、無線および/またはマイクロ波といった無線技術、を使用してウェブサイト、サーバまたは他の遠隔情報源から送信される場合には、これらの同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、DSL、または赤外線、無線および/またはマイクロ波といった無線技術、は媒体の定義に含まれる。本明細書で使用されるようなディスク(disk)及びディスク(disc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザーディスク(登録商標)、光ディスク、ディジタル・バーサタイル・ディスク(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク及びブルーレイディスクを含むものであり、ここで、diskは通常、データを磁気的に再生するが、discはデータをレーザによって光学的に再生する。上記のものの組合せもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
開示された例示的な実施形態の上記の説明は、本発明を成す又は使用する分野の可能ないかなる当業者にも提供される。それらの例示的な実施形態に対する種々の修正は、当業者には容易に明らかであるだろうし、本明細書中で定義された一般原理は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに、他の実施形態に適用されることができる。従って、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本明細書中に開示された原理及び新規な特徴に矛盾しない最も広い範囲に与えられるべきものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
(1) 第1及び第2の入力トランジスタであって、前記第1の入力トランジスタのゲートがシングルエンド電圧に結合され、前記第2の入力トランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記第1及び第2の入力トランジスタが主電流によってバイアスされる、第1及び第2の入力トランジスタと、
それぞれ、前記第1及び第2の入力トランジスタのドレインに結合された第1及び第2のカスコードトランジスタと、
前記第1及び第2のカスコードトランジスタのドレインに結合された負荷素子であって、前記カスコードトランジスタのドレインが差動出力電圧に結合される、負荷素子と、及び
第1及び第2のcascompトランジスタであって、第1及び第2のcascompトランジスタのドレインがそれぞれ前記第2及び第1のカスコードトランジスタのドレインに結合され、前記第1のcascompトランジスタのゲートが前記シングルエンド電圧に結合され、前記第2のcascompトランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記cascompトランジスタが補助電流によってバイアスされる、第1及び第2のcascompトランジスタと、
を備える、シングルエンド/差動変換器を備える装置。
(2) 前記第1及び第2のcascompトランジスタは、弱反転領域でバイアスされ、前記第1及び第2の入力トランジスタは、中反転領域でバイアスされる、(1)の装置。
(3) 前記第1及び第2のcascompトランジスタは、0.4Vのゲート・ソース間電圧でバイアスされると共に0.55Vの閾値電圧を有し、前記第1及び第2の入力トランジスタは、0.6Vのゲート・ソース間電圧でバイアスされると共に0.55Vの閾値電圧を有する、(2)の装置。
(4) 前記第1及び第2のcascompトランジスタは、結合コンデンサを使用して、シングルエンド電圧及びACグランドに結合される、(1)の装置。
(5) 前記シングルエンド/差動変換器は、
第1の主電流源トランジスタであって、該第1の主電流源トランジスタのドレインが前記第1及び第2の入力トランジスタのソースに結合され、該第1の主電流源トランジスタがDC電圧でバイアスされる、第1の主電流源トランジスタと、
第2の主電流源トランジスタであって、該第2の主電流源トランジスタのドレインが前記第1及び第2の入力トランジスタのソースに結合され、該第2の主電流源トランジスタがDC電圧でバイアスされる、第2の主電流源トランジスタと、
前記第2の入力トランジスタのドレインに前記第1の主電流源トランジスタのゲートを結合する第1の結合コンデンサと、及び
前記第1の入力トランジスタのドレインに前記第2の主電流源トランジスタのゲートを結合する第2の結合コンデンサと、
をさらに備える、(1)の装置。
(6) 前記補助電流は、少なくとも一つの補助電流源トランジスタによって生成される、(1)の装置。
(7) 前記主電流は、前記補助電流よりも大きい、(1)の装置。
(8) 前記負荷素子は、前記カスコードトランジスタのドレインにコモンモード出力電圧を生成するような電圧を使用してバイアスされたトランジスタを備える、(1)の装置。
(9) 前記負荷素子は、抵抗を備える、(1)の装置。
(10) 前記装置は、無線通信デバイスを備える、(1)の装置。
(11) 第1及び第2の入力トランジスタと第1及び第2のカスコードトランジスタとを備える主シングルエンド/差動変換器にシングルエンド電圧を結合することであって、前記第1の入力トランジスタのゲートがシングルエンド電圧に結合され、前記第2の入力トランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記第1及び第2の入力トランジスタのソースが主電流によってバイアスされ、前記主シングルエンド/差動変換器が前記第1及び第2のカスコードトランジスタのドレインに結合された負荷素子をさらに備え、前記カスコードトランジスタのドレインが差動出力電圧に結合される、主シングルエンド/差動変換器にシングルエンド電圧を結合することと、及び
前記第2及び第1のカスコードトランジスタのドレイン電圧をそれぞれ第1及び第2のcascompトランジスタのドレインに結合することであって、前記第1のcascompトランジスタのゲートが前記シングルエンド電圧に結合され、前記第2のcascompトランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記cascompトランジスタのソースが補助電流によってバイアスされる、前記第2及び第1のカスコードトランジスタのドレイン電圧をそれぞれ第1及び第2のcascompトランジスタのドレインに結合することと、
を備える、方法。
(12) 前記第1及び第2のcascompトランジスタを弱反転領域でバイアスすることと、及び、前記第1及び第2の入力トランジスタを中反転領域でバイアスすることと、をさらに備える、(11)の方法。
(13) 0.4Vのゲート・ソース間電圧で前記第1及び第2のcascompトランジスタをバイアスすることであって、前記第1及び第2のcascompトランジスタが0.55Vの閾値電圧を有する、前記第1及び第2のcascompトランジスタをバイアスすることと、及び、0.6Vのゲート・ソース間電圧で前記第1及び第2の入力トランジスタをバイアスすることであって、前記第1及び第2の入力トランジスタが0.55Vの閾値電圧を有する、前記第1及び第2の入力トランジスタをバイアスすることと、をさらに備える、(12)の方法。
(14) 前記第1及び第2のcascompトランジスタを、結合コンデンサを使用して、シングルエンド電圧及びACグランドに結合することをさらに備える、(11)の方法。
(15) 前記第1及び第2の入力トランジスタのソースに、第1の主電流源トランジスタによって生成された電流を結合することであって、前記第1の主電流源トランジスタがDC電圧でバイアスされる、第1の主電流源トランジスタによって生成された電流を結合することと、
前記第1及び第2の入力トランジスタのソースに、第2の主電流源トランジスタによって生成された電流を結合することであって、前記第2の主電流源トランジスタがDC電圧でバイアスされる、第2の主電流源トランジスタによって生成された電流を結合することと、
第1の結合コンデンサを使用して、前記第2の入力トランジスタのドレインに前記第1の主電流源トランジスタのゲートを結合することと、及び
第2の結合コンデンサを使用して、前記第1の入力トランジスタのドレインに前記第2の主電流源トランジスタのゲートを結合することと、
をさらに備える、(11)の方法。
(16) 少なくとも一つの補助電流源トランジスタを使用して前記補助電流を生成することを備える、(11)の方法。
(17) 前記主電流は、前記補助電流よりも大きい、(11)の方法。
(18) 前記負荷素子は、前記カスコードトランジスタのドレインにコモンモード出力電圧を生成するような電圧を使用してバイアスされたトランジスタを備える、(11)の方法。
(19) 前記負荷素子は、抵抗を備える、(11)の方法。
(20) 主経路を使用して、シングルエンド電圧を差動電圧に変換するための手段と、及び
前記主経路によって生成された混近変調ひずみ結果物を、補助経路によって生成された混近変調ひずみ結果物で、キャンセルするための手段と、
を備える、シングルエンド/差動変換器を備える装置。
(21) キャンセルするための前記手段は、前記主経路中のトランジスタに結合された補助経路のcascompトランジスタを備える、(20)の装置。
(22) 直線性シングルエンド/差動変換器を向上させるために、前記主経路に提供される電流を適応的にバイアスするための手段をさらに備える、(20)の装置。
(23) アナログTX信号にディジタルTX信号を変換するための少なくとも1つのディジタル/アナログ変換器(DAC)と、前記アナログTX信号を増幅するための少なくとも1つのベースバンドTX増幅器と、TX LO信号発生器と、前記TX LO信号発生器及び前記少なくとも1つのベースバンドTX増幅器に結合されたアップコンバータと、前記アップコンバータの出力に結合されたTXフィルタと、前記TXフィルタに結合された電力増幅器(PA)と、前記電力増幅器の出力に結合されたデュプレクサと、前記デュプレクサに結合された低雑音増幅器(LNA)と、前記LNAに結合されたフィルタと、前記フィルタに結合されたシングルエンド/差動変換器と、RX LO信号発生器と、前記RX LO信号発生器及び前記シングルエンド/差動変換器の差動出力に結合されたダウンコンバータと、前記ダウンコンバータの出力に結合された少なくとも1つのローパスフィルタと、ディジタル信号に前記ローパスフィルタの出力を変換するための少なくとも1つのアナログ/ディジタル変換器(ADC)と、を備える無線通信用デバイスであって、前記シングルエンド/差動変換器が、
第1及び第2の入力トランジスタであって、前記第1の入力トランジスタのゲートがシングルエンド電圧に結合され、前記第2の入力トランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記第1及び第2の入力トランジスタが主電流によってバイアスされる、第1及び第2の入力トランジスタと、
前記第1及び第2の入力トランジスタのドレインにそれぞれ結合された第1及び第2のカスコードトランジスタと、
前記第1及び第2のカスコードトランジスタのドレインに結合された負荷素子であって、前記カスコードトランジスタのドレインが差動出力電圧に結合される、負荷素子と、及び
第1及び第2のcascompトランジスタであって、前記第1及び第2のcascompトランジスタのドレインがそれぞれ前記第2及び第1のカスコードトランジスタのドレインに結合され、前記第1のcascompトランジスタのゲートが前記シングルエンド電圧に結合され、前記第2のcascompトランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記cascompトランジスタが補助電流によってバイスされる、第1及び第2のcascompトランジスタと、
を備える、無線通信用デバイス。

Claims (18)

  1. 第1及び第2の入力トランジスタであって、前記第1の入力トランジスタのゲートがシングルエンド電圧に結合され、前記第2の入力トランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記第1及び第2の入力トランジスタが主電流によってバイアスされる、第1及び第2の入力トランジスタと、
    それぞれ、前記第1及び第2の入力トランジスタのドレインに結合された第1及び第2のカスコードトランジスタと、
    前記第1及び第2のカスコードトランジスタのドレインに結合された負荷素子であって、前記カスコードトランジスタのドレインが差動出力電圧に結合される、負荷素子と、
    第1及び第2のcascompトランジスタであって、第1及び第2のcascompトランジスタのドレインがそれぞれ前記第2及び第1のカスコードトランジスタのドレインに結合され、前記第1のcascompトランジスタのゲートが前記シングルエンド電圧に結合され、前記第2のcascompトランジスタのゲートが前記AC接地電圧に結合され、前記cascompトランジスタが補助電流によってバイアスされる、第1及び第2のcascompトランジスタと、
    第1の主電流源トランジスタであって、該第1の主電流源トランジスタのドレインが前記第1及び第2の入力トランジスタのソースに結合され、該第1の主電流源トランジスタがDC電圧でバイアスされる、第1の主電流源トランジスタと、
    第2の主電流源トランジスタであって、該第2の主電流源トランジスタのドレインが前記第1及び第2の入力トランジスタのソースに結合され、該第2の主電流源トランジスタがDC電圧でバイアスされる、第2の主電流源トランジスタと、
    前記第2の入力トランジスタのドレインに前記第1の主電流源トランジスタのゲートを結合する第1の結合コンデンサと、及び
    前記第1の入力トランジスタのドレインに前記第2の主電流源トランジスタのゲートを結合する第2の結合コンデンサと、
    を備える、シングルエンド/差動変換器を備える装置。
  2. 前記第1及び第2のcascompトランジスタは、弱反転領域でバイアスされ、前記第1及び第2の入力トランジスタは、中反転領域でバイアスされる、請求項1の装置。
  3. 前記第1及び第2のcascompトランジスタは、0.4Vのゲート・ソース間電圧でバイアスされると共に0.55Vの閾値電圧を有し、前記第1及び第2の入力トランジスタは、0.6Vのゲート・ソース間電圧でバイアスされると共に0.55Vの閾値電圧を有する、請求項2の装置。
  4. 前記第1及び第2のcascompトランジスタは、結合コンデンサを使用して、シングルエンド電圧及びACグランドに結合される、請求項1の装置。
  5. 前記補助電流は、少なくとも一つの補助電流源トランジスタによって生成される、請求項1の装置。
  6. 前記主電流は、前記補助電流よりも大きい、請求項1の装置。
  7. 前記負荷素子は、前記カスコードトランジスタのドレインにコモンモード出力電圧を生成するような電圧を使用してバイアスされたトランジスタを備える、請求項1の装置。
  8. 前記負荷素子は、抵抗を備える、請求項1の装置。
  9. 前記装置は、無線通信デバイスを備える、請求項1の装置。
  10. 第1及び第2の入力トランジスタと第1及び第2のカスコードトランジスタとを備える主シングルエンド/差動変換器にシングルエンド電圧を結合することであって、前記第1の入力トランジスタのゲートがシングルエンド電圧に結合され、前記第2の入力トランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記第1及び第2の入力トランジスタのソースが主電流によってバイアスされ、前記主シングルエンド/差動変換器が前記第1及び第2のカスコードトランジスタのドレインに結合された負荷素子をさらに備え、前記カスコードトランジスタのドレインが差動出力電圧に結合される、主シングルエンド/差動変換器にシングルエンド電圧を結合することと、
    前記第2及び第1のカスコードトランジスタのドレイン電圧をそれぞれ第1及び第2のcascompトランジスタのドレインに結合することであって、前記第1のcascompトランジスタのゲートが前記シングルエンド電圧に結合され、前記第2のcascompトランジスタのゲートが前記AC接地電圧に結合され、前記cascompトランジスタのソースが補助電流によってバイアスされる、前記第2及び第1のカスコードトランジスタのドレイン電圧をそれぞれ第1及び第2のcascompトランジスタのドレインに結合することと、
    前記第1及び第2の入力トランジスタのソースに、第1の主電流源トランジスタによって生成された電流を結合することであって、前記第1の主電流源トランジスタがDC電圧でバイアスされる、第1の主電流源トランジスタによって生成された電流を結合することと、
    前記第1及び第2の入力トランジスタのソースに、第2の主電流源トランジスタによって生成された電流を結合することであって、前記第2の主電流源トランジスタがDC電圧でバイアスされる、第2の主電流源トランジスタによって生成された電流を結合することと、
    第1の結合コンデンサを使用して、前記第2の入力トランジスタのドレインに前記第1の主電流源トランジスタのゲートを結合することと、及び
    第2の結合コンデンサを使用して、前記第1の入力トランジスタのドレインに前記第2の主電流源トランジスタのゲートを結合することと、
    を備える、方法。
  11. 前記第1及び第2のcascompトランジスタを弱反転領域でバイアスすることと、及び、前記第1及び第2の入力トランジスタを中反転領域でバイアスすることと、をさらに備える、請求項10の方法。
  12. 0.4Vのゲート・ソース間電圧で前記第1及び第2のcascompトランジスタをバイアスすることであって、前記第1及び第2のcascompトランジスタが0.55Vの閾値電圧を有する、前記第1及び第2のcascompトランジスタをバイアスすることと、及び、0.6Vのゲート・ソース間電圧で前記第1及び第2の入力トランジスタをバイアスすることであって、前記第1及び第2の入力トランジスタが0.55Vの閾値電圧を有する、前記第1及び第2の入力トランジスタをバイアスすることと、をさらに備える、請求項11の方法。
  13. 前記第1及び第2のcascompトランジスタを、結合コンデンサを使用して、シングルエンド電圧及びACグランドに結合することをさらに備える、請求項10の方法。
  14. 少なくとも一つの補助電流源トランジスタを使用して前記補助電流を生成することを備える、請求項10の方法。
  15. 前記主電流は、前記補助電流よりも大きい、請求項10の方法。
  16. 前記負荷素子は、前記カスコードトランジスタのドレインにコモンモード出力電圧を生成するような電圧を使用してバイアスされたトランジスタを備える、請求項10の方法。
  17. 前記負荷素子は、抵抗を備える、請求項10の方法。
  18. アナログTX信号にディジタルTX信号を変換するための少なくとも1つのディジタル/アナログ変換器(DAC)と、前記アナログTX信号を増幅するための少なくとも1つのベースバンドTX増幅器と、TX LO信号発生器と、前記TX LO信号発生器及び前記少なくとも1つのベースバンドTX増幅器に結合されたアップコンバータと、前記アップコンバータの出力に結合されたTXフィルタと、前記TXフィルタに結合された電力増幅器(PA)と、前記電力増幅器の出力に結合されたデュプレクサと、前記デュプレクサに結合された低雑音増幅器(LNA)と、前記LNAに結合されたフィルタと、前記フィルタに結合されたシングルエンド/差動変換器と、RX LO信号発生器と、前記RX LO信号発生器及び前記シングルエンド/差動変換器の差動出力に結合されたダウンコンバータと、前記ダウンコンバータの出力に結合された少なくとも1つのローパスフィルタと、ディジタル信号に前記ローパスフィルタの出力を変換するための少なくとも1つのアナログ/ディジタル変換器(ADC)と、を備える無線通信用デバイスであって、前記シングルエンド/差動変換器が、
    第1及び第2の入力トランジスタであって、前記第1の入力トランジスタのゲートがシングルエンド電圧に結合され、前記第2の入力トランジスタのゲートがAC接地電圧に結合され、前記第1及び第2の入力トランジスタが主電流によってバイアスされる、第1及び第2の入力トランジスタと、
    前記第1及び第2の入力トランジスタのドレインにそれぞれ結合された第1及び第2のカスコードトランジスタと、
    前記第1及び第2のカスコードトランジスタのドレインに結合された負荷素子であって、前記カスコードトランジスタのドレインが差動出力電圧に結合される、負荷素子と、
    第1及び第2のcascompトランジスタであって、前記第1及び第2のcascompトランジスタのドレインがそれぞれ前記第2及び第1のカスコードトランジスタのドレインに結合され、前記第1のcascompトランジスタのゲートが前記シングルエンド電圧に結合され、前記第2のcascompトランジスタのゲートが前記AC接地電圧に結合され、前記cascompトランジスタが補助電流によってバイスされる、第1及び第2のcascompトランジスタと、
    第1の主電流源トランジスタであって、該第1の主電流源トランジスタのドレインが前記第1及び第2の入力トランジスタのソースに結合され、該第1の主電流源トランジスタがDC電圧でバイアスされる、第1の主電流源トランジスタと、
    第2の主電流源トランジスタであって、該第2の主電流源トランジスタのドレインが前記第1及び第2の入力トランジスタのソースに結合され、該第2の主電流源トランジスタがDC電圧でバイアスされる、第2の主電流源トランジスタと、
    前記第2の入力トランジスタのドレインに前記第1の主電流源トランジスタのゲートを結合する第1の結合コンデンサと、及び
    前記第1の入力トランジスタのドレインに前記第2の主電流源トランジスタのゲートを結合する第2の結合コンデンサと、
    を備える、無線通信用デバイス。
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