TW201919335A - 用於信號接收器中的雙模信號放大電路 - Google Patents

用於信號接收器中的雙模信號放大電路 Download PDF

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Abstract

本發明提出一種雙模信號放大電路，其包含：接收差動式輸入信號的第一輸入端與第二輸入端；提供差動式輸出信號的第一輸出端與第二輸出端；第一至第三電流源；位於第一電流源與第一節點之間且受控於第一輸入端的第一開關；位於第一電流源與第二節點之間且受控於第二輸入端的第二開關；位於第一節點與固定電位端之間且受控於第三節點的第三開關；位於第二節點與固定電位端之間且受控於第三節點的第四開關；位於第二電流源與固定電位端之間且受控於第一節點的第五開關；以及位於第三電流源與固定電位端之間且受控於第二節點的第六開關。

Description

用於信號接收器中的雙模信號放大電路
本發明涉及信號接收器，尤指一種用於信號接收器中的雙模信號放大電路。
信號接收器的運作效能會因帶外信號(out-of-band signal)的干擾而降低。增加信號接收器中的信號放大電路的單位增益頻寬(unity gain bandwidth)，可改善信號接收器抵抗帶外信號干擾的能力。將傳統信號放大電路中的補償電容的電容值降低，可增加信號放大電路的單位增益頻寬，但副作用卻是會導致信號放大電路的穩定度變差，進而對信號接收器的運作效能造成負面影響。
有鑑於此，如何有效增加信號放大電路的單位增益頻寬，並同時改善信號放大電路的穩定度，實為有待解決的問題。
本說明書提供一種用於信號接收器中的雙模信號放大電路的實施例，其包含：一第一輸入端，用於接收一第一輸入信號；一第二輸入端，用於接收一第二輸入信號；一第一輸出端，用於提供一第一輸出信號；一第二輸出端，用於提供一第二輸出信號；一第一電流源，設置成依據一偏壓信號產生一第一電流；一第二電流源，設置成依據該偏壓信號產生一第二電流；一第三電流源，設置成依據該偏壓信號產生一第三電流；一第一開關，位於該第一電流源的輸出端與一第一節點之間，並受控於該第一輸入端；一第二開關，位於該第一電流源的輸出端與一第二節點之間，並受控於該第二輸入端；一第三開關，位於該第一節點與一固定電位端之間，並受控於一第三節點；一第四開關，位於該第二節點與一固定電位端之間，並受控於該第三節點；一第五開關，位於該第二電流源的輸出端與一固定電位端之間，並受控於該第一節點；一第六開關，位於該第三電流源的輸出端與一固定電位端之間，並受控於該第二節點；一第四電流源，設置成依據該偏壓信號產生一第四電流；一第七開關，位於該第四電流源的輸出端與該第二輸出端之間，並受控於該第一輸入端；以及一第八開關，位於該第四電流源的輸出端與該第一輸出端之間，並受控於該第二輸入端。
本說明書另提供一種用於信號接收器中的雙模信號放大電路的實施例，其包含：一第一輸入端，用於接收一第一輸入信號；一第二輸入端，用於接收一第二輸入信號；一第一輸出端，用於提供一第一輸出信號；一第二輸出端，用於提供一第二輸出信號；一第一電流源，設置成依據一偏壓信號產生一第一電流；一第二電流源，設置成依據該第二輸入信號產生一第二電流；一第三電流源，設置成依據該第一輸入信號產生一第三電流；一第一開關，位於該第一電流源的輸出端與一第一節點之間，並受控於該第一輸入端；一第二開關，位於該第一電流源的輸出端與一第二節點之間，並受控於該第二輸入端；一第三開關，位於該第一節點與一固定電位端之間，並受控於一第三節點；一第四開關，位於該第二節點與一固定電位端之間，並受控於該第三節點；一第五開關，位於該第二電流源的輸出端與一固定電位端之間，並受控於該第一節點；以及一第六開關，位於該第三電流源的輸出端與一固定電位端之間，並受控於該第二節點。
上述實施例的優點之一，是雙模信號放大電路中的補償電容可被極小化甚至省略，所以能有效增加雙模信號放大電路的單位增益頻寬，進而改善相關信號接收器抵抗帶外信號干擾的能力。
上述實施例的另一優點，是可增加雙模信號放大電路的輸入端與輸出端之間的轉導值(transconductance value)，所以能有效改善雙模信號放大電路運作的穩定度。
本發明的其他優點將搭配以下的說明和圖式進行更詳細的解說。
以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
圖1為本發明一實施例的雙模信號放大電路100簡化後的功能方塊圖。雙模信號放大電路100是應用在信號接收器中的放大電路，且可進行差動式(differential mode)操作與共模(common mode)操作。
如圖1所示，雙模信號放大電路100包含一第一輸入端101、一第二輸入端103、一第一輸出端105、一第二輸出端107、一偏壓電路120、一第一電流源131、一第二電流源133、一第三電流源135、一第一開關141、一第二開關142、一第三開關143、一第四開關144、一第五開關145、一第六開關146、一共模反饋電路150、一第一補償電容161、以及一第二補償電容163。
第一輸入端101用於接收一第一輸入信號IN_P。第二輸入端103用於接收一第二輸入信號IN_N。第一輸出端105用於提供一第一輸出信號OUT_P。第二輸出端107用於提供一第二輸出信號OUT_N。前述的第一輸入信號IN_P與第二輸入信號IN_N形成一對差動式輸入信號，而前述的第一輸出信號OUT_P與第二輸出信號OUT_N形成一對差動式輸出信號。
偏壓電路120設置成產生一偏壓信號Vbp。第一電流源131設置成依據偏壓信號Vbp產生一第一電流i1。第二電流源133設置成依據偏壓信號Vbp產生一第二電流i2。第三電流源135設置成依據偏壓信號Vbp產生一第三電流i3。
第一開關141位於第一電流源131的輸出端與一第一節點111之間，並受控於第一輸入端101。第二開關142位於第一電流源131的輸出端與一第二節點113之間，並受控於第二輸入端103。第三開關143位於第一節點111與一固定電位端(例如，接地端)之間，並受控於一第三節點115。第四開關144位於第二節點113與一固定電位端(例如，接地端)之間，並受控於第三節點115。第五開關145位於第二電流源133的輸出端與一固定電位端(例如，接地端)之間，並受控於第一節點111。第六開關146位於第三電流源135的輸出端與一固定電位端(例如，接地端)之間，並受控於第二節點113。
共模反饋電路150耦接於第一輸出端105與第二輸出端107，設置成依據第一輸出信號OUT_P與第二輸出信號OUT_N產生並輸出一反饋信號Vcm至第三節點115，以決定雙模信號放大電路100的共模電壓(common mode voltage)的直流準位。
第一補償電容161位於第一節點111與第一輸出端105之間，第二補償電容163則位於第二節點113與第二輸出端107之間。例如，在圖1的實施例中，第一補償電容161的一端耦接於第一節點111，而另一端則耦接於第一輸出端105以及第二電流源133的輸出端。第二補償電容163的一端耦接於第二節點113，而另一端則耦接於第二輸出端107以及第三電流源135的輸出端。
從圖1的內容亦可發現，第一開關141與第三開關143形成串聯，且第一節點111位於第一開關141與第三開關143之間。第二開關142與第四開關144形成串聯，且第二節點113位於第二開關142與第四開關144之間。第三開關143與第五開關145形成並聯，且第一輸出端105耦接於第二電流源133的輸出端與第五開關145之間。第四開關144與第六開關146形成並聯，且第二輸出端107耦接於第三電流源135的輸出端與第六開關146之間。
為了有效增加雙模信號放大電路100的單位增益頻寬，前述第一補償電容161與第二補償電容163可選用較小的電容來實現，以降低兩者的電容值大小。如此一來，便可有效提升雙模信號放大電路100所在的信號接收器抵抗帶外信號干擾的能力。
請注意，圖1實施例中的雙模信號放大電路100另包含一第四電流源170、一第七開關181、以及一第八開關183。
第四電流源170設置成依據偏壓信號Vbp產生一第四電流i4。第七開關181位於第四電流源170的輸出端與第二輸出端107之間，並受控於第一輸入端101。第八開關183位於第四電流源170的輸出端與第一輸出端105之間，並受控於第二輸入端103。
前述第四電流源170、第七開關181、與第八開關183的設置，等效上可增加雙模信號放大電路100的輸入端與輸出端之間的轉導值(transconductance value)，所以能有效提升雙模信號放大電路100進行差動式操作時的穩定度。
另外，圖1實施例中的雙模信號放大電路100還包含一第一電容191與一第二電容193。第一電容191位於第一節點111與第三節點115之間，而第二電容193則位於第二節點113與第三節點115之間。
前述第一電容191與第二電容193的設置，可增加雙模信號放大電路100的信號回授路徑上的電容值，所以能有效提升雙模信號放大電路100進行共模操作時的穩定度。
實作上，還可在第一節點111與第三節點115之間設置與第一電容191串聯的一第一電阻195，並在第二節點113與第三節點115之間設置與第二電容193串聯的一第二電阻197，以進一步提升雙模信號放大電路100進行共模操作時的穩定度。
實作上，前述的各個電流源131、133、135、170、以及開關141、142、143、144、145、與146，皆可用適當的場效電晶體來實現。
共模反饋電路150則可用適當的比較器來實現。例如，在圖1實施例中，共模反饋電路150包含一比較器151、一第一反饋電阻153、以及一第二反饋電阻155。第一反饋電阻153耦接於第一輸出端105與一第四節點117之間，第二反饋電阻155耦接於第二輸出端107與第四節點117之間。藉由適當選擇第一反饋電阻153與第二反饋電阻155兩者的電阻值，可在第四節點117獲得一適當大小的共模電壓信號Vfb。比較器151耦接於第三節點115，並設置成將共模電壓信號Vfb與一預定的參考信號Vref進行比較，以產生前述的反饋信號Vcm。
由前述說明可知，雙模信號放大電路100中的第四電流源170、第七開關181、與第八開關183的組合，可有效提升雙模信號放大電路100進行差動式操作時的穩定度，而雙模信號放大電路100中的第一電容191、第二電容193、第一電阻195、與第二電阻197的組合，則可有效提升雙模信號放大電路100進行共模操作時的穩定度。
因此，前述雙模信號放大電路100中的第一補償電容161與第二補償電容163兩者在電路設計時可被極小化，以有效增加雙模信號放大電路100的單位增益頻寬，進而改善相關信號接收器抵抗帶外信號干擾的能力。
換言之，前述雙模信號放大電路100的架構不僅能增加雙模信號放大電路100的單位增益頻寬，還能維持或提升進行差動式操作和/或共模操作時的穩定度。
圖2為本發明另一實施例的雙模信號放大電路100簡化後的功能方塊圖。
圖2的實施例與前述圖1的實施例有許多類似的地方，但在圖2的實施例中，則省略了前述圖1中的第四電流源170、第七開關181、與第八開關183的組合。
另外，在圖2實施例中，改用第二輸入信號IN_N來做為第二電流源133的控制信號，並改用第一輸入信號IN_P來做為第三電流源135的控制信號。換言之，在圖2的實施例中，第二電流源133是設置成依據第二輸入信號IN_N來產生第二電流i2，而第三電流源135則是設置成依據第一輸入信號IN_P來產生第三電流i3。
第二電流源133與第三電流源135的控制機制改成圖2的方式之後，等效上也可增加雙模信號放大電路100的輸入端與輸出端之間的轉導值，所以同樣能有效提升雙模信號放大電路100進行差動式操作時的穩定度。
前述有關圖1中的其他元件的連接關係、實施方式、運作方式、以及相關優點等說明，亦適用於圖2的實施例。為簡潔起見，在此不重複敘述。
請注意，前述圖1與圖2的架構只是示範性的實施例，並非侷限本發明的實際實施方式。例如，在某些實施例中，雙模信號放大電路100中的第一補償電容161與第二補償電容163，甚至可以只用電路中存在的寄生電容來實現。在此情況下，雙模信號放大電路100中便無需設置實體的補償電容。
在某些對於進行共模操作的穩定度要求較低的實施例中，可將前述的第一電阻195與第二電阻197省略。在某些無需顧慮進行共模操作的穩定度的實施例中，甚至可進一步將前述的第一電容191與第二電容193省略。
由前述說明可知，雙模信號放大電路100中的補償電容可被極小化甚至省略，所以能有效增加雙模信號放大電路100的單位增益頻寬，進而改善相關信號接收器抵抗帶外信號干擾的能力。
另外，藉由前述第四電流源170、第七開關181、與第八開關183的運作，可有效提升雙模信號放大電路100進行差動式操作時的穩定度，所以能夠避免相關信號接收器的運作效能因雙模信號放大電路100中的補償電容值變小而降低。
在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件，而本領域內的技術人員可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作爲區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作爲區分的基準。在說明書及申請專利範圍中所提及的「包含」爲開放式的用語，應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或通過其它元件或連接手段間接地電性或信號連接至第二元件。
在說明書中所使用的「和/或」的描述方式，包含所列舉的其中一個項目或多個項目的任意組合。另外，除非說明書中特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的含義。
以上僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明請求項所做的等效變化與修改，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
100‧‧‧雙模信號放大電路
101、103‧‧‧輸入端
105、107‧‧‧輸出端
111、113、115、117‧‧‧節點
120‧‧‧偏壓電路
131、133、135、170‧‧‧電流源
141、142、143、144、145、146、181、183‧‧‧開關
150‧‧‧共模反饋電路
151‧‧‧比較器
153、155‧‧‧反饋電阻
161、163‧‧‧補償電容
191、193‧‧‧電容
195、197‧‧‧電阻
圖1為本發明一實施例的雙模信號放大電路簡化後的功能方塊圖。
圖2為本發明另一實施例的雙模信號放大電路簡化後的功能方塊圖。

Claims (10)

  1. 一種用於信號接收器中的雙模信號放大電路(100)，包含： 一第一輸入端(101)，用於接收一第一輸入信號(IN_P)； 一第二輸入端(103)，用於接收一第二輸入信號(IN_N)； 一第一輸出端(105)，用於提供一第一輸出信號(OUT_P)； 一第二輸出端(107)，用於提供一第二輸出信號(OUT_N)； 一第一電流源(131)，設置成依據一偏壓信號(Vbp)產生一第一電流(i1)； 一第二電流源(133)，設置成依據該偏壓信號(Vbp)產生一第二電流(i2)； 一第三電流源(135)，設置成依據該偏壓信號(Vbp)產生一第三電流(i3)； 一第一開關(141)，位於該第一電流源(131)的輸出端與一第一節點(111)之間，並受控於該第一輸入端(101)； 一第二開關(142)，位於該第一電流源(131)的輸出端與一第二節點(113)之間，並受控於該第二輸入端(103)； 一第三開關(143)，位於該第一節點(111)與一固定電位端之間，並受控於一第三節點(115)； 一第四開關(144)，位於該第二節點(113)與一固定電位端之間，並受控於該第三節點(115)； 一第五開關(145)，位於該第二電流源(133)的輸出端與一固定電位端之間，並受控於該第一節點(111)； 一第六開關(146)，位於該第三電流源(135)的輸出端與一固定電位端之間，並受控於該第二節點(113)； 一第四電流源(170)，設置成依據該偏壓信號(Vbp)產生一第四電流(i4)； 一第七開關(181)，位於該第四電流源(170)的輸出端與該第二輸出端(107)之間，並受控於該第一輸入端(101)；以及 一第八開關(183)，位於該第四電流源(170)的輸出端與該第一輸出端(105)之間，並受控於該第二輸入端(103)。
  2. 如請求項1所述的雙模信號放大電路(100)，其另包含： 一偏壓電路(120)，設置成產生該偏壓信號(Vbp)；以及 一共模反饋電路(150)，耦接於該第一輸出端(105)與該第二輸出端(107)，設置成依據該第一輸出信號(OUT_P)與該第二輸出信號(OUT_N)產生並輸出一反饋信號(Vcm)至該第三節點(115)。
  3. 如請求項2所述的雙模信號放大電路(100)，其另包含： 一第一電容(191)，位於該第一節點(111)與該第三節點(115)之間；以及 一第二電容(193)，位於該第二節點(113)與該第三節點(115)之間。
  4. 如請求項3所述的雙模信號放大電路(100)，其另包含： 一第一電阻(195)，位於該第一節點(111)與該第三節點(115)之間，並與該第一電容(191)串聯；以及 一第二電阻(197)，位於該第二節點(113)與該第三節點(115)之間，並與該第二電容(193)串聯。
  5. 如請求項1至4中任一項所述的雙模信號放大電路(100)，其中，該第一輸入信號(IN_P)與該第二輸入信號(IN_N)形成一對差動式輸入信號，而該第一輸出信號(OUT_P)與該第二輸出信號(OUT_N)形成一對差動式輸出信號。
  6. 一種用於信號接收器中的雙模信號放大電路(100)，包含： 一第一輸入端(101)，用於接收一第一輸入信號(IN_P)； 一第二輸入端(103)，用於接收一第二輸入信號(IN_N)； 一第一輸出端(105)，用於提供一第一輸出信號(OUT_P)； 一第二輸出端(107)，用於提供一第二輸出信號(OUT_N)； 一第一電流源(131)，設置成依據一偏壓信號(Vbp)產生一第一電流(i1)； 一第二電流源(133)，設置成依據該第二輸入信號(IN_N)產生一第二電流(i2)； 一第三電流源(135)，設置成依據該第一輸入信號(IN_P)產生一第三電流(i3)； 一第一開關(141)，位於該第一電流源(131)的輸出端與一第一節點(111)之間，並受控於該第一輸入端(101)； 一第二開關(142)，位於該第一電流源(131)的輸出端與一第二節點(113)之間，並受控於該第二輸入端(103)； 一第三開關(143)，位於該第一節點(111)與一固定電位端之間，並受控於一第三節點(115)； 一第四開關(144)，位於該第二節點(113)與一固定電位端之間，並受控於該第三節點(115)； 一第五開關(145)，位於該第二電流源(133)的輸出端與一固定電位端之間，並受控於該第一節點(111)；以及 一第六開關(146)，位於該第三電流源(135)的輸出端與一固定電位端之間，並受控於該第二節點(113)。
  7. 如請求項6所述的雙模信號放大電路(100)，其另包含： 一偏壓電路(120)，設置成產生該偏壓信號(Vbp)；以及 一共模反饋電路(150)，耦接於該第一輸出端(105)與該第二輸出端(107)，設置成依據該第一輸出信號(OUT_P)與該第二輸出信號(OUT_N)產生並輸出一反饋信號(Vcm)至該第三節點(115)。
  8. 如請求項7所述的雙模信號放大電路(100)，其另包含： 一第一電容(191)，位於該第一節點(111)與該第三節點(115)之間；以及 一第二電容(193)，位於該第二節點(113)與該第三節點(115)之間。
  9. 如請求項8所述的雙模信號放大電路(100)，其另包含： 一第一電阻(195)，位於該第一節點(111)與該第三節點(115)之間，並與該第一電容(191)串聯；以及 一第二電阻(197)，位於該第二節點(113)與該第三節點(115)之間，並與該第二電容(193)串聯。
  10. 如請求項6至9中任一項所述的雙模信號放大電路(100)，其中，該第一輸入信號(IN_P)與該第二輸入信號(IN_N)形成一對差動式輸入信號，而該第一輸出信號(OUT_P)與該第二輸出信號(OUT_N)形成一對差動式輸出信號。
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