TW521487B - Amplifier - Google Patents

Description

521487 A7 B7 五、發明說明（1 ) 發明之技術範圍 - 本發明關於一放大器電路，特別關於一放大器其適用於 射頻及適用於利用CMOS構造技術與低供應電壓統合。因 此’此裝置適用於手持行動無線電裝置，如無線電話。 發明之背景 放大電路如圖1所示，通常含反相器結構i 2中之第一對 CMOS電晶體1 6，1 8，以其反相器輸出2 0供應至放大器 輸出端點22。供應至反相器輸入之輸入電壓14產生一輸 出電流視電晶體1 6，1 8之跨導而定。放大器輸出端點亦 連接至二另外CMOS電晶體2 4，2 6，其作用爲電阻器， 故通過汲極之電流視其閘極電壓而定。閘電壓及放大器輸 出22因此與輸出電流有關。 結果’電路之設計時使第一電晶體大於第二對電晶㈣， 則可獲得具有增益大於1之相放大器。 圖2爲此電路之小信號型，其中之電晶體24及26均由其 等値電阻代表。 自輸出流至每一電晶體16，18之電流it如下式： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 心6·厂 + 以g-l6 + U) 因此 K 二 本紙張尺度適用中國國家標準（CiNS)i^規格（210 χ 297公釐） 521487 A7 五、發明說明（2 ) 所以，4

K

Sml6 + ^m\ Srrh4 ^ 其中Av爲電路之電壓增益。 正常時，選擇此裝置可使gml6 = gml8，及gm24 = gm26，及設 Sml6==K.gm26 因此

A ml6

•K 其中，心=^βΐι

Id爲通過此裝置之電流，故A

I A6 κ 電晶體16/18與電晶體24/26間電流之比値設定爲

Id 16/18 K2 24/26 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以低噪音放大器而言，此處特別提出有二需求，第一， 最好能使信號源阻抗及放大器輸出阻抗相匹配，以提供最 佳功率轉移至輸出。第二，應有一良好之噪音係數，如低 於2dB更少。但使信號源阻抗與放大器輸入阻抗匹配將產 生至少3dB之噪音係數，意即無法產生可接受之噪音性 葶〇 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521487 本發明之概述 本發明提供一放大器電路，其適於利用CM〇s技術統合 及適於用在射頻，並可提供以噪音係數言之良好性能。 根據本發明之第一個特性，備有一放大器電路，含： 一電路輸入及一電路輸出； 一反相器連接在第一及第二供應電壓之間，及有一反相 輸入連接至電路輸入，及一反相器輸出，及提供一與電路 輸入電壓對應之反相器輸出電流； 第一電阻元件連接至反相器輸出及至電路輸出，及提供 一與反相器輸出電流對應之電壓輸出；及 第二電阻元件在電路輸出及電路輸入之間提供一回輸電 阻，此回輸t阻爲可調整，肖放大器之主動輸人阻抗可設 定爲任何所需之値。 根據本發明之另一特性，備有一放大器電路，含： 一電路輸入及一電路輸出； π—反相器，含第一及第二M0S電晶體（16，18)連接於 第一及第二供應電壓之間，及具有—反相器輸入連接至電 路輸入’及—反相器輸出，及提供與電路輸人電壓對應之 反相器輸出電流； 第一電阻元件，含至少第三M0S電晶體（24或26)連接 至反相讀出及至電路輸出，及提供與反相器輸出電流對 應之電壓輸出；及 罘一電阻元件，含至少逼第四M0S電晶體（30或32)， 其及極及源極端點連接至電路輸出與電路輸人之間，其問 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺㈣时目國家標準（CNS0A4規格⑵0 xliTpr- 521487 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A7 B7 五、發明說明（4 極連接至一電壓源以有電壓供應至閘極，冑第四则電 晶體可操作於線性區域。 根據本發明之另一特性，備有一放大器電路，含： 一電路輸入及一電路輸出； 尸一反相器，含第一及第二M〇s電晶體（i 6，i 8 )連接在 第一及第二供應電壓之間，及一反相器輸入連接至電路輸 入，及一反相器輸出，及提供一與電路輸入電壓對應之反 相器輸出電流；及 一電阻7G件含第三及第四M〇s電晶體（3 〇，3 2 )，其爲 相反導電率型，每一汲源路徑連接在電路輸出及電路輸入 I間，並將其閘極連接至各別電壓源以有一電壓供應，俾 其操作在線性區域。 根據本發明之另一特性，備有一放大器電路，含： 一電路輸入及一電路輸出； 反相器含至少弟一 MO S電晶體（16或18)連接至電路 輸出及第一供應電壓之間，及具有一反相器輸入連接至電 路輸入，及一反相器輸出，及提供一與電路輸入電壓對應 之反相器輸出電流； 第一電阻元件，含第二M0S電晶體（24或26)，其閘極 及汲極連接至反相器輸出及至電路輸出，及其源連接至第 一供應電壓’提供一與反相器輸出電流對應之電壓輸出； 第二電阻元件，含第三及第四MOS電晶體（3 〇，3 2)， 第三及第四電晶體爲相反導電率型，每一將其汲-源路徑 連接至電路輸出與電路輸入之間，及其閘極連接至各別電 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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五、發明說明（5 ) 壓源；及 第三f阻元件連接至電路輸出與第二供應電壓之間。 l·式簡略説明 爲車乂佳瞭解本發明，及清晰顯示如何實施，請參考所附 圖式： 圖1爲習知技藝之放大器電路； 圖2爲圖1之小信號模式； 圖3爲本發明第一特性之放大器電路之電路圖； 圖4爲圖3之小信號模式； 圖5爲圖3之輸入電阻之代表； 圖6代表圖1之電路供噪音分析用； 圖7代表圖1電路之噪音； 圖8代表圖1電路之噪音因數； 圖9代表圖3之電路供噪音分析之用； 圖10代表圖3之噪音因數； 圖11爲根據本發明另一特性之放大器電路之電路圖； 圖1 2爲根據本發明另一特性之放大器電路之電路圖； 圖1 3爲根據本發明另一特性之放大器電路之電路圖。 本發明之詳細説明 圖3顯示本發明之放大器電路。 此電路爲與上述之圖1有關之已知型式之放大器1〇，其 包括一反相器12。一電路輸入14連接至第一 PMOS電晶體 1 6及第二NMOS電晶體1 8之閘端點。PMOS電晶體1 6之源 端點連接至正供應電壓Vdd及其没極端點連接至反相器輸 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

521487 A7 __B7 五、發明說明（6 ) 出20。NMOS電晶體i 8之源極端點連接至負供應電壓 Vss ’及其没極端點接至反相器輸出2 〇。 反相器輸出端點20亦連接至電路輸出22。第三1>訄〇8電 曰口體2 4之源端點連接至正供應電壓乂如，其閘及没極連接 至反相器輸出20。第四NMOS電晶體26將其源端點連接 至負供應電壓Vss，其閘及汲端點連接至反相器輸出2〇。 因此，加在輸入端點1 4之輸入電壓產生一對應電流流 動於反相器輸出20，其大小與第一及第二電晶體16 , 18 之跨導有關。 第三及第四電晶體2 4，2 6汲極中之電流，相反的，與 此等電晶之閘電壓有關。此等電晶體之閘電壓及在輸出端 點2 2之電路輸出電壓，所取之値產生所需之電流。 如第三及第四電晶體24，26與第一及第二電晶體16， 18匹配，第三及第四電晶體之閘電壓（即電路輸出電壓） 與第一及第二電晶體之閘電壓（即電路輸入電壓）相等，故 放大器電路10以單一增益將輸入反相。 對比之下，第三及第四電晶體24，26較第一及第二電 晶體1 6 ’ 1 8爲小一特別因數，故在第三及第四電晶體之 電流對應的較第一及第二電晶體之電流爲小。因此在第一 及第二電晶體跨導與第三及第四電晶體跨導之間產生一定 之比値，放大器增益有一相同因數。 第三及第四電晶體之作用爲電阻元件，產生一與供應其 上之電流有關之輸出電壓。 圖3之電路亦包括一回輸部份28，其包括第五NMOS電 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) --------訂_|------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521487 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（7 ) 晶體3 0及第六PMOS電晶體3 2。第五NMOS電晶體3 0之間 極連接至在端點3 4之控制電壓p 1，其源極端點連接至電 路輸出端點2 2，其汲極端點連接至電路輸入端點i 4。第 六PMOS電晶體3 2在端點3 6連接至控制電壓p 2，其源極 知點連接至電路輸入端點1 4，其没極端點連接至電路輸 出端點2 2。 控制電路P 1，P 2加以選擇俾可將第五及第六電晶體 3 0，3 2加偏壓以操作於線性區域，其在該處以電阻方式 作爲。電壓P 1及P 2將在供應電壓Vss至Vdd之範圍内。 P 1在以下之範園： (Vdd + Vss)/2<P 1 < Vdd P 2在以下之範圍：

Vss<P2<(Vdd + Vss)/2 因此，控制電壓P 1，p 2分別在中間供應電壓之上及 下。 此外，此等裝置之有效電阻値由加上控制電壓而予以控 制。但％阻値相當鬲，故電晶體中將無電流流動，意即無 或可忽略I電壓降於其上，輸入端14之DC電壓將備偏壓 至〇 C位準於電路輸出2 2上。即電阻裝置3 〇，3 2使電流 在輸出22與輸出14間流動，俾輸入14被充電，直到其電 壓等於輸出22之電壓。此爲DC靜態工作點。加信號於輸 入上將使輸入14及輸出22之電壓不同，因而使裝置3〇， 3 2間有電流通過。 原則上，第五及第六電晶體3 0，3 2可用一或多個電阻 1 ϋ I ϋ —Bi 0 ϋ ϋ ϋ ϋ ·-> 1_1 i^i -ϋ· I ϋ ϋ I ι (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -10 - 521487 A7 B7

五、發明說明（8 ) 取代，但在CMOS程序中無法製造如此精確之電阻，故此 爲一有用之選擇。此外’圖3之電路可選擇以碉整控制電 壓P 1，P 2而控制電阻。 當不需調整輸入阻抗時，亦可將第五及第六電晶體之閘 極連接至第一及第二電壓供應幹線。第五及第六電晶體之 大小可設計爲可提供應所需之放大器參數。 圖3之電路增益由圖4中之小信號模式代表。 圖4中， V〇(gm24 + + ^)+ (K Ogm- = 〇Φ〜+ 心26 +、。) = + 心18 —仏J 因此，為 K Vi .— + Srme + 圖3之電路輸入阻抗示於圖5中

^IN (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此

RlN 1+ Λ ι+Λ 輸入電阻可與源阻抗（如5 0歐姆）匹配以提供最佳功率匹 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 521487 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（11 ) 八較Rp大十倍，故噪音係數値已降低。 例如’如 NyA = κ.Ί1 25 圖1之噪音係數=2 + (κ τ 25/κ τ (8.4 dB) 圖 3 之噪音係數=1·5 + (Κ·Τ·25/Κ·Τ·50) (3.0 dB)如上所述，w3之電路較圖1電路有-較佳之噪音係 、自電路輸人至輸出增益之任何値，回輸電晶體3 0， 、％阻値可汉走以供主動輸入阻抗之任何理想値。電# 參數，如裝置大小可予設計以提供所需之放大器參數: 柘奴及輸入阻杬。此外，電晶體電阻可調整閘電壓， 1電路中予以控制。 # 、圖3電路顯示第i及第六電晶體30 ’ 32在回輸迴路中 接輸出至輸入。但視所需回輸電阻而定咽可提供一個電 體。 或者第二或第四電晶體24，26之一可免除，而以 電阻器或電流源代替。 圖11顯示根據本發明另一特性之實施例，其中之第 及第四電晶體2 4，2 6可以除去，但回輸迴路必須有第 及第六電晶體30，32。在此情況下，第五及第;;電晶 3〇 32爲輸出22之一負載，並限定放大器之增益。其 限定圖5電路之輸入電阻。 圖1 2顯示本發明第三特性之實施例，其中圖3之第一 32體 如圖 連

TO 五體亦 及 -*—|——-------------訂--------- (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) -14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） 521487 A7 B7 大 五、發明說明（！2 弟二電晶體1 6及2 4 P j- 、，、永λ、 久2 4已除去，並以連接至Vdd盥 之電阻器34所取代。或者，電晶體16，由“: (未示出）而非電阻器34所取代。 屯伽源 /根據本發明之第四個特性之實施例如13所示，圖^之 弟二及第三電晶體18，26已除去’及以電阻器34取代。 二々所述’電晶體18及26亦可由電流源取代而非電阻器 以上所述電路㈣用CM〇S技術構造。但刪裝置之任 何型式均可用於電路中。 因此，此電路可作爲具有最佳功率轉移至輸出之 器，並且噪音低。 ,此外電路可用以提供輸人阻抗終止，例如設計使其單 增益’或任何理想之増益’但其輸入阻抗必須爲可控制 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Claims (1)

1. 521487 衣今知i

   第88113178號專利申請案 ％ 中文申請專利範圍修正本(90年4月）S 六、申請專利範圍 1. 一種放大器電路，包含： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一電路輸入及電路輸出； 一反相器，連接至第一及第二供應電壓之間，其具有 一反相器輸入連接至該電路輸入，及一反相器輸出， 其並提供與電路輸入電壓對應之反相器輸出電流； 第一電阻元件，連接至該反相器輸出及至電路輸出， 並提供與反相器輸出電流對應之電壓輸出；以及 第二電阻元件，提供一回輸電阻在電路輸出及電路輸 入之間，該回輸電阻為可調，使得放大器之主動輸入 阻抗可設定為任何需要值。 2. —種放大器電路，包含： 一電路輸入及電路輸出； 一反相器，含第一及第二MOS電晶體（1 6，1 8 )連接 於第一及第二供應電壓之間，及具有一反相器輸入連 接至電路輸入，及一反相器輸出，其並提供一反相器 輸出電流與電路輸入電壓對應； 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 第一電阻元件，包含至少一第三MOS電晶體（24或 26)，連接至反相器輸出及電路輸出，及提供一電壓輸 出，與反相器輸出電流對應；及 第二電阻元件，包含至少一第四MOS電晶體（3 0或 32)，將其汲及源極端點連接至電路輸出與電路輸入之 間，且其閘極連接至電壓源以便電壓供應至該處，俾 第四MOS電晶體可在其線性區操作。 3. 如申請專利範圍第2項之放大器電路，其中該第一電阻 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（210X297公釐） 521487 ABCD 六、申請專利範圍 元件包含： 第三MOS電晶體（24)及第五MOS電晶體（26)，第三 及第五電晶體為相反導電率型，每一將其閘極與汲極 端點連接至反相器輸出及電路輸出，且將其源極端點 連接至各別第一及第二供應電壓。 4. 如申請專利範圍第2或3項之放大器電路，其中該第二 電阻元件包含： 第四MOS電晶體（3 0)及第六MOS電晶體（32)，第四 及第六電晶體為相反導電率型，及各者之汲-源路徑連 接至電路輸出及電路輸入之間，及各者之閘極連接至 各別電壓源。 5. —種放大器電路，包含： 一電路輸入及一電路輸出； 一反相器，包含第一及第二MOS電晶體（1 6，1 8 )， 及有一反相器之輸入連接至電路輸入，及一反相器輸 出，及提供一與電路輸入電壓對應之反相器輸出電 流；以及 一電阻元件，包含第三及第四MOS電晶體（3 0， 經濟部中央標準局員工消費合作社印策 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 2 )，其為相反導電率型，各者之閘源路徑連接至電路 輸出與電路輸入之間，及將各者之閘極連接至各電壓 源以供應其電壓，俾其操作於其線性區。 6. —種放大器電路，包含： 一電路輸入及一電路輸出、 一反相器，包含至少第一 MOS電晶體（1 6或1 8)連接 -2- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 521487 申請專利範圍 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 土兒路輸出與第一供應電壓 人連接至電路輸入，及—：二及具有一反相器輸 路★輸入電壓對應之反相器輸出電 =出，並提供一與電 二極連接包電晶體(24或26)，將 源極幻 接反相器輸出及至電路輸出，且其 對庳=第一供應電壓’提供—與反相器輸出電流 對應<電壓輸出； 第一電阻元件，包本第、 伙一 卞匕。罘一及罘四MOS電晶體（3〇， ，罘三及第四電晶體為相反導電 =徑連接至電路輸出及電路輸入，及將其二其二 土各別電壓源；以及 # %阻元件，連接至電路輸出及第二供應電壓之 間。 7· ^申請專利範圍第6項之放大器電路，其中該反相器含 第MOS电晶體（16或18)及第二M〇s電晶體〇 6或η ) 連接至第一及第二供應電壓之間。 8·如申請專利範圍第6或7項之放大器電路，其中該第三 電阻元件為一電阻器。 9·如申請專利範圍第6或7項之放大器電路，其中該第三 電阻元件為一電流源。 ” 一 1〇·如申請專利範圍第4項之放大器電路，其中各電壓源為 可调整。 11·如申請專利範圍第5至7項-中任一項之放大器電路，其 中各電壓源為可調整。 ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂· 4 -3 - 521487 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 12. 如申請專利範圍第4項之放大器電路，其中各電壓源為 第一及第二供應電壓。 13. 如申請專利範圍第5至7項中任一項之放大器電路，其 中各電壓源為第一及第二供應電壓。 14. 如申請專利範圍第2，3，5，6或7項之放大器電路， 其中該等MOS電晶體為CMOS裝置。 15. 如申請專利範圍第4項之放大器電路，其中該等MOS電 晶體為CMOS裝置。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）