TW589781B - Gain stage that minimizes the miller effect - Google Patents

Description

589781 五、發明說明（3) C 總= (1-K)*C 回讀+ Cin 此處K係輸出端與輸入端之間的電壓增益。理想情況下疊 接組態放大的K = - 1。

依此，輸出端的增益在大部分的條件下都可以維持穩 定。不過疊接組態放大器5 0仍有許多問題需要克服。首先 是較低位置的元件的增益最大值係1，因此，電壓失真 (distorsion)將兩倍化，假設上面的元件和下面的元件 在相同的電壓擺渡時失真（distorsion)貢獻相同。第二 是··在較低的電壓（例如3. 3伏或更低時）下可操作的電壓 將因跨過兩電晶體之電壓降的要求而受到限制。 第一個方法係利用中性化（n e u t r a丨丨z a t丨〇n )技術，圖五說 明典型單一中性化放大器裝置6 〇。在此技術中，引進的電 谷呈由增並一單位的反相器（unity 一 phaSe inverter)66 來抵肖丨米勒電谷效應電容6 2。這技術已被應用於真空管、 雙極性電晶體與場效電晶體。 不過中性化技術係依據於加入的電容值恰等於 電容值的假設前提，不管是由一電路至不一電路、饋的

part,)來看或由一溫度至另一溫度或由一頻率至另一 〇 =2 f如此。還有中性化技術需要反相器提供單位辦兴； 毛、心相關技術的設計者都知道要符合上述的條件，^。 可能。 很本不

589781 五、發明說明（4) 因此，利用中性化技術，製造時需要人工的調整。這 意謂著有振盪的風險。吾人不能保證在頻率和溫度上做到 恰巧中性化。 有鑒於此，提供一主動元件並使其米勒效應電容最小 化以克服以上的問題的方法與系統，正是我們所需的。 發明内容： 本發明揭露一增益放大器電路。至少包含一第一級放 大器電路，以提供兩極性相反但相等的電壓信號，及複數 個元件交叉耦合於第一級放大器電路。複數個元件係用以 降低差動放大器之米勒效應電容。有鑒於此，本發明利用 至少一額外元件，其與第一級放大器電路都在同一晶片 上，以提供阻抗匹配。如此一來，即使在大範圍的頻寬及 溫度下操作，都一樣可以抵削其米勒效應。 實施方式： 本發明是關於一種主動元件電路應用以提供增益，特 別是一種可以使該電路米勒效應最小化的放大器電路。以 下的描述應可符合一般熟悉相關技術者能使用本發明，本 發明說明書的上下文中我們亦將提供一些應用。熟知此類

第8頁 589781 五、發明說明（5) 技藝人士皆能明瞭，對本發明實施例而作適當些微的改變 及調整，仍將不失本發明之要義所在。因此，本發明將不 限制於以下較佳實施例而已，而應依據本發明之精神和範 圍做更廣的解釋。

依據本發明之系統與方法，一對額外的元件將用以提 供第一級元件一獨立的匹配。該第一級元件有兩個相等電 壓但相反極性的元件交叉耦接於同一半導體基板且同一晶 片之差動輸出與輸入端。由於目前的半導體技術已能提供 良好的元件匹配，若這些元件放得夠接近的話。在很大的 頻寬範圍下米勒效應的抵削是可以達成的。特別是當這些 元件位在相同晶片下。匹配的情況也存在於相當廣的溫度 範圍内。 為更詳細說明本發明的特色，以下的描述將搭配以圖 示說明。實施例中雖以雙極性電晶體說明，熟悉相關技術 者皆知，它並非用以限定本發明的範圍，因為本發明亦適 用於互補式金氧半電晶體、場效電晶體、HBT (異質雙極性 電晶體）、或其他型主動元件。 圖六說明依據本發明之第一實施例的一放大器電路 100，用以提供增益。包括一差動放大器（differential stage ；亦可稱為訊差放大器）1 02，輸入於電晶體1 04a之 射極端是正電壓信號，輸入於電晶體1 04b之射極是負電壓 589781 五、發明說明（6) 信號。如圖所示，電晶體104a之集極（col lector)交又耦 合（cross-coup led)於電晶體l〇6b之集極。電晶體104b之 集極交叉耦合於電晶體1 0 6 a之集極。電晶體1 〇 6 a的基極 (base)耦合於電晶體l〇4b的基極。位於電晶體l〇4a端的輸 出端與位於電晶體1 0 4b端的輸出端輸出的電壓大小相等但 極性相反。請注意電晶體1 〇 6 a及電晶體1 0 6 b之射極是浮置 的（floating)。 換言之，這兩只電晶體1 〇 6 a、1 0 6 b並不工作，但利用 同一半導體基板且相同晶片及一般習知的製造技術即不難 使得電晶體1 0 6 a與1 0 6 b相同於電晶體1 〇 4 a及1 0 4 b。如此一 來，電晶體1 0 4 a與1 0 4 b之米勒效應電容1 〇 3 a及1 0 3 b可分別 為電晶體1 0 6 a及電晶體1 〇 6 b之基-集極接面 (base-collector junction )電容（米勒效應電容）1〇7 a 及 1 0 7 b所抵削，由於它們有相反極性的關係。由於這些元件 係製造在一塊，電容量因此可以匹配得非常接近。如此一 來米勒效應電容可以被有效的抵削，即適用於大範圍内的 頻率。因此本發明的放大器增益可以比傳統的放大器電路 來的大。 圖七說明依據本發明第二實施例的另一單端放大器 200。單端放大器20 0常用於射頻（radio frequency; RF) 電路設計上。依據本實施例，一利用積體電路（I C)技術 製造之變壓器（printed transf〇rmer)20 2形成於晶片上以

第10頁 589781 五、發明說明（7) 提供反轉相（phase inversion)且係1單位增益值（unity g a i η )。變壓器2 0 2的電壓比正比於其圈數比，若負載阻抗 夠大的話。依此，在本實施例中由於電晶體2 0 4與2 0 6係在 同一半導體基板且相同晶片内，請注意電晶體2 0 6之射極 是浮置的（f 1 〇 a t i n g )，用以提供基集極接面電容（米勒效 應電容）2 0 3，以抵削電晶體2 0 5之米勒效應電容2 0 4，因此 可以獲取比傳統放大器電路來的大的增益值。 依據上述，本發明所提供之電路及方法，利用了一對 額外的元件製作於與第一級放大器相同的晶片内。這對額 外的元件提供相等但極性相反的電壓以提供一阻抗匹配。 如此，不但可應用於寬廣的頻率範圍，且對寬廣的溫度範 圍内仍有效。 以上所述係利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限 制本發明之範圍，而且熟知此類技藝人士皆能明瞭，適當 而作些微的改變及調整，仍將不失本發明之要義所在，亦 不脫離本發明之精神和範圍。

第11頁 589781 圖式簡單說明 圖一為典型的單元件放大器架構具有米勒回饋電容。 圖二為簡單之電路模型以說明主動元件以求得特性優 值（figure of merit)頻率。 圖三為簡單之電路模型，包含一負載電阻RL及米勒效 應電容C m。 圖四說明一典型的疊接放大器架構。 圖五說明一典型的單一中性化放大器電路。 圖六說明依據本發明之第一實施例的一增益放大器電 路。

圖七說明依據本發明之第二實施例的一單端增益放大 器電路。 圖號說明： 、

10 主動式元 件 12 米 勒 回 饋 電 容 22 > 22’ 輸入電 阻 24、 24’ m 入 電 容 26 電流 源 20〜 30 電 路 模 型 31 負載電阻（ ：RL) 32 米 勒 效 應 電 容Cm 50 疊接組態放 大器 52 第 一 個 元 件 54 第二個 元件 60 單 一中 性 化 放 大 器裝置 62 米勒電容效應 電容 66 增益一單位的反相 100 放 大 器 電 路 102 104a、 104b 差動放大器 電晶體 589781

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Claims (1)

1. 589781 六、申請專利範圍 7.如申請專利範圍第6項之增益放大器電路，其中上述之 第一及該第二主動元件接收來自該變壓器相等且相反極性 的信號。 •如申請專利範圍第5項之增益放大器電路，其中上述之 第一、第二主動元件、及該變壓器都是在同一晶片上製 作。 9 .如申請專利範圍第5項之增益放大器電路，其中上述之 第一、第二主動元件至少包含互補式金氧半電晶體、場效 電晶體、HBT (異質雙極性電晶體）及雙極性電晶體之其中 任一種。 Φ

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