TWI330934B - - Google Patents

Description

1330934 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種差動迴授放大電路，且特別是有 關於一種具有交叉耦合電容(Cross Couple Capacitor)之 差動迴授放大電路。 ) 【先前技術】

隨者無線通訊科技的發展，適用於各種不同環境下之 無線通訊標準也如雨後春筍般地出現，例如Wcdma (Wideband Code-Division Multiple Access) > WLAN (Wireless Local-Area Network) 、 HIPERLAN (High

Performance Radio Local-Area Network) 、 UfB (Ultra-wideband)及 DVB (Digital Video Broadcast)等。 ^各種不同之無線通訊標準中，作為射頻前端之無線接收 器，其品質的良宥乃為影響通訊品質之一大要素。因此， 如何能夠提供一具有足夠頻寬與增益，且能抑制雜訊產 生、消耗功率低、線性度良好與佔有積體電路面積小之差 動迴授放大電路，乃為業界共同追求之目標。

圖 1 係 Gharpurey, R.在 Solid-State Circuits, IEEE

Journal of Volume 40, Issue 9, Sept. 2005 pp. 1983-1986 所發表之 A broadband low-noise fiOnt-end amplifier* for ultra wideband in 0· 13/zm CMOS”論文，其提供了一 適用於UWB (Ultra-wideband)之寬頻低雜訊差動放大電 路’其頻寬範圍為2GHz〜5. 2GHz，此一電路並不適用於DVB (Digital Video Broadcast)標準。

圖 2 係 Md. Mahbub Reja, Ahmed Allam 與 Ι· Μ· Filanovsky 在 Circuits and Systems, 2005. ISCAS 2005. pp. 2120-2123 Vol. 3 所發表之”A New CMOS Wideband RF 5 1330934 •

Front-End For Multistandard Low-IF Wireless

Receivers”論文，其提供了一種適用於多重通訊標準之寬 頻低雜訊差動放大電路，其頻寬範圍為900MHz〜3. 5GHz， 此一電路同樣地也不適用於DVB (Digital Video Broadcast)標準。 * 因此，研發一適用於 DVB (Digital Video Broadcast) 標準，能滿足其頻寬與增益需求，且能抑制雜訊產生、消 耗功率低、線性度良好與佔有積體電路面積小之差動迴 放大電路，乃為必要之課題。 【發明内容】 ^ 本發明之目的是提供一種具有交叉搞合電 大電路’其具有卿射頻前端所應具備之 動迴有= 電容之差 唐良林，Β 啤低雜訊產生、沩耗功率低、線性 艮好且所佔用之積體電路面積小。 述及其他目的，本發明提供一種 之差動迴授放大電路’此差 锅: =大器、源極_器、第一電 入端、第-輪出踹盥ί動具有第一輸入端、第二輸 動放大器的器具有輕接差 5二輸出端之第二輸入端第第動：大器的 营隨_之第一輸出端與接於源 第二電阻輕接於源極隨細輸人端之間， 第二輸入端之間，一輸出端與差動放大器之 間⑽成蛾回路。此外，第一電容祕 二f極巧耦器之第一端電流源閘極與源極隨耦器之第二輸 呢ϊϋ r ί二電容則祕於源極隨減之第二端電流 細^魅之第-輸人端ϋ提升電路之頻 ’此差動迴授放大電路更包括：第二級 ，勤放大&、第二級源極隨㈣、第三電阻、第四電阻、 ίϋΐϊ第六電阻。其中，第二級差動放大器具有輕接

的第—輸出端之第—輸人端、減於源極隨 ，巧―輸出端之第二輸人端、第-輸出端與第二輸出 ί二第二級源極隨細具有減第二級差動放大器的第-^出端之第-輸人端、雛第二級差動放大器的第二輸出 ϊ之if輸入端、第一輸出端與第二輸出端。第三電阻耦 接於第二級源極隨耦器之第一輸出端與差動放大器之第一 端源極，第四電阻連接於差動放大ϋ之第-端源極與地端 之間，第五電阻耦接於第二級源極隨耦器之第二輸出端與 差動放大器之第二端源極，而第六電阻則連接於差動放大 器之第二端源極與地端之間。 動

，讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特以較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細 說明如下： ' 【實施方式】 請參考圖3與圖4所示，圖3係根據本發明第一實施 例之一種差動迴授放大電路，圖4則為圖3電路之方塊示 意圖。圖中，差動迴授放大電路包括差動放大器3〇、源極 隨耦器40、電阻33、43與電容34、44。 其中’差動放大器30包括電晶體31、41與電阻36、 46，源極隨耦器40包括電晶體32、35、42與45。電晶體 31之閘極31〗你带 * 大器30之第電晶體41之閘極4U係分別作為差動放 之i極312 與第二輸入端Vin2，電晶體31 一輸出端/if 313 (也就是差動放大器30之第 源端3出端)，則分別經由電阻36與46連接至電路的電 大器ί電阻36、46乃形成一差動放 Vin2輸入了輸人端Vinl與第二輸入端 30之第一輪出及極313 (也就是差動放大器 A, 的閘極351與電晶體45的閘極451均連接 盥第if分別作為源極隨耦器40之第一端電流源 電晶體32的閘極321與電晶體42的閘 入娩，作為源極隨福器40之第一輸入端與第二輸 電曰曰體至差動放大器3〇之第一輸出端（也就是 之^搞419=極313)與第二輸出端（也就是電晶體41 s雨)°電晶體32的汲極323與電晶體42的没極423 刪’電晶體32的源極322與電晶 雷曰掷的/if極422 ’則分別連接至電晶體35的汲極353與 幹v =ΐ45^，以分別作為源極隨躺1140之第一 W出端Voutl與第二輸出端v〇ut2。 此^=極隨搞器40之第一輸出端v〇utl與第二輸出 $ Vo=2 ’分別經由電阻33與43連接至差動放大器3〇之 ^^入端Vinl與帛二輸人端Vin2 , _姐差動迴授 放大電路之迴授回路。而電晶體35的源極脱與 1330934 45的源極452，則均連接至電路的地端Vss ^ 此-電路特別的是，源極隨搞$ 4〇之第一端電流源閘 極（也就是電晶« 35之閘極351)與源極隨輕$ 4〇之第 二輸入端（也就是電晶體42之閘極421)之間，耦接有一 電容34 ’而源極隨輕器4〇之第二端電流源閘極（也就是 電晶體45之閘極451)與源極隨耦器4〇之第一輸入端（也 就是電晶體32之閘極321)之間，亦耦接有一電容44。此 兩父又搞合之電容34肖44，具有提升此差動迴授放大電 路之頻寬與增益的功效。 請參考圖5與圖6所示，圖5係根據本發明第二實施 例之一種差動迴授放大電路，圖6則為圖5電路之方塊示 意圖。圖中，差動迴授放大電路包括差動放大器5〇與7〇、 源極隨耦器60與80、電阻53、63、73、74、83、84與電 容 54、64。 ’、 其中，差動放大器50包括電晶體51、61與電阻56、 66 ’源極隨耦器60包括電晶體52、55、62與阳。電晶體 51之閘極511與電晶體61之閘極61ι係分別作為差動放 大器50之第一輸入端vini與第二輸入端Vin2,電晶體51 之源極512與電晶體61之源極612分別經由電阻74與84 連接至電巧的地端VSS ,而電晶體51之汲極513 (也就是 ^，放大器50之第一輸出端）與電晶體61之汲極613(也 ，疋差動放大器50之第二輸出端），則分別經由電阻56與 ⑽連接至電路的電源端Vdd。 因此，電晶體51、61與電阻56、66乃形成一差動放 =器50，可將差動訊號由第一輸入端Vinl與第二輸入端 輸入，並由電晶體51之汲極513 (也就是差動放大器 之第一輸出端）與電晶體61之汲極613 (也就是差動放 9 大器50之第二輸出端）輸出放大訊號。 s 曰^55的開極551與電晶體65的閘極651均連接 盥：偏ΐϋ’、、以分別作為源極隨耦器60之第-端電流源 S 晶體52的間極521與電晶體62的閘 人上並 極隨輛器6〇之第—輸入端與第二輸 電放大器50之第-輸出端(也就是 與第二輸出端(也就是電晶體61 曰體52的汲極523與電晶體62的汲極623 2β，侧，電晶體52的源極522與電晶 622 ’則分別連接至電晶體55的汲極553與 i極653，以分別作為源極隨減60之第一 輸出端與第二輸出端。

Jt夕Π極隨輕器6〇之第一輸出端（也就是電晶體 '原^極522)與第二輸出端（也就是電晶體62之源極 )’为別經由電阻53與63連接至差動放大器5〇之第一 』^端Jlnl與第二輸入端Vin2 ’以形成此差動迴授放大 =路之第-迴授回路。而電晶體55的源極552與電晶體 5的源極652，則均連接至電路的地端Vss。 除了電晶體51之源極512 (亦即第一端源極）與電晶 體f1之源極612 (亦即第二端源極），分別經由電阻74與 84連接至電路的地端Vss，係與圖3、圖4的電晶體31之 源極312與電晶體41之源極412直接連接至電路的地端 Vss不同之外，本實施例之差動迴授放大電路更包括一第 二級差動放大器70與一第二級源極隨耦器80。 $其中’第二級差動放大器70包括電晶體71、81、電 流源77與電阻76、86，第二級源極隨耦器80包括電晶體 72、75、82與85。電晶體71之閘極711與電晶體81之閘 1330934 極811係分別作為第二級差動放大器70之第一輸入端與 二輸入端，並分別連接至源極隨耦器60之第一輸出端^ 就是電晶體52之源極522)與第二輸出端（也就是電晶 62之源極622)。電晶體71之源極712與電晶體81之 812均經由電流源77連接至電路的地端Vss，而電晶體'7】 之没極713 (也就是第二級差動放大器7〇之第一輪&端） 與電晶體81之沒極813 (也就是第二級差動放大器7〇 ^ 第二輸出端），則分別經由電阻76與86連接至電路的番、店 端Vdd。 电源

、因此，電晶體71、81、電流源77與電阻76、86乃來 成第一級差動放大器70，可將源極隨輕器之第一 ^ 端與第二輸出端輸出之差動訊號，放大後由電晶體η之 極713 (也就是差動放大器70之第一輸出端）與電晶_ 之錄813 (也就是差動放大n 70之第二輸出端）輸 電晶體75的閘極751與電晶體85的閘極851均 至-偏壓Vb，以分別作為第二級雜馳器8G之 電流源與第二端電流源。電晶體72的間極721 82的閘極821，係分別作為第二級源極隨耦$ 8。^第二 ，，出& (也就疋電晶體71之没極713)與第二輸出 是電晶體81之汲極813)。電晶體72的汲極723盥 電曰曰體82的沒極823均連接至電路的電源端舰 ‘ 2的_ 722與電晶體82的源極s 體75的没極753與電晶體85的沒極853，3:^曰 二級源極_|| 80之第-輸㈣與第 刀。別作為第 此外，第二級源極隨耦器8〇之第一輸 晶體72之源極722)與第二輸出端（也就是電L 8?ί =極822) ’分別經由電阻7 的電晶體51之源椏R19 ⑹連接至差動放大器50 之源極612 (亦即第-端诉^\P第一端源極）與電晶體61 路之第-瓣極）’鄉成此差_授放大電 的源極852 ’則均連接至電路的 極是之之第-端電赫閘 晶體62之閘極621)之間，減有一 電曰，f 60之第二端電流源閘極（也就是 ί :ϊ ?上，)與源極隨耦器60之第-輸入端(也 $„2之閘極521)之間，亦_有—電容64。此 之電容54與64 ’具有進一步提升此差動迴授 放大電路之頻寬與增益的功效。 請f考圖7所示，其為根據本發明第三實施例之一種 差動迴授放大電路。本實施例之電路與圖5之電路大致均 相同，所不同的是在第一級差動放大器的第一輸出端1513 與第一級源極隨輕器的第一輸入端1521間，連接一電阻 1580，並於電源端Vdd與第一級源極隨耦器的第一輸入端 1521間，連接一電容1590。另外，也在第一級差動放大器 的第二輸出端1613與第一級源極隨輕器的第二輸入端 1621間，連接一電阻1585，並於電源端Vdd與第一級源極 隨耦器的第二輸入端1621間，連接一電容1595。此作法 的原因是由於圖5電路之交叉耦合電容54與64仍有可能 因所需之電容值太大，導致佔用過多之晶片面積，故利用 電容1590與1595來並聯分壓，以將交叉耦合電容54與 64之效果提升。 請參考圖8所示，其為根據本發明第四實施例之一種 1330934 差動迴授放大電路。本實施例之電路與圖5之電路亦大致 均相同’所不同的是在第一級差動放大器的第一輸出端 2513與第一級源極隨耦器的第一輸入端2521間，連接一 電晶體2580，並於第一級源極隨耦器的第一輸入端2521 與地端Vss間，連接一電晶體2590，以及在第二級差動放 大器的第一輸出端2713與第二級源極隨耦器的第一輸入 端2721間，連接一電晶體2581，並於第二級源極隨耦器 的第一輸入端2721與地端Vss間，連接一電晶體2591。 另外，也在第一級差動放大器的第二輸出端2613與第一級 源極隨耦器的第二輸入端2621間，連接一電晶體2585 , 並於第一級源極隨耦器的第二輸入端2621與地端Vss間， ^接一電晶體2595 ,以及在第二級差動放大器的第二輸出 鳊2813與第二級源極隨輕器的第二輸入端2821間，連接 一電晶體2586，並於第二級源極隨耦器的第二輸入端2821 與地端Vss間，連接一電晶體2596。此作法不僅可提供如 ，7之分壓電容159〇與1595的並聯分壓效果以將交叉 a電谷54與64之效果提升外，更可作為切斷電阻迴授 之開關電路。 故，驗?明，此*妓絲合電紅差動迴授放大電 ® ^實可達成提升放大電路之頻寬與增益的功效。此外， 輸出之雜訊’且其消耗功率低，所佔用之積 為;姑+ Ϊ，也因為無須使用佔有大面積之電感，來作 i大小的目標Ιίίί與輕的元件，使_、積體電路 限定發較佳實施觸露如上，财並非用以 和fc圍内所作之各種更動與_，亦屬本發明之範圍2 Ϊ準本㈣之賴軸當視後咏_請專利範 圍所界定者 【圖式簡單說明】 器。軸^知制於_縣之寬頻健訊差動大 動大^係顯示習知翻於多重通訊標準之寬頻低雜訊差 大電^ ί細7^根縣發㈣—實制之—種差動迴授放 f巧顯示圖3電路之方塊示意圖。 大電根據本發明第二實施例之—種差動迴授放 圖6係顯示圖5電路之方塊示意圖。 大電#顯示根據本發明第三實施例之-種差動迴授放 圖8係顯示根據本發明第四實施例之一種差動迴授放 大電路。 【主要元件符號說明】 3〇、50、70差動放大器 31、32、35、41、42、45、51、52、55 電晶體 61、62、65、7卜 72、75、81、82、85 電晶體 311、 32卜35卜41卜42卜451閘極 511、 521、55卜 61 卜 62卜 651 閘極 Π1、721、751、811、82卜 851 閘極 312、 322、352、412、422、452 源極 512、 522、552、612、622、652 源極 ?12、722、752、812、822、852 源極 1330934 313、323、353、413、423、453 汲極 513、523、553、613、623、653 没極 713、723、753、813、823、853 汲極 33、 43、36、46、53、63、73、74、83、84 雷 56、66、76、86電阻 電版 34、 44、54、64 電容 40、60、80源極隨耦器 77電流源 1513、1613、2513、2613、2713、2813 輪出端 1521、1621、2521、262卜 2721、2821 輸入端 1580、1585 電阻 1590、1595 電容 2580、2585、2590、2595 電晶體 15 5 )

Claims (1)

1330934 十、申請專利範圍： 1. 一種具有交叉輕合電容之差動迴授放大電路，包括： 一差動放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端、 一第一輸出端與一第二輸出端； 一源極隨耦器，具有耦接該差動放大器的該第一輪出 端之一第一輸入端、耦接該差動放大器的該第二輸出端之 一第二輸入端、一第一端電流源閘極、一第二端電流源閘 極、一第一輸出端與一第二輸出端； 一第一電阻，耦接於該源極隨耦器之該第一輸出端與 該差動放大器之該第一輸入端之間； 一第二電阻，耦接於該源極隨耦器之該第二輸出端盥 該差動放大器之該第二輸入端之間； 、 一第一電容，耦接於該源極隨耦器之該第一端電流源 閘極與該源極隨耗器之該第二輸入端之間；以及 二第二電容，耦接於該源極隨耦器之該第二端電流源 極一該源極隨叙器之該第一輸入端之間。 甘申請專利範圍第1項所述之差動迴授放大電路， 其中該差動放大器包括： 嫂夕二電晶體，具有作為該差動放大器之該第一輸入 iff、連接一地端之一源極與作為該差動放大器的 該第一輸出端之一没極； 極之間第一電阻，連接於一電源端與該第一電晶體的該汲 端之電晶體，具有作為該差動放大器之該第二輸入 該第二=端源極與作為該差動放大器的 第一電阻，連接於該電源端與該第二電晶體的該汲 s 16 1330934 極之間。 3·如申請專利細第丨項所述之差動 其中該源極隨麵器包括： 概大電路 ，之一源極 -^-電晶體，具有作為該源極之該第 鈿之一閘極、作為該源極隨耦器之該第一輸 與連接一電源端之一汲極； j印碼， 一第二電晶體，具有連接—偏屢以作為該第 一第二電晶體，具有作為該源極隨耦器之 源:=隨:及器之該第二輸出端之； 源門2四巧體1具有連接該偏壓以作為該第二端電流 二=?汲2接該地端之一源極與連接該第三電晶 装請專利範圍第1項所述之差動迴授放大電路， 差動:授第一端源極與-第二端源極，該 宽一於^一級差動放大器，具有耦接於該源極隨轉器的該 之―第—輸人端、Μ接於該源極隨輕器的該第 一輸出^之一第二輸人端、一第一輸出端與一第二輸出端； 的^第ΐτ級源極隨搞器’具有輕接該第二級差動放大器 輸出端之一第一輸入端、輛接該第二級差動放大 二輪S端了輸出端之一第二輸入端、一第一輸出端與-第 出端;S:大=贮極咖之該第-輸 17 1330934 一第四電阻，連接於該差動放大器之該第一端源極與 一地端之間； 一第五電阻，耦接於該第二級源極隨耦器之該第二輸 出端與該差動放大器之該第二端源極；以及 一第六電阻’連接於該差動放大器之該第二端源極與 該地端之間。 5·如申請專利範圍第4項所述之差動迴授放大電路， 其中該第二級差動放大器包括： 一電流源’具有一第一端與連接該地端之一第二端； 一 一第一電晶體，具有作為該第二級差動放大器之該第 二，入端之一閘極、連接該電流源的該第一端之一源極與 為該第二級差動放大器的該第一輸出端之一沒極； 極之^第一電阻，連接於一電源端與該第一電晶體的該汲 ，第—電晶體’具有偶該第二級差滅大器之該第 之—^、連接該歧源_第—敵一源極與 乍為=二級差動放大器的該第二輸出端之—錄；以及 極之間第—電阻，連接於該電源端與該第二電晶體的該汲 -輸:=j該之該第 出端之-源峨接咖之該第一輸 -電曰曰體’具有作為該第二級源極隨輕器之該第 18 '^端i:!’極、作為該第二級源極隨耦器之該第二輸 出端之一源極與連接該電源端之一汲極；以及 勒 一第四電晶體，具有連接該偏壓之一閘極、連接誃 端之「源極，連接該第三電晶體的該源極之—汲極。w 其中更3料纖81第4項所述之差動迴授放大電路， 與該;該大器之該第_輸出端 與該:μ，逋’耦接於該源極隨耦器之該第-輪入端 與該該該第二輸出端 與該地3晶體，耦接於該源極隨耦器之該第二輸入端 其中8更g請專種圍第7項所狀差動迴授放大電路， 於φ^ϊ五電晶體’ _接於該第二級差動放大器之該第一 該第二級源極隨耦器之該第一輸入端之間； 輸入::2門耦接於該第二級源極隨耦器之該第- 終電晶體’轉接於該第二級差動放大器之該第二 」與該第二級源極隨耦器之該第二輸入端之間；以及 端:ίΪίΐ間耦接於該第二級源極隨耦器之該第二輸入