TWI479801B - 變壓器耦合分布放大器 - Google Patents
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Description
本揭露係普遍地有關於寬頻、高功率,且更具體地係有關於分布放大器。
如同本領域中所熟知的,微波系統中期望有寬頻、高功率(>25dBm)之矽基放大器。然而,高速矽基技術一般整合了具有適度崩潰電壓位準(BVCEO<4 V)之CMOS或HBT裝置,其導致放大器核心中之高操作電流。用於放大器核心中之這些高dc與ac電流需要大寬度的金屬選路以滿足電子遷移問題且導致有損耗的被動結構。分布dc電流於各種放大器級之中且從ac輸出電流去耦合dc放大器電流的能力可致能寬頻、高輸出功率之矽基放大器設計。
亦如同本領域中所熟知的,有很多的電路佈局使用於矽基功率放大器中。多數設計包含具有標準L-C匹配結構之疊接結構(使用雙極、矽-鍺異接面雙極、或CMOS電晶體之電晶體),以遞送最大輸出功率予給定之源極及負載阻抗,如同圖1中所示。取決於應用、封裝、與系統需求,設計可為單端或差動,具有各種偏壓架構(亦即,A、AB、B、E、F級…等等)以用於想要的線性度、效率、與增益。在所有這些設計佈局中,電路相對地窄頻,因為匹配結構之共振特性。
亦如同本領域中所熟知的,分布放大器已顯現於矽技術中,但是通常以單端方式被設計。藉由透過傳輸線元件來串聯地連接數個放大器級,分布放大器增加了給定放大器級的增益-頻寬乘積。藉由使用離散電感與電容來充當作虛擬的傳輸線元件,此設計亦可被實現,如同圖2中所見。信號傳下去分布放大器的輸入,被各個離散電晶體放大,直到其抵達終端電阻。各個離散電晶體的輸出之後將被結合於集極輸出網路中(假設輸入與輸出L-C網路之相位速度係相同),以產生最終寬頻輸出。
這些設計達到寬頻之操作,但是在操作之頻帶之上的適度輸出功率位準(~20 dBm)。此輸出功率限制通常是因為這些放大器的實施,其中所有輸出電流(或集極電流)必須流經各個匹配電感。此電流包含各個裝置的dc電流,導致顯著的高dc電流流經位於輸出附近的電感。為了適應此大dc電流,輸出附近的電感必須非常寬,以避免電子遷移問題。明顯地,dc阻擋電容可被插置於該等級之間,但是這之後將需要額外的偏壓電感在各個級之集極,其亦將劣化電路的效能。
亦如同本領域中所熟知的,整合變壓器耦合矽基功率放大器之使用亦已被示範於許多產品中,其中數個放大器的輸出匹配係透過矽晶粒上之變壓器元件來結合。變壓器耦合放大器(或具有間隔分布之變壓器的放大器)使用單晶變壓器結構(通常為編結的電感)來結合數個離散放大器之輸出,如同圖3中所示。在此實例中,藉由各個電晶體接收相同的相位與振幅,輸入信號被平均地分離於放大電晶體之中。各個電晶體之輸出亦將具有相同的大小與相位,以允許它們被同調地加總。信號的這個加總將導致整個放大器的較高輸出功率,相較於藉由單一放大元件所能達成的來說。
雖然此佈局確實致能了較高輸出功率,其仍維持窄頻之頻率響應。因為電路的所有輸入與輸出係同相且具有相同的匹配結構,轉換功能之窄頻形式亦將相同,導致整體的窄頻響應。
此外,整合變壓器耦合矽基功率放大器之概念亦已被示範於許多作品中:P. Haldi,D. Chowdhury,P. Reynaert,L. Gang,and A. Niknejad,“A 5.8 GHz 1V Linear Power Amplifier Using a Novel On-Chip Transformer Power Combiner in Standard 90 nm CMOS,”IEEE Journal of Solid State Circuit,vol. 43,no. 5,pp. 1054-1063,May 2008;I. Aoki,S.d Kee,D.B Rutledge,and A. Hajimiri,“Distributed active transformer-a new power-combining and impedance-transformation technique,”IEEE Transactions on Microwave Theory and Technique,vol. 50,pp. 316-331,January 2002,其中,數個放大器的輸出匹配係透過矽晶粒上之變壓器元件來結合。雖然此佈局確實致能了較高輸出功率,其仍維持窄頻之頻率響應。因為電路的所有輸入與輸出係同相且具有相同的匹配結構,轉換功能之窄頻形式亦將相同,導致整體的窄頻響應。
分布放大器亦已顯現於矽技術中,但是通常以單端方式被設計,如同被示範於:B. Sewiolo,D. Kissinger,G. Fischer,and R. Weigel,“A High-Gain High-Linearity Distributed Amplifier for Ultra-Wideband-Applications Using a Low Cost SiGe BiCMOS Technology,”IEEE 10th
Annual Wireless and Microwave Technology Conference,2009,pp. 1-4,2009。這些設計達到寬頻之操作,但是在操作之頻帶之上的適度輸出功率位準(~20 dBm)。此輸出功率限制通常是因為這些放大器的實施。如同圖2中所見,所有輸出電流(或集極電流)必須流經各個匹配電感。此電流包含各個裝置的dc電流,導致顯著的高dc電流流經位於輸出附近的電感。為了適應此大dc電流,輸出附近的電感必須非常寬,以避免電子遷移問題。明顯地,dc阻擋電容可被插置於該等級之間,但是這之後將需要額外的偏壓電感在各個級之集極,其亦將劣化電路的效能。
在一實施例中,放大器被提供具有輸入傳輸線網路與輸出傳輸線網路。輸出傳輸線網路包含具有串聯地耦合的次要繞線的複數輸出變壓器,該等輸出變壓器之每一個具有一主要繞線,該等輸出變壓器之該等次要繞線之每一者被磁性地耦合至該等輸出變壓器之該等主要繞線之一對應一者。放大器包含複數放大器部,該等部之每一個具有連接至該輸入傳輸線部之一輸入,且具有連接至該等輸出變壓器之該等主要繞線之一對應一者的一輸出。輸入傳輸線網路與輸出傳輸線網路係被配置成透過同相於該輸出傳輸線部之一輸出之該等複數放大器部而結合從一輸入通過至該輸入傳輸線網路的信號。
在一實施例中,該輸入傳輸線部包含具有串聯地耦合的主要繞線的複數輸入變壓器,該等輸入變壓器之每一個具有一次要繞線,該等輸入變壓器之該等次要繞線之每一個被磁性地耦合至該等輸入變壓器之該等主要繞線之一對應一者。該等放大器部之每一個具有連接至該等輸入變壓器之該等次要繞線之一對應一者的一輸入。
在一實施例中,該等放大器部之每一個中之放大器包含具有一電壓源之一電晶體電路,該電壓源係連接至該輸出傳輸線網路之該等主要變壓器繞線。
在一實施例中,該等放大器部之每一個中之放大器包含具有一偏壓之一電晶體電路,該偏壓係由連接至該輸入傳輸線網路之該等已連接次要變壓器繞線的一電壓源所提供。
在一實施例中,該等放大器為差動對轉移電導放大器。
在一實施例中,該等電晶體為雙極電晶體。
藉由此配置,該等放大器部透過變壓器(通常為單晶地形成)而被以分布的方式配置。在一實施例中,放大器部包含差動雙極電晶體對。在各個差動對之輸出的差動中央分接變壓器繞線的使用使得各個集極電極之輸出被以分布的方式整合,同時提供一方法以用於分離dc偏壓。將ac與dc集極電極電流去耦合之能力允許整合於電路中之被動元件有較可控制的金屬寬度要求。這之後允許具有較低損耗之較理想設計的電感(亦即,變壓器繞線)。放大器部電路之分布方式亦允許放大器部有較可控制的匹配阻抗。藉由具有輸出變壓器的次要繞線的輸出傳輸線部或藉由變壓器耦合方法,放大器之輸入可用傳統串聯電感配置來實行(相似於圖2中所示):相似於將被實行於放大器之輸出的。在放大器之輸入之變壓器耦合方法的使用可允許各個放大器級之dc偏壓透過輸入變壓器的中央分接頭被提供。此方法允許各個放大器級之獨立偏壓,且消除了dc偏壓分布問題,例如在輸入之分布網路發生的寄生IR下降。
揭露之一或更多實施例之細節係提出於所附圖式與下面敘述中。揭露之其他特徵、目的、與優點將從敘述與圖式且從申請專利範圍變得明顯。
現在參見圖4,放大器10被顯示具有輸入傳輸線網路12,輸入傳輸線網路12包含複數輸入變壓器16,複數輸入變壓器16具有串聯地耦合的主要繞線16P,輸入變壓器16之每一個具有次要繞線16S。次要繞線16S之每一個被磁性地耦合至輸入變壓器之該等主要繞線16P之一對應一者。放大器10包含輸出傳輸線網路26,輸出傳輸線網路26包含複數輸出變壓器34,複數輸出變壓器34具有串聯地耦合的次要繞線34S,輸出變壓器34之每一個具有主要繞線34P。輸出變壓器34之次要繞線34S之每一者磁性地耦合至輸出變壓器34之主要繞線34P之一對應一者。放大器10包含複數放大器部40a、40b,該等部40a、40b之每一個具有連接至輸入變壓器16之次要繞線16S之一對應一者的一輸入,且具有連接至輸出變壓器34之主要繞線34P之一對應一者的一輸出。
輸入傳輸線網路12與輸出傳輸線網路26係被配置成透過複數放大器部40a、40b而結合從一輸入IN通過至輸入傳輸線網路12的信號,且結合同相之信號於輸出傳輸網路26之一輸出OUT。
更具體地,放大器10被顯示具有:輸入傳輸線網路12,在此為集總參數虛擬傳輸線,包含:輸入阻抗匹配網路14(在此例如為串聯的電感L1)、複數串聯地耦合的變壓器16(通過電感-電容(L-C)網路18而互連,L-C網路18在此例如為具有一對通過電感L2而互連的分流電容C1、C2的pi網路)、及輸出阻抗匹配網路20(在此為串聯的電感L3與終端電阻R1)。
變壓器16之每一個包含主要繞線16P與磁性地耦合的次要繞線16S。注意到,變壓器16之主要繞線16P係通過網路18而互連,如同所示。次要繞線16S具有一對端繞線分接頭22a、22b及中央分接頭24(可了解到,中央分接頭24不需要在繞線16S之確切中央處)。
放大器10包含輸出傳輸線網路26,在此為集總參數虛擬傳輸線,包含:阻抗匹配網路28(在此例如為串聯的電感L4)、複數串聯地耦合的變壓器34(通過電感-電容(L-C)網路30而互連,L-C網路30在此例如為具有一對通過電感L5而互連的分流電容C3、C4的pi網路)、及網路32(在此為如同所示地連接之串聯的電感L6)。
變壓器34之每一個具有主要變壓器繞線34P與磁性地耦合的次要繞線34S。主要繞線34P具有一對端繞線分接頭34a、34b及中央分接頭38(可了解到,中央分接頭38不需要在繞線34P之確切中央處)。
放大器10包含複數(在此例如為兩個)放大器部40a、40b。放大器部40a、40b之每一個包含轉移電導放大器,針對示範放大器40a更詳細地顯示於圖5中。放大器40a之輸入被連接至變壓器16之一對應一個之次要繞線16S之端分接頭22a、22b,如同所示。放大器40a之輸出被連接至變壓器34之一對應一個之主要繞線34P之端分接頭34a、34b,如同所示。輸入傳輸線網路12與輸出傳輸線網路26係被配置成透過複數放大器部40a、40b而結合從輸入IN通過至輸入傳輸線網路12的信號,且結合同相之信號於輸出傳輸網路26之放大器10輸出OUT。因此,沿著路徑P1從IN傳送通過放大器部40a至放大器10輸出OUT的信號與沿著路徑P2從IN傳送通過放大器部40b至OUT的信號係在放大器10輸出OUT同相。
注意到,網路18與網路30係作用為兩個放大器部40a、40b之間的分布放大器延遲元件,且其他網路14、20、28與32係主要用於阻抗匹配。亦注意到,相位延遲必須考量變壓器(因為它們具有內部寄生串聯電感),也要考量電晶體本身之寄生。
亦注意到,放大器部40a、40b包含具有偏壓Vbias之電晶體電路,偏壓Vbias係由連接至輸出變壓器34之主要繞線之中央分接頭38的電壓源Vdd所提供。在此,例如,放大器為差動對轉移電導放大器,且電晶體為雙極電晶體。因此,放大器部40a、40b包含一對電晶體T1、T2,電晶體T1、T2具有基極電極分別被連接至端分接頭22a、22b,且具有接地的射極電極。集極電極分別被連接至電晶體T3與T4之射極電極,如同所示。電晶體T3、T4之集極電極分別被連接至端分接頭34a、34b,如同所示。
參見圖6,注意到,電壓源Vdd被連接至輸出變壓器34之主要繞線34P之中央分接頭38,且也被連接至電阻R。電阻R被連接至二極體連接式電晶體T(如同所示),以產生偏壓Vbias。所產生偏壓Vbias被連接至輸入變壓器16之次要繞線16S之中央分接頭,如同所示。輸入變壓器16之次要繞線16S之端分接頭22a、22b被連接至電晶體T1與T2之基極電極。
在各個差動對電晶體T3、T4之輸出的基於差動、中央分接電感的變壓器34的使用使得各個集極電極之輸出被以分布的方式整合,同時提供一方法以用於分離dc偏壓。將ac與dc集極電極電流去耦合之能力允許整合於放大器部40a、40b中之傳統被動構件(未示)有較可控制的金屬寬度要求。這之後允許具有較低損耗之較理想設計的電感。放大器10之分布方式亦允許放大器部40a、40b有較可控制的匹配阻抗。
電路之輸入可用傳統串聯電感配置來實行,或者(如圖5中所示)不是藉由輸出變壓器,但是更確切地說是藉由分布傳輸線(如用於圖2之放大器之輸入網路所示)。注意到,如圖4中所示地使用輸入變壓器可允許各個放大器部之dc偏壓透過輸入變壓器的中央分接頭被提供。此方法允許各個放大器部之獨立偏壓,且消除了dc偏壓分布問題,例如在輸入之分布網路發生的寄生電流-電阻(IR)電壓下降。
因此,具有變壓器在輸入偏壓Vbias上係有助於簡化用於電晶體T1-T2之輸入偏壓。針對任何雙極放大器,輸入偏壓Vbias將需要提供用於電晶體T1與T2之基極電流。再參見圖6,來自Vbias的這個輸入偏壓基極電流將隨著輸入功率而增加(特別是針對壓縮放大器或AB級放大器),這就是為什麼低阻抗偏壓電路被使用,而相反於用於偏壓Vbias之高阻抗偏壓電路(亦即,電流偏壓)。相似的低阻抗電壓參考電路(具有二極體連接式電晶體T5與T6、電阻R7與R8、及dc阻擋電容C)被用以提供用於電晶體T3與T4之偏壓基極電流。主要差別在於:電晶體T3與T4之基極電極實際上是虛擬接地(因為差動電路被使用),且可被直接連接至這個偏壓電路(這不同於電晶體T1與T2,其中變壓器允許我們來偏壓基極電極)。注意到,連接至輸出變壓器36之中央分接的主要繞線36P之中央分接頭的電壓源Vdd係用以透過電阻R與二極體連接式電晶體T來產生Vbias。所產生Vbias係在電阻R與二極體連接式電晶體T之接面。如果此電壓偏壓(或相似於它的一個)被直接置於電晶體T1與T2之基極(沒有輸入變壓器網路之納入),信號將會漏失,且dc抗流電感將需要在電晶體T1與T2之基極及電壓偏壓電路之間。此外,dc阻擋電容通常將需要在RF輸入,以ac耦合輸入信號。然而,在此,輸入變壓器16之次要繞線16S被連接至產生Vbias之電壓參考電路,且想要的RF信號透過輸入變壓器被ac耦合。因為輸入變壓器16之此中央分接頭係在放大器之“共同模式”(或者,其虛擬接地),Vbias可被直接連接至其,而無需抗流電感。藉由使用輸入傳輸線網路中之輸入變壓器,信號被直接耦合進入放大器部,且獨立dc偏壓可被提供至放大器部。
現在應理解到,根據本揭露之放大器包含:輸入傳輸線;輸出傳輸線網路,包含具有串聯地耦合的次要繞線的複數輸出變壓器,該等輸出變壓器之每一個具有一主要繞線,該等輸出變壓器之該等次要繞線之每一者被磁性地耦合至該等輸出變壓器之該等主要繞線之一對應一者;複數放大器部,該等部之每一個具有連接至該輸入傳輸線網路之一輸入,且具有連接至該等輸出變壓器之該等主要繞線之一對應一者的一輸出,且其中,輸入傳輸線網路與輸出傳輸線網路係被配置成透過該等複數放大器部而結合從一輸入通過至該輸入傳輸線網路的信號,且結合同相之信號於該輸出傳輸線網路之一輸出。放大器亦包含一或更多下面特徵:其中,該輸入傳輸線網路包含具有串聯地耦合的主要繞線的複數輸入變壓器,該等輸入變壓器之每一個具有一次要繞線,該等輸入變壓器之該等次要繞線之每一個被磁性地耦合至該等輸入變壓器之一對應一者之該等主要繞線,該等放大器部之每一個具有連接至該等輸入變壓器之該等次要繞線之一對應一者的一輸入;其中,該等放大器部之每一個包含具有一偏壓之一電晶體電路,該偏壓係由連接至該輸出傳輸線網路之該等輸出變壓器之已連接主要繞線的一電壓源所提供;其中,該電壓源係連接至該輸出傳輸線網路之該等輸出變壓器之主要繞線之中央分接頭;其中,該輸入傳輸線網路包含具有串聯地耦合的主要繞線的複數輸入變壓器,該等輸入變壓器之每一個具有一次要繞線,該等輸入變壓器之該等次要繞線之每一個被磁性地耦合至該等輸入變壓器之一對應一個之一主要繞線,該等放大器部之每一個具有連接至該等輸入變壓器之該等次要繞線之一對應一者的一輸入;其中,該等放大器部之每一個包含具有一偏壓之一電晶體電路,該偏壓係由連接至該輸出傳輸線網路之該等輸出變壓器之所連接主要繞線的一電壓源所提供;其中,該電壓源係連接至該輸出傳輸線網路之該等輸出變壓器之該主要繞線的一中央分接頭;其中,該等放大器部之一個包含具有一偏壓之一電晶體電路,該偏壓係由連接至該輸出傳輸線網路之該等輸出變壓器之所連接主要繞線的一電壓源所提供;其中,該放大器為一差動對轉移電導放大器;其中,該等電晶體為雙極電晶體;該放大器為一差動對轉移電導放大器。
已敘述此揭露之數個實施例。然而,將理解到,可進行各類修改而不會偏離本揭露之精神與範圍。例如,超過兩個的放大器可被使用。因此,其他實施例係在下面申請專利範圍之範圍內。
10...放大器
12...輸入傳輸線網路
14...輸入阻抗匹配網路
16...輸入變壓器
16P...主要繞線
16S...次要繞線
18...電感-電容(L-C)網路
20...輸出阻抗匹配網路
22a、22b...分接頭
24...中央分接頭
26...輸出傳輸線網路
28...阻抗匹配網路
30...電感-電容(L-C)網路
32...網路
34...輸出變壓器
34a、34b...分接頭
34P...主要繞線
34S...次要繞線
38...中央分接頭
40a、40b...放大器部
C、C1、C2、C3、C4...電容
IN...輸入
L1、L2、L3、L4、L5、L6...電感
OUT...輸出
P1、P2...路徑
R、R7、R8...電阻
R1...終端電阻
T、T1、T2、T3、T4、T5、T6...電晶體
Vbias...偏壓
Vdd...電壓源
圖1係為根據先前技術之疊接矽基功率放大器的示意圖;
圖2係為根據先前技術之基於離散電晶體之四元件分布放大器的示意圖;
圖3係為根據先前技術之串聯連接變壓器耦合放大器的示意圖;
圖4係為根據一實施例之變壓器耦合分布放大器的示意圖;
圖5係為用於圖4之放大器中之放大器部的示範一個的示意圖;
圖6更詳細地顯示圖5之示範放大器部。
相似的參考符號在各種圖式中表示了相似的元件。
10...放大器
12...輸入傳輸線網路
14...輸入阻抗匹配網路
16...輸入變壓器
16P...主要繞線
16S...次要繞線
18...電感-電容(L-C)網路
20...輸出阻抗匹配網路
22a、22b...分接頭
24...中央分接頭
26...輸出傳輸線網路
28...阻抗匹配網路
30...電感-電容(L-C)網路
32...網路
34...輸出變壓器
34P...主要繞線
34S...次要繞線
38...中央分接頭
40a、40b...放大器部
C1、C2、C3、C4...電容
IN...輸入
L1、L2、L3、L4、L5、L6...電感
OUT...輸出
R...電阻
Claims (21)
- 一種放大器,包含:輸入傳輸線網路,具有:輸入傳輸線延遲元件,係設置於該輸入傳輸線網路的第一部分與該輸入傳輸線網路的第二部分之間;複數輸入變壓器,具有透過該輸入傳輸線延遲元件而串聯地耦合的主要繞線,該等輸入變壓器之每一個具有一主要繞線及被磁性地耦合至該輸入變壓器之主要繞線之次要繞線,輸出傳輸線網路,具有:輸出傳輸線延遲元件,係設置於該輸出傳輸線網路的第一部分與該輸出傳輸線網路的第二部分之間;複數輸出變壓器,具有透過該輸出傳輸線延遲元件而串聯地耦合的次要繞線,該等輸出變壓器之每一個具有被磁性地耦合至該輸出變壓器之該等次要繞線之一對應者的一主要繞線;複數放大器部,該等放大器部之每一個具有連接至該等輸入變壓器之一對應者的該次要繞線之一輸入,且具有連接至該等輸出變壓器之該等主要繞線之一對應者之一輸出;以及其中,該輸入傳輸線網路與該輸出傳輸線網路係被配置成透過該等複數放大器部而結合從一輸入通過至該輸入傳輸線網路的信號,且結合同相之信號於該輸出傳輸線網路之一輸出。
- 根據申請專利範圍第1項之放大器,其中,該輸入傳輸線網路終止於輸出阻抗匹配網路中。
- 根據申請專利範圍第1項之放大器,其中,該等放大器部之每一個包含具有一偏壓之一電晶體電路,該偏壓係由連接至該輸出傳輸線網路之該等輸出變壓器之所連接主要繞線的一電壓源所提供。
- 根據申請專利範圍第3項之放大器,其中,該電壓源係連接至該輸出傳輸線網路之該等輸出變壓器之該主要繞線的一中央分接頭。
- 根據申請專利範圍第4項之放大器,其中,該輸入傳輸線網路包含具有串聯地耦合的主要繞線的複數輸入變壓器,該等輸入變壓器之每一個具有一次要繞線,該等輸入變壓器之該等次要繞線之每一個被磁性地耦合至該等輸入變壓器之一對應者之一主要繞線,該等放大器部之每一個具有連接至該等輸入變壓器之該等次要繞線之一對應者的一輸入。
- 根據申請專利範圍第5項之放大器,其中,該等放大器部之每一個包含具有一偏壓之一電晶體電路,該偏壓係由連接至該輸出傳輸線網路之該等輸出變壓器之所連接主要繞線的一電壓源所提供。
- 根據申請專利範圍第6項之放大器,其中,該電壓源係連接至該輸出傳輸線網路之該等輸出變壓器之該主要繞線的一中央分接頭。
- 根據申請專利範圍第6項之放大器,其中,該等放 大器部之一者包含具有一偏壓之一電晶體電路,該偏壓係由連接至該輸出傳輸線網路之該等輸出變壓器之所連接主要繞線的一電壓源所提供。
- 根據申請專利範圍第1項之放大器,其中,該放大器為一差動對轉移電導放大器。
- 根據申請專利範圍第9項之放大器,其中,該等電晶體為雙極電晶體。
- 根據申請專利範圍第2項之放大器,其中,該放大器為一差動對轉移電導放大器。
- 根據申請專利範圍第11項之放大器,其中,該放大器包含電晶體。
- 根據申請專利範圍第1項之放大器,其中,該輸出傳輸線網路包含阻抗匹配網路。
- 根據申請專利範圍第1項之放大器,其中,該輸入傳輸線延遲元件係為集總元件。
- 根據申請專利範圍第1項之放大器,其中,該輸出傳輸線延遲元件係為集總元件。
- 根據申請專利範圍第15項之放大器,其中,該輸入傳輸線延遲元件係為集總元件。
- 根據申請專利範圍第14項之放大器,其中,該集總元件係為具有一對通過電感而互連的分流電容的電感器-電容器網路。
- 根據申請專利範圍第15項之放大器,其中,該集總元件係為具有一對通過電感而互連的分流電容的電感 器-電容器網路。
- 根據申請專利範圍第16項之放大器,其中,該集總元件係為具有一對通過電感而互連的分流電容的電感器-電容器網路。
- 一種放大器,包含:輸入虛擬傳輸線網路;輸出虛擬傳輸線網路,包含:具有以一延遲元件而串聯地耦合的次要繞線之複數輸出變壓器,該延遲元件係介於該等次要繞線之間,該等輸出變壓器之每一個具有一主要繞線,該等輸入變壓器之該等次要繞線之每一個被磁性地耦合至該等輸出變壓器之該等主要繞線之一對應者;複數放大器部,該等部之每一個具有連接至該等輸入變壓器之一對應者的該次要繞線之一輸入,且具有連接至該輸入虛擬傳輸線網路之一輸入,且具有連接至該等輸出變壓器之該等主要繞線之一對應者之一輸出;以及其中,該輸入虛擬傳輸線網路與該輸出虛擬傳輸線網路係被配置成透過該等複數放大器部而結合從一輸入通過至該輸入虛擬傳輸線網路的信號,且結合同相之信號於該輸出虛擬傳輸線網路之一輸出。
- 根據申請專利範圍第20項之放大器,該輸入虛擬傳輸線網路包含:具有以一延遲元件串聯地耦合的主要繞線的複數輸入變壓器,該延遲元件係介於該等主要繞線之間,該等輸入變壓器之每一個具有一次要繞線,該等輸入變壓器之該等次要繞線之每一個被磁性地耦合至該等輸入 變壓器之一對應者之一主要繞線,該等放大器部之每一個具有連接至該等輸入變壓器之該等次要繞線之一對應者的一輸入。
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Non-Patent Citations (3)
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Chowdhury, D.; Reynaert, P.; Niknejad, A.M., "Design Considerations for 60 GHz Transformer-Coupled CMOS Power Amplifiers," Solid-State Circuits, IEEE Journal of , vol.44, no.10, pp.2733,2744, Oct. 2009 * |
Pallotta, A.; Eyssa, W.; Larcher, L.; Brama, R., "Millimeter-wave 14dBm CMOS power amplifier with input-output distributed transformers," Custom Integrated Circuits Conference (CICC), 2010 IEEE , vol., no., pp.1,4, 19-22 Sept. 2010 * |
Ying He; Lianming Li; Reynaert, P., "60GHz power amplifier with distributed active transformer and local feedback," ESSCIRC, 2010 Proceedings of the , vol., no., pp.314,317, 14-16 Sept. 2010 * |
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