專(zhuān)利名稱(chēng)：具有改進(jìn)線性化的放大器的制作方法
具有改進(jìn)線性化的放大器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明大體來(lái)說(shuō)涉及電路，且更明確地說(shuō)涉及一種適用于無(wú)線通信及其它應(yīng)用的 放大器。
背景技術(shù)：
放大器通常用于各種電子裝置以提供信號(hào)放大。舉例來(lái)說(shuō)，無(wú)線通信系統(tǒng)中的接 收器可包括低噪聲放大器(LNA)以放大經(jīng)由通信信道接收的低振幅信號(hào)。LNA常常為接收 信號(hào)所遇到的第一有源電路且因此可顯著地影響接收器的性能。因此，非線性可影響隨后 級(jí)的設(shè)計(jì)(且常常對(duì)其具有更嚴(yán)格的要求)以滿足對(duì)接收器的總體性能要求。因此，除其 它優(yōu)勢(shì)外，具有更線性的LNA可減輕對(duì)其它級(jí)的性能要求，其可引起接收器的較低功率消 耗及較小的電路面積。
接收器(或其中的有源裝置)的線性可通過(guò)輸入?yún)⒖既A截取點(diǎn)(IIP； )加以表 征。通常，對(duì)比輸入射頻(RF)信號(hào)來(lái)標(biāo)繪輸出RF信號(hào)及三階互調(diào)產(chǎn)物。隨著輸入RF信號(hào) 增加，ΙΙΡ3為所要輸出RF信號(hào)與三階產(chǎn)物在振幅上變得相等的理論點(diǎn)。ΙΙΡ3為外推值，因 為有源裝置在達(dá)到ΙΙΡ3點(diǎn)之前進(jìn)入壓縮。
已設(shè)計(jì)各種電路以改進(jìn)通用放大器(例如LNA)的ΙΙΡ3。舉例來(lái)說(shuō)，已顯示修改 的衍生疊加(MDS)方案在硅中運(yùn)行良好，從而實(shí)現(xiàn)大于+lOcffim的IIP3。(例如)在維拉狄 米·阿帕林(Vladimir Aparin)及勞倫斯E ·拉森(Lawrence Ε. Larson)的“用于使低噪 聲放大器的FET線性化的經(jīng)修改的衍生疊加方法(Modified Derivative Superposition method for Linearizing FETs for Low-Noise Amplifiers) ”，IEEE 微波理論和技術(shù)匯刊 (IEEE Trans. On Microwave Theory and Techniques)(第 52 卷，第 3 號(hào)，2005 年 2 月，第 571-581頁(yè))中更詳細(xì)地描述MDS。然而，此方案的局限性中的一者為其窄帶頻率操作區(qū)域， 從而使得其對(duì)寬帶應(yīng)用(例如TV調(diào)諧器、超寬帶系統(tǒng)等)來(lái)說(shuō)不合意。在后失真(PD)方 案中，一個(gè)裝置的非線性由另一裝置對(duì)抗。(例如)在那姆索·金姆(Namsoo Kim)等人的 “使用有源后失真線性化的蜂窩帶 CDMA 0. 25um CMOS LNA(A Cellular-band CDMA 0. 25um CMOS LNA Linearized using Active Post-Distortion)”，IEEE JSSC (第 41 卷，第 7 號(hào)， 2006年7月，第1532-1536頁(yè))中更詳細(xì)地描述PD方案。然而，此方案也對(duì)頻率敏感，從 而也使得其對(duì)寬帶應(yīng)用來(lái)說(shuō)不合意。在自適應(yīng)偏置方案中，跨導(dǎo)(gm)級(jí)使用基于輸入電 壓而改變的尾電流。(例如)在S·森古塔(S.Sengupta)的“自適應(yīng)偏置的線性跨導(dǎo)體 (Adaptively-biased Linear Transconductor)，，，IEEE CAS-I (第 52 卷，第 11 號(hào)，2005 年 11月，第2369-2375頁(yè))中更詳細(xì)地描述此方案。常規(guī)自適應(yīng)偏置放大器實(shí)質(zhì)上為寬帶，但 遭受共模抑制比(CMRR)問(wèn)題。
圖1說(shuō)明實(shí)例常規(guī)自適應(yīng)偏置、差分對(duì)放大器電路。如所示，放大器100包括gm 級(jí)110、電流緩沖器級(jí)120、尾電流源級(jí)(tail current source stage) 130及自適應(yīng)偏置電 路160。gm級(jí)110包括兩個(gè)晶體管112及114(例如，JFET)，其分別稱(chēng)作Ml及M2?？蓪⑤?入電壓Vin差分地施加到Ml及M2的柵極。舉例來(lái)說(shuō)，在圖1中，將+Vin/2施加到Ml的柵極，且將-Vin/2施加到M2的柵極。電流緩沖器級(jí)120包括級(jí)聯(lián)晶體管122及124(例如， JFET)，其分別稱(chēng)作M3及M4。M3及M4共同組成級(jí)聯(lián)對(duì)。尾電流源級(jí)130包括兩個(gè)尾電流 源晶體管132及134(例如，JFET)，其分別稱(chēng)作M5及M6。自適應(yīng)偏置電路160將DC偏置 電壓分別提供到晶體管M5及M6的柵極。自適應(yīng)偏置電路160包括電平移位器162及164， 其分接放大器100的輸出(即，分別地，晶體管M3與Ml之間的連接，及晶體管M4與M2之 間的連接)，且將其作為電壓參考Vsh反饋到尾電流源級(jí)130 (即，分別到晶體管M5及M6的 柵極)?？墒褂?例如)簡(jiǎn)單的源極跟隨器來(lái)實(shí)施電平移位器162及164。放大器100還 包括負(fù)載102及104。因此，負(fù)載102及104提供阻抗以將放大器100中的電流轉(zhuǎn)換為輸出 電壓，且可實(shí)施為電阻器、電感器等。
放大器100是有線的以使得負(fù)載102及104在第一端子處耦合到通用電源電壓 VDD，且在第二端子處分別耦合到M3及M4的漏極?？蓮呢?fù)載102及104的第二端子中的一 者分接輸出電壓Vout。舉例來(lái)說(shuō)，在圖1中，分接負(fù)載104的第二端子與M4的漏極之間的 連接以提供+Vout，且分接負(fù)載102的第二端子與M3的漏極之間的連接以提供-Vout。M3 及M4的柵極各自接收同一偏置電壓VDD。M3及M4的源極分別連接到Ml及M2的漏極。Ml 及M2的柵極差分地連接到輸入電壓Vin，如上文所描述。Ml及M2的源極被系接在一起且 連接到M5及M6的漏極。如上文所描述，將M5及M6的柵極連接到由電平移位器162及164 提供的反饋參考電壓Vsh。在此配置中，六個(gè)晶體管Ml到M6中的每一者經(jīng)匹配且使其主體 連接到其源極。
因?yàn)镸l與M3經(jīng)匹配且傳導(dǎo)相等量的電流，所以其柵極到源極電壓(Vgs)實(shí)質(zhì)上 相等。類(lèi)似地，M2與M4的Vgs電壓相等。因此，M3與M4的源極處的電壓差等于差分輸入 電壓Vin。歸因于差分對(duì)Ml與M2的共模抑制，即使輸入信號(hào)為單端的，這些源極電壓也為 全平衡的。在此設(shè)計(jì)中，調(diào)整Vsh以使得Vgs (Ml) = Vgs (M3) = Vgs (M5)。因此，Vin的平 衡版本分別由電平移位器162及164復(fù)制到M5及M6的柵極電壓。
可顯示M5與M6中的漏極電流的和含有非線性消除的二次相依。此外，DC操作電 流由VDD及反饋參考電壓Vsh來(lái)確定，而與共模輸入電平無(wú)關(guān)。另外，不需要全平衡信號(hào)。 可通過(guò)Ml與M2的共模抑制來(lái)減少由矩形脈沖形成電路(squaring circuit)中的組件產(chǎn) 生的噪聲。歸因于從其源極向下看所見(jiàn)的較大阻抗(導(dǎo)致較低有效的gm)，由級(jí)聯(lián)晶體管M3 及M4產(chǎn)生的噪聲可相對(duì)地忽略。因此，高頻率性能可稍微得以改進(jìn)，因?yàn)榉答佇盘?hào)不必通 過(guò)若干電流鏡來(lái)傳播。
然而，放大器100的線性仍具有顯著缺陷。舉例來(lái)說(shuō)，因?yàn)樽赃m應(yīng)偏置電路160 分接輸出(所述輸出已在各種放大級(jí)中經(jīng)受非線性失真)，且接著將其反饋到尾電流源級(jí) 150，所以已存在于放大器中的非線性由放大器100的自適應(yīng)偏置進(jìn)一步傳播。此外，放大 器100使用DC耦合，其可影響DC偏置條件且因此影響隨過(guò)程、電壓及溫度(PVT)的變化的 ^11線性化。VDD及Vsh上的DC操作電流的強(qiáng)相依性也使共模抑制比(CMRR)降級(jí)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示范性實(shí)施例針對(duì)一種適用于無(wú)線通信及其它應(yīng)用的具有改進(jìn)線性化 的放大器。
因此，本發(fā)明的實(shí)施例可包括一種包含放大器的設(shè)備，所述放大器具有跨導(dǎo)級(jí)、尾電流源級(jí)及自適應(yīng)偏置級(jí)?？鐚?dǎo)級(jí)可經(jīng)配置以接收輸入電壓。尾電流源級(jí)可經(jīng)配置以將電 流提供到跨導(dǎo)級(jí)。自適應(yīng)偏置級(jí)可將跨導(dǎo)級(jí)電容性地耦合到尾電流源級(jí)。
另一實(shí)施例可包括一種放大器，其包含用于接收輸入電壓的跨導(dǎo)裝置；用于將 電流提供到跨導(dǎo)裝置的電流提供裝置；及用于將跨導(dǎo)裝置電容性地耦合到電流提供裝置的 自適應(yīng)偏置裝置。
另一實(shí)施例可包括一種用于放大輸入電壓的集成電路，集成子電路包含第一子 電路，其用于接收輸入電壓；第二子電路，其用于將電流提供到第一子電路；及第三子電 路，其用于通過(guò)將第一子電路電容性地耦合到第二子電路而自適應(yīng)地對(duì)放大器進(jìn)行偏置。
另一實(shí)施例可包括一種用于放大接收信號(hào)的方法，其包含在跨導(dǎo)級(jí)處接收輸入 電壓；通過(guò)電流源將電流提供到跨導(dǎo)級(jí)；及通過(guò)將跨導(dǎo)級(jí)電容性地耦合到電流源而自適應(yīng) 地對(duì)電流源進(jìn)行偏置。


呈現(xiàn)附圖以幫助描述本發(fā)明的實(shí)施例且僅為了說(shuō)明實(shí)施例而提供所述附圖且不 對(duì)其限制。
圖1說(shuō)明常規(guī)自適應(yīng)偏置、差分對(duì)放大器電路的實(shí)例。
圖2A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的自適應(yīng)偏置、差分對(duì)放大器電路200。
圖2B說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的單端輸入放大器。
圖3說(shuō)明在標(biāo)準(zhǔn)雙音調(diào)測(cè)試下，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的自適應(yīng)偏置放大器的性 能。
圖4為說(shuō)明實(shí)例無(wú)線通信裝置(WCD)的框圖。
圖5為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于放大接收信號(hào)的方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的方面揭示于針對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例的以下描述及相關(guān)圖式中。在不脫 離本發(fā)明的范圍的情況下，可設(shè)計(jì)出替代實(shí)施例。另外，本發(fā)明的眾所周知元件將不再被詳 細(xì)描述或?qū)⒈皇÷砸员悴粫?huì)使本發(fā)明的相關(guān)細(xì)節(jié)含糊不清。
詞“示范性”在本文中用以意味著“充當(dāng)實(shí)例、例子或說(shuō)明”。不必將本文中描述為 “示范性”的任何實(shí)施例解釋為比其它實(shí)施例優(yōu)選或有利。同樣，術(shù)語(yǔ)“本發(fā)明的實(shí)施例”并 不要求本發(fā)明的所有實(shí)施例包括所論述的特征、優(yōu)點(diǎn)或操作模式。
本文中所使用的術(shù)語(yǔ)僅出于描述特定實(shí)施例的目的且不希望限制本發(fā)明的實(shí)施 例。如本文中所使用，除非上下文另外明確指示，否則單數(shù)形式“一”及“所述”也既定包括 復(fù)數(shù)形式。應(yīng)進(jìn)一步理解，術(shù)語(yǔ)“包含”、“包括”在本文中使用時(shí)指定所陳述的特征、整數(shù)、 步驟、操作、元件及/或組件的存在，但不排除一個(gè)或一個(gè)以上其它特征、整數(shù)、步驟、操作、 元件、組件及/或其群組的存在或添加。
另外，就待由(例如)計(jì)算裝置的元件執(zhí)行的動(dòng)作序列方面來(lái)描述許多實(shí)施例。應(yīng) 認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的各種方面可以若干不同形式來(lái)實(shí)施，已預(yù)期所有所述形式均在所主張標(biāo) 的物的范圍內(nèi)。另外，對(duì)于本文中所描述的實(shí)施例中的每一者來(lái)說(shuō)，任何此類(lèi)實(shí)施例的對(duì)應(yīng) 形式均可在本文中被描述為例如“經(jīng)配置以執(zhí)行所描述的動(dòng)作的邏輯”。
如上文在背景技術(shù)中所論述，常規(guī)自適應(yīng)偏置放大器具有顯著的線性問(wèn)題，從而 至少部分地阻止分接放大器輸出以將反饋提供到尾電流源。此技術(shù)進(jìn)一步傳播已存在的非 線性。相比來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例使用AC耦合電容器以將輸入電壓直接或間接地饋入到尾 電流源。以此方式，本發(fā)明的實(shí)施例能夠提供較干凈的自適應(yīng)偏置而無(wú)需常規(guī)自適應(yīng)偏置 放大器的非線性傳播。本文中所呈現(xiàn)的線性化方案還為有助于在頻率的廣闊范圍上操作的 寬帶方案。此外，與常規(guī)放大器100的有源方案不同，此設(shè)計(jì)為無(wú)源方案，其不增加功率消 耗或不向系統(tǒng)引入額外噪聲。
圖2A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的自適應(yīng)偏置、差分對(duì)放大器電路200。類(lèi)似于圖 1的常規(guī)放大器100，放大器200包括跨導(dǎo)(gm)級(jí)210、電流緩沖器級(jí)220、尾電流源級(jí)230， 及負(fù)載202及204 (例如，電阻器、電感器等)。然而，與常規(guī)放大器100相比來(lái)說(shuō)，放大器 200包括兩個(gè)DC偏置電路240及250，及新穎線性化電路260而不是常規(guī)自適應(yīng)偏置電路。
gm級(jí)210、電流緩沖器級(jí)220、尾電流源級(jí)230，及負(fù)載202與204包括與常規(guī)放大 器100中的其對(duì)應(yīng)物類(lèi)似的組件。明確地說(shuō)，gm級(jí)210包括兩個(gè)晶體管212及214(例如， JFET)，其再次分別稱(chēng)作Ml及M2。Ml及M2的柵極可稱(chēng)作輸入連接，且Ml及M2的漏極可稱(chēng) 作輸出連接?？蓪⑤斎腚妷篤in差分地施加到Ml及M2的柵極。舉例來(lái)說(shuō)，在圖2A中，將 +Vin/2施加到Ml的柵極，且將-Vin/2施加到M2的柵極。電流緩沖器級(jí)220包括級(jí)聯(lián)晶 體管222及224(例如，JFET)，其再次分別稱(chēng)作M3及M4。如在常規(guī)放大器100中，M3及M4 共同組成級(jí)聯(lián)對(duì)。尾電流源級(jí)230包括兩個(gè)尾電流源晶體管232及234(例如，JFET)，其再 次分別稱(chēng)作M5及M6。
使用DC偏置電路240及250來(lái)對(duì)尾電流源級(jí)230進(jìn)行DC偏置，DC偏置電路240 及250分別將偏置電壓提供到晶體管M5及M6的柵極?？?例如)分別用電流源242及 252、輸出電阻器244及254，及晶體管246及256(例如，JFET)來(lái)實(shí)施DC偏置電路240及 250中的每一者。
線性化電路260包括兩個(gè)AC耦合電容器262及沈4，其將輸入電壓Vin的差分輸 入分別電容性地耦合到尾電流源級(jí)230的晶體管M5及M6的柵極。AC耦合電容器262及 264可為芯片上電容器、電解電容器等。在芯片上應(yīng)用中，AC耦合電容器可為金屬氧化物半 導(dǎo)體電容器、多晶硅-多晶硅電容器、金屬對(duì)金屬(metal-to-metal)電容器等。
所述電路是有線的以使得負(fù)載202及204在第一端子處連接到通用電源電壓VDD， 且在第二端子處分別連接到M3及M4的漏極。可從負(fù)載202及204的第二端子中的一者分 接輸出電壓Vout。舉例來(lái)說(shuō)，在圖2A中，分接負(fù)載204的第二端子與M4的漏極之間的連接 以提供+Vout，且分接負(fù)載202的第二端子與M3的漏極之間的連接以提供-Vout。M3及M4 的柵極各自接收同一偏置電壓VDD。M3及M4的源極分別連接到Ml及M2的漏極。Ml及M2 的柵極差分地連接到輸入電壓Vin，如上文所描述。Ml及M2的源極被系接在一起且連接到 M5及M6的漏極。如上文所描述，M5及M6的柵極分別連接到DC偏置電路240及250的輸 出。又如上文所描述，M5及M6的柵極經(jīng)由AC耦合電容器沈2及沈4進(jìn)一步耦合到差分輸 入電壓。六個(gè)晶體管Ml到M6中的每一者可經(jīng)匹配且使其主體連接到其源極。
當(dāng)輸入電壓Vin增加時(shí)，從而驅(qū)動(dòng)Ml以攜載更多電流，AC耦合電容器262將與輸 入到Ml的柵極的電壓相同的輸入電壓(例如，圖2A中的+Vin/2)耦合到M5的柵極。因 此，M5充當(dāng)自適應(yīng)偏置AC電流源。因此，由M5驅(qū)動(dòng)的電流隨輸入電壓Vin的增加而增加，且M5能夠?qū)⒏嚯娏鞴?yīng)到Ml。當(dāng)輸入電壓Vin增加時(shí)，晶體管M2與M6 (其柵極經(jīng)由AC 耦合電容器264耦合)類(lèi)似地運(yùn)轉(zhuǎn)。
因此，在尾電流源級(jí)沈0中，M5及M6充當(dāng)恒定DC電流源，但還充當(dāng)可變AC電流 源。如上文所描述，此允許放大器200提供較干凈的自適應(yīng)偏置而不影響DC偏置狀況且因 此不影響放大器隨過(guò)程、電壓及溫度(PVT)的變化的線性。
應(yīng)了解，上文相對(duì)于圖2A的差分放大器所描述的技術(shù)可應(yīng)用于各種其它放大器 配置。舉例來(lái)說(shuō)，圖2B說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的單端輸入放大器。
如圖2B中所示，放大器201包括gm級(jí)210、電流緩沖器級(jí)220、尾電流源級(jí)230、負(fù) 載202及204、兩個(gè)DC偏置電路240及250，及類(lèi)似于圖2A的放大器200的新穎線性化電 路260。然而，與圖2A的差分輸入設(shè)計(jì)相比來(lái)說(shuō)，圖2B的單端輸入設(shè)計(jì)在gm級(jí)晶體管中的 一者(例如，晶體管212)處接收單端輸入Vin且使另一 g^l晶體管(例如，晶體管214)耦 合到接地電壓。因此，為了自適應(yīng)地對(duì)尾電流源級(jí)230進(jìn)行偏置，圖2B的線性化電路260 從晶體管212及214的漏極(與圖2A的差分輸入設(shè)計(jì)中的晶體管212及214的柵極相比) 電容性地耦合輸入電壓Vin。明確地說(shuō)，晶體管212及214的漏極交叉耦合到AC耦合電容 器262及沈4，以使得晶體管212的漏極耦合到AC耦合電容器沈4，且晶體管214的漏極耦 合到AC耦合電容器262。因此，在圖2B的單端輸入設(shè)計(jì)中，AC耦合電容器212接收大約 +Vin/2的電壓，且AC耦合電容器214接收大約-Vin/2的電壓，此與圖2A的差分輸入設(shè)計(jì) 相同。
如在背景技術(shù)中所論述，放大器的線性可通過(guò)測(cè)量其輸入?yún)⒖既A截取點(diǎn)(IIP3) 來(lái)進(jìn)行量化。如在此項(xiàng)技術(shù)中所眾所周知，可(例如)使用標(biāo)準(zhǔn)雙音調(diào)測(cè)試(two-tone test)來(lái)進(jìn)行此操作。在雙音調(diào)測(cè)試中，稍微變化的基本頻率下的兩個(gè)正弦波輸入到放大 器。因?yàn)榉糯笃鞑⒎峭昝赖鼐€性，所以除輸出對(duì)應(yīng)于兩個(gè)輸入頻率的兩個(gè)所要信號(hào)外，放大 器還產(chǎn)生兩個(gè)三階互調(diào)產(chǎn)物。三階互調(diào)產(chǎn)物為通過(guò)放大器中的非線性互混合(或調(diào)制)雙 音調(diào)輸入的結(jié)果。對(duì)比輸入頻率來(lái)標(biāo)繪輸出信號(hào)及三階互調(diào)產(chǎn)物，且將IIP3測(cè)量為所要輸 出信號(hào)與三階產(chǎn)物在振幅上變得相等的理論點(diǎn)。因?yàn)槿A互調(diào)產(chǎn)物常常在頻率上極接近于 所要信號(hào)，且因此不可通過(guò)濾波容易地加以移除，雙音調(diào)測(cè)試提供對(duì)系統(tǒng)的線性的良好測(cè) 量。
圖3說(shuō)明在標(biāo)準(zhǔn)雙音調(diào)測(cè)試下，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的自適應(yīng)偏置放大器的性 能。在圖3中，對(duì)實(shí)施圖2A及圖2B的技術(shù)的具有5pF的AC耦合電容值的自適應(yīng)偏置放 大器執(zhí)行雙音調(diào)測(cè)試。在表明寬帶能力的頻率范圍上執(zhí)行雙音調(diào)測(cè)試。明確地說(shuō)，對(duì)集中 于250MHz (音調(diào)群組330) ,500MHz (音調(diào)群組；340)、750MHz (音調(diào)群組350)、1 OOOMHz (音調(diào) 群組320)及1500MHz (音調(diào)群組360)的示范性頻率處的音調(diào)執(zhí)行雙音調(diào)測(cè)試。為進(jìn)行比 較，對(duì)于不具有任何自適應(yīng)偏置的常規(guī)差分放大器來(lái)說(shuō)，還對(duì)集中于大約650MHz (音調(diào)群 組310)的頻率處的音調(diào)執(zhí)行雙音調(diào)測(cè)試。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在圖3中僅展示一階及三階音調(diào)。
對(duì)應(yīng)于常規(guī)差分放大器的輸出的音調(diào)群組310包括三階音調(diào)312、一階音調(diào)314、 一階音調(diào)316及三階音調(diào)318。一階音調(diào)314及316對(duì)應(yīng)于兩個(gè)輸入音調(diào)的所要放大器輸 出，且三階音調(diào)312及318對(duì)應(yīng)于歸因于放大器中的非線性而產(chǎn)生的三階諧波。從音調(diào)群 組310導(dǎo)出的常規(guī)放大器的IIP3為大約Ocffim。
對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的自適應(yīng)偏置放大器的輸出的音調(diào)群組320包括三階音調(diào)322、一階音調(diào)324、一階音調(diào)3 及三階音調(diào)328。一階音調(diào)3M及3 對(duì)應(yīng)于兩個(gè) 輸入音調(diào)的所要放大器輸出，且三階音調(diào)322及3 對(duì)應(yīng)于歸因于放大器中的非線性而產(chǎn) 生的三階諧波?？梢灶?lèi)似方式解釋音調(diào)群組330、340、350及360。
如從圖3容易明了，與來(lái)自常規(guī)差分放大器的三階音調(diào)312及318輸出相比，來(lái)自 自適應(yīng)偏置放大器的第三音調(diào)322及3 輸出顯著減小。從音調(diào)群組310導(dǎo)出的自適應(yīng)偏 置放大器的IIP3為大約12dBm。此外，音調(diào)群組320到360的三階音調(diào)是相對(duì)恒定的。
因此，如圖3中所示，根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的自適應(yīng)偏置放大器可比常 規(guī)差分放大器提供更線性化(即，改進(jìn)的IIP3)的輸出。此外，改進(jìn)線性化不限于窄頻帶， 而維持在相對(duì)廣的頻率范圍上。
AC耦合電容器的不同AC電容值將提供不同線性化能力。表1展示針對(duì)AC耦合 電容器在2pF到SpF的范圍內(nèi)的不同電容值，在標(biāo)準(zhǔn)雙音調(diào)測(cè)試下的模擬IIP3數(shù)據(jù)。然 而，應(yīng)了解AC耦合電容器值的適當(dāng)范圍取決于針對(duì)尾電流源的晶體管(例如，圖2A及圖2B 的M5及M6)所選擇的物理大小，因?yàn)槲搽娏髟吹臇艠O到源極電容隨其物理大小而按比例調(diào) 整。因此，僅出于示范性目的而展示表1中的值，且不希望為限制。針對(duì)集中于大約700MHz 周?chē)妮斎胍粽{(diào)執(zhí)行表1的模擬。
權(quán)利要求
1.一種包含放大器的設(shè)備，其中所述放大器包含 跨導(dǎo)級(jí)，其經(jīng)配置以接收輸入電壓；尾電流源級(jí)，其經(jīng)配置以將電流提供到所述跨導(dǎo)級(jí)；以及 自適應(yīng)偏置級(jí)，其經(jīng)配置以將所述跨導(dǎo)級(jí)電容性地耦合到所述尾電流源級(jí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中所述跨導(dǎo)級(jí)包含第一及第二晶體管，所述自適 應(yīng)偏置級(jí)經(jīng)配置以基于在所述第一及第二晶體管的柵極處所接收的差分輸入電壓而將所 述第一及第二晶體管的所述柵極電容性地耦合到所述尾電流源級(jí)的偏置輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器，其中所述自適應(yīng)偏置級(jí)包括AC耦合電容器，每一AC 耦合電容器在第一端子處連接到所述跨導(dǎo)級(jí)的所述第一及第二晶體管中的一者的柵極，且 在第二端子處連接到所述尾電流源級(jí)的偏置輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的放大器，其中每一AC耦合電容器具有在約2pF到約SpF范圍 內(nèi)的電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的放大器，其中每一AC耦合電容器具有約4pF到約5pF的電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中所述跨導(dǎo)級(jí)包含第一及第二晶體管，所述自適 應(yīng)偏置級(jí)經(jīng)配置以基于在所述第一及第二晶體管中的一者的柵極處所接收的單端輸入電 壓而將所述第一及第二晶體管的漏極電容性地交叉耦合到所述尾電流源級(jí)的偏置輸入。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的放大器，其中所述自適應(yīng)偏置級(jí)包括AC耦合電容器，每一AC 耦合電容器在第一端子處連接到所述跨導(dǎo)級(jí)的所述第一及第二晶體管中的一者的漏極，且 在第二端子處連接到所述尾電流源級(jí)的偏置輸入。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的放大器，其中每一AC耦合電容器具有在約2pF到約SpF范圍 內(nèi)的電容。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的放大器，其中每一AC耦合電容器具有約4pF到約5pF的電容。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其進(jìn)一步包含至少一個(gè)DC偏置電路，其耦合到所述尾電流源級(jí)的偏置輸入且經(jīng)配置以將DC偏置電 壓提供到所述尾電流源級(jí)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其進(jìn)一步包含電流緩沖器級(jí)，其耦合到所述跨導(dǎo)級(jí)且經(jīng)配置以對(duì)從電源提供到所述跨導(dǎo)級(jí)的電流進(jìn) 行緩沖。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放大器，其進(jìn)一步包含負(fù)載阻抗，所述負(fù)載阻抗連接于所述電源與所述電流緩沖器級(jí)之間，其中至少一個(gè)輸 出電壓從所述負(fù)載阻抗中的至少一者與所述電流緩沖器級(jí)之間的連接分接。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的放大器，其中所述負(fù)載阻抗為電阻器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備為無(wú)線通信裝置。
15.一種放大器，其包含跨導(dǎo)裝置，其用于接收輸入電壓； 電流提供裝置，其用于將電流提供到所述跨導(dǎo)裝置；以及 自適應(yīng)偏置裝置，其用于將所述跨導(dǎo)裝置電容性地耦合到所述電流提供裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的放大器，其中所述自適應(yīng)偏置裝置基于差分輸入電壓而將 所述跨導(dǎo)裝置的輸入連接耦合到所述電流提供裝置的偏置輸入。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的放大器，其中所述自適應(yīng)偏置裝置基于單端輸入電壓而將 所述跨導(dǎo)裝置的輸出連接交叉耦合到所述電流提供裝置的偏置輸入。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的放大器，其中所述自適應(yīng)偏置裝置包括在約2pF到約SpF 范圍內(nèi)的電容。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的放大器，其中所述自適應(yīng)偏置裝置包括約4pF到約5pF的 電容。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的放大器，其進(jìn)一步包含用于將DC偏置電壓提供到所述自適應(yīng)偏置裝置的DC偏置裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的放大器，其進(jìn)一步包含用于對(duì)從電源提供到所述跨導(dǎo)裝置的電流進(jìn)行緩沖的電流緩沖器裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的放大器，其進(jìn)一步包含用于阻止電流在所述電源與所述電流緩沖器裝置之間流動(dòng)的阻抗裝置，其中至少一個(gè) 輸出電壓從所述阻抗裝置與所述電流緩沖器裝置之間的連接分接。
23.一種用于放大輸入電壓的集成電路，所述集成電路包含 第一子電路，其用于接收所述輸入電壓；第二子電路，其用于將電流提供到所述第一子電路；以及第三子電路，其用于通過(guò)將所述第一子電路電容性地耦合到所述第二子電路而自適應(yīng) 地對(duì)放大器進(jìn)行偏置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的集成電路，其中所述第三子電路基于差分輸入電壓而將所 述第一子電路的輸入連接耦合到所述第三子電路的偏置輸入。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的集成電路，其中所述第三子電路基于單端輸入電壓而將所 述第一子電路的輸出連接交叉耦合到所述第三子電路的偏置輸入。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的集成電路，其中所述第三子電路提供在約2pF到約SpF范 圍內(nèi)的電容。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的集成電路，其中所述第三子電路提供約4pF到約5pF的電容。
28.根據(jù)權(quán)利要求^所述的集成電路，其進(jìn)一步包含 第四子電路，其用于將DC偏置電壓提供到所述第三子電路。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的集成電路，其進(jìn)一步包含第五子電路，其用于對(duì)從電源提供到所述第一子電路的電流進(jìn)行緩沖。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的集成電路，其進(jìn)一步包含第六子電路，其用于阻止電流在所述電源與所述第五子電路之間流動(dòng)，其中至少一個(gè) 輸出電壓從所述第六子電路與所述第五子電路之間的連接分接。
31.一種用于放大接收信號(hào)的方法，其包含 在跨導(dǎo)級(jí)處接收輸入電壓；通過(guò)電流源將電流提供到所述跨導(dǎo)級(jí)；以及通過(guò)將所述跨導(dǎo)級(jí)電容性地耦合到所述電流源而自適應(yīng)地對(duì)所述電流源進(jìn)行偏置。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中自適應(yīng)地進(jìn)行偏置包括基于差分輸入電壓而將 所述跨導(dǎo)級(jí)的輸入連接耦合到所述電流源的偏置輸入。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中自適應(yīng)地進(jìn)行偏置包括基于單端輸入電壓而將 所述跨導(dǎo)級(jí)的輸出連接耦合到所述電流源的偏置輸入。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其進(jìn)一步包含 將DC偏置電壓提供到自適應(yīng)偏置級(jí)。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其進(jìn)一步包含 對(duì)從電源提供到所述跨導(dǎo)級(jí)的電流進(jìn)行緩沖。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其進(jìn)一步包含阻止電流在所述電源與電流緩沖器級(jí)之間流動(dòng)，其中從至少一個(gè)負(fù)載阻抗與電流緩沖 器之間的連接分接至少一個(gè)輸出電壓。
全文摘要
根據(jù)一些實(shí)施例，放大器(200)可包括跨導(dǎo)級(jí)(210)、尾電流源級(jí)(230)及自適應(yīng)偏置級(jí)。所述跨導(dǎo)級(jí)(210)可經(jīng)配置以接收輸入電壓(Vim)。所述尾電流源級(jí)(230)可經(jīng)配置以將電流提供到所述跨導(dǎo)級(jí)(210)。所述自適應(yīng)偏置級(jí)可將所述跨導(dǎo)級(jí)電容性地耦合到所述尾電流源級(jí)。
文檔編號(hào)H03F3/45GK102037641SQ200980118155
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者肯尼思·查爾斯·巴尼特, 蘇桑塔·森古普塔 申請(qǐng)人:高通股份有限公司