專利名稱：用于改善平衡-不平衡變換器負(fù)載質(zhì)量因數(shù)的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平衡-不平衡變換器，且更具體地說(shuō)，涉及用于改善耦合到電路中的 后續(xù)負(fù)載級(jí)的平衡-不平衡變換器的質(zhì)量因數(shù)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
例如通信發(fā)射器等現(xiàn)代電裝置通常并入有用于將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端型信號(hào)的 平衡_不平衡變換器。舉例來(lái)說(shuō)，無(wú)線發(fā)射器電路可使用平衡_不平衡變換器來(lái)將由所述 發(fā)射器電路產(chǎn)生的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端型信號(hào)以用于進(jìn)一步放大并經(jīng)由無(wú)線信道發(fā)射。常 見的平衡_不平衡變換器實(shí)施方案包括兩個(gè)互耦合的電感性元件，所述電感性元件經(jīng)配置 以使得第一(初級(jí))平衡-不平衡變換器元件上的差分電壓產(chǎn)生第二(次級(jí))平衡-不平 衡變換器元件上的對(duì)應(yīng)單端型電壓。在用于通信裝置的平衡_不平衡變換器的設(shè)計(jì)中，平衡_不平衡變換器的質(zhì)量因 數(shù)(或“Q”)為關(guān)鍵優(yōu)良指數(shù)。對(duì)于整個(gè)裝置來(lái)說(shuō)，較高的Q通常導(dǎo)致較高的平衡_不平衡 變換器輸出電壓以及較佳的功率轉(zhuǎn)移及信噪比(SNR)特性。當(dāng)次級(jí)平衡-不平衡變換器元 件耦合到后續(xù)負(fù)載級(jí)時(shí)，經(jīng)負(fù)載的平衡_不平衡變換器的Q(或“負(fù)載Q”)可能歸因于電阻 性負(fù)載元件的存在而降低，從而導(dǎo)致較差的整體裝置性能。將需要提供用于改善平衡-不平衡變換器負(fù)載Q的簡(jiǎn)單且有效的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面提供一種用于改善耦合到放大器的平衡-不平衡變換器的共 振因數(shù)的方法，所述平衡-不平衡變換器包含用于將單端型信號(hào)提供到所述放大器的平 衡_不平衡變換器次級(jí)元件，所述平衡_不平衡變換器次級(jí)元件包含第一節(jié)點(diǎn)及第二節(jié)點(diǎn)， 所述放大器包含源極節(jié)點(diǎn)，所述方法包含經(jīng)由共用接地節(jié)點(diǎn)將所述平衡_不平衡變換器 次級(jí)元件第二節(jié)點(diǎn)耦合到所述放大器源極節(jié)點(diǎn)；及將所述共用接地節(jié)點(diǎn)耦合到接地電壓。本發(fā)明的另一方面提供一種包含耦合到放大器的平衡_不平衡變換器的發(fā)射器 設(shè)備，所述平衡_不平衡變換器包含用于將單端型信號(hào)提供到所述放大器的平衡_不平衡 變換器次級(jí)元件，所述平衡_不平衡變換器次級(jí)元件包含第一節(jié)點(diǎn)及第二節(jié)點(diǎn)，所述放大 器包含源極節(jié)點(diǎn)，其中所述平衡_不平衡變換器次級(jí)元件第二節(jié)點(diǎn)經(jīng)由共用接地節(jié)點(diǎn)而耦 合到所述放大器源極節(jié)點(diǎn)；且所述共用接地節(jié)點(diǎn)耦合到接地電壓。本發(fā)明的又一方面提供一種包含耦合到放大器的平衡-不平衡變換器的設(shè)備，所 述平衡_不平衡變換器包含用于將單端型信號(hào)提供到所述放大器的平衡_不平衡變換器次 級(jí)元件，所述平衡_不平衡變換器次級(jí)元件包含第一節(jié)點(diǎn)及第二節(jié)點(diǎn)，所述放大器包含輸 入節(jié)點(diǎn)及源極節(jié)點(diǎn)，所述平衡_不平衡變換器次級(jí)元件第一節(jié)點(diǎn)耦合到所述放大器的所述 輸入節(jié)點(diǎn)，所述設(shè)備進(jìn)一步包含用于使用具有最小長(zhǎng)度的跡線在共用接地節(jié)點(diǎn)處將所述 放大器源極節(jié)點(diǎn)耦合到所述平衡_不平衡變換器次級(jí)元件第二節(jié)點(diǎn)的裝置。


圖1描繪用于通信裝置的現(xiàn)有技術(shù)發(fā)射器電路的示范性實(shí)施例。圖2描繪存在于耦合到放大器200 (例如，圖1中所展示的pDA 102)的平衡-不 平衡變換器101的實(shí)際實(shí)施方案中的寄生元件。圖2A描繪說(shuō)明圖2中所展示的寄生電感對(duì)發(fā)射器電路性能的影響的放大器200 的特定電路實(shí)施方案。圖3描繪根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，其中平衡_不平衡變換器次級(jí)元件101. 2 的節(jié)點(diǎn)101. 2b經(jīng)由共用接地節(jié)點(diǎn)300a而在芯片上耦合到放大器200的節(jié)點(diǎn)200a。圖3A描繪根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，其中節(jié)點(diǎn)300a經(jīng)由可提供于芯片上 或芯片外的峰化電感器300而進(jìn)一步耦合到芯片外接地電壓。圖3B說(shuō)明根據(jù)本文中所揭示的技術(shù)的平衡_不平衡變換器次級(jí)元件電壓振幅的 頻率特性的改變的實(shí)例。圖4描繪根據(jù)本發(fā)明的耦合到pDA的平衡-不平衡變換器的示范性實(shí)施例。圖5描繪根據(jù)本發(fā)明的一種方法的示范性實(shí)施例。圖6描繪插入于根據(jù)本發(fā)明的放大器與后續(xù)輸出負(fù)載級(jí)之間的額外緩沖(驅(qū)動(dòng)) 放大器。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖陳述的詳細(xì)描述既定作為對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的描述，且不希 望表示可實(shí)踐本發(fā)明的僅有示范性實(shí)施例。在此整個(gè)描述中使用的術(shù)語(yǔ)“示范性”意指“充 當(dāng)實(shí)例、例子或說(shuō)明”，且應(yīng)不必被解釋為相對(duì)于其它示范性實(shí)施例來(lái)說(shuō)為優(yōu)選或有利的。 詳細(xì)描述出于提供對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的徹底理解的目的而包括特定細(xì)節(jié)。所屬領(lǐng)域 的技術(shù)人員將明了，可在無(wú)這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明的示范性實(shí)施例。在一些例 子中，以框圖形式展示眾所周知的結(jié)構(gòu)及裝置以便避免混淆本文中呈現(xiàn)的示范性實(shí)施例的 新穎性。圖1描繪用于通信裝置的現(xiàn)有技術(shù)發(fā)射器電路的示范性實(shí)施例。在圖1中，將基 帶輸入信號(hào)BB_I (同相)及BB_Q(正交相)提供到低通濾波器103. 1及103. 2。將低通濾 波器的輸出信號(hào)提供到混頻器104. 1及104. 2，所述混頻器104. 1及104. 2通過(guò)將經(jīng)濾波 的基帶信號(hào)分別乘以本機(jī)振蕩器信號(hào)L0_I及L0_Q而將其調(diào)制到較高頻率?；祛l器104. 1 及104. 2的差分輸出經(jīng)組合并提供到增益受動(dòng)態(tài)控制的可變?cè)鲆娣糯笃?VGA) 104. 5。接著 將VGA 104. 5的差分輸出耦合到平衡-不平衡變換器101的平衡-不平衡變換器初級(jí)元件 101. 1。平衡-不平衡變換器101還包括電磁耦合到平衡-不平衡變換器初級(jí)元件101. 1 的平衡-不平衡變換器次級(jí)元件101. 2。平衡-不平衡變換器101作用以將平衡-不平衡 變換器初級(jí)元件101. 1上的差分電壓轉(zhuǎn)換成在平衡-不平衡變換器次級(jí)元件101. 2的節(jié)點(diǎn) 101. 2a處的單端型電壓，其中平衡-不平衡變換器次級(jí)元件101. 2的另一節(jié)點(diǎn)101. 2b耦合 到接地電壓。在圖1中，平衡-不平衡變換器初級(jí)元件及次級(jí)元件經(jīng)展示為互耦合的電感 器，但本發(fā)明并不限于將平衡-不平衡變換器實(shí)施為互耦合的電感器。在圖1中，平衡-不 平衡變換器初級(jí)電感101. 1經(jīng)分接到DC供應(yīng)電壓VDD，且在平衡-不平衡變換器初級(jí)電感 101. 1的任一節(jié)點(diǎn)處的AC電壓通?？沙^(guò)VDD。
5
在圖1中，平衡-不平衡變換器次級(jí)元件101. 2的節(jié)點(diǎn)101. 2a耦合到前置驅(qū)動(dòng)放 大器(pDA) 102，繼之以驅(qū)動(dòng)放大器(DA) 103?？墒褂肈A 103的輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)功率放大器(PA) 及/或其它芯片外電路。應(yīng)注意，僅出于說(shuō)明目的而展示圖1中所描繪的發(fā)射器架構(gòu)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人 員將認(rèn)識(shí)到，替代發(fā)射器架構(gòu)可省略所展示的元件中的一些元件或并入有未展示的其它元 件。舉例來(lái)說(shuō)，發(fā)射器不需要并入有PDA及DA兩者；替代實(shí)施方案可僅并入有直接耦合到 平衡_不平衡變換器次級(jí)元件的DA。預(yù)期本發(fā)明的技術(shù)適用于這些替代發(fā)射器架構(gòu)。還應(yīng)注意，圖1中描繪的發(fā)射器電路不希望將本發(fā)明的范圍限制于發(fā)射器電路。 本發(fā)明的技術(shù)通?？蓱?yīng)用于平衡_不平衡變換器耦合到后續(xù)負(fù)載級(jí)的任何設(shè)計(jì)中(例如， 在用于接收器電路的低噪聲放大器(LNA)中)。預(yù)期這些示范性實(shí)施例屬于本發(fā)明的范圍 內(nèi)。圖2描繪存在于耦合到放大器200 (例如，圖1中所展示的pDA 102)的平衡-不 平衡變換器101的實(shí)際實(shí)施方案中的寄生元件。在圖2中，平衡-不平衡變換器101及放 大器200經(jīng)展示為均實(shí)施于單一芯片上(“芯片上”)且分開地耦合到在芯片外部(“芯片 外”)的接地電壓連接。寄生元件通常存在于將芯片上節(jié)點(diǎn)耦合到芯片外節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)電跡線 中(例如，由接合線產(chǎn)生的寄生電感)。在圖2中，寄生電感Lpi串聯(lián)存在于平衡-不平衡 變換器次級(jí)元件101. 2的節(jié)點(diǎn)101. 2b與芯片外接地電壓之間，而寄生電感Lp2串聯(lián)存在于 放大器200的節(jié)點(diǎn)200a與芯片外接地電壓之間。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，圖2中未展示的額外寄生元件(例如，寄生電阻及 電容)還可存在于耦合到放大器的平衡_不平衡變換器的實(shí)際實(shí)施方案中。圖2A描繪說(shuō)明寄生電感對(duì)發(fā)射器電路性能的影響的放大器200的特定電路實(shí)施 方案。應(yīng)注意，為簡(jiǎn)單起見，本文中的圖2A、圖3及圖3A省略用于對(duì)所展示晶體管進(jìn)行偏置 的偏置方案的細(xì)節(jié)，且所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可易于導(dǎo)出用于所展示放大器的必要偏置/AC 耦合網(wǎng)絡(luò)。還應(yīng)注意，僅出于說(shuō)明目的而展示放大器200的特定電路實(shí)施方案，且所屬領(lǐng)域 的技術(shù)人員將了解，本發(fā)明的技術(shù)仍可應(yīng)用于不同于圖2A中所展示的放大器拓?fù)涞姆糯?器拓?fù)?。預(yù)期這些示范性實(shí)施例屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。在圖2A中，放大器200包括以共源極放大器配置連接的NMOS晶體管Ml或200. 1， 其中Ml的柵極耦合到平衡-不平衡變換器次級(jí)元件101. 2的節(jié)點(diǎn)101. 2a，漏極耦合到負(fù)載 (未圖示)，且節(jié)點(diǎn)200a處的源極經(jīng)由寄生電感Lp2耦合到芯片外接地電壓。所屬領(lǐng)域的技 術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，如從平衡_不平衡變換器次級(jí)元件101. 2的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)101. 2a及101. 2b 所測(cè)量，到圖2A中的共源極放大器的輸入阻抗Zin由(等式1)給出
Zin = s{Lpl+Lp2)+-^- +
其中Cgs為Ml (未圖示)的柵極-源極電容，且gml為Ml的跨導(dǎo)。(例如，參見IEEE 固態(tài)電路雜志(IEEE J. Solid-State Circuits) (1997年)第745到759頁(yè)的德里克·Κ ·薛 佛(Derek K. Shaeffer)及托馬斯· H ·李(Thomas H. Lee)的 “1. 5V、1. 5GHz CMOS 低噪聲 放大器(A 1.5V，1.5GHz CMOS Low Noise Amplifier)”)。根據(jù)等式1，可見寄生電感Lpl及Lp2向輸入阻抗Zin貢獻(xiàn)實(shí)(電阻性)分量
權(quán)利要求
1.一種用于改善耦合到放大器的平衡-不平衡變換器的共振因數(shù)的方法，所述平 衡-不平衡變換器包含用于將單端型信號(hào)提供到所述放大器的平衡-不平衡變換器次級(jí)元 件，所述平衡-不平衡變換器次級(jí)元件包含第一節(jié)點(diǎn)及第二節(jié)點(diǎn)，所述放大器包含輸入節(jié) 點(diǎn)及源極節(jié)點(diǎn)，所述平衡-不平衡變換器次級(jí)元件第一節(jié)點(diǎn)耦合到所述放大器的所述輸入 節(jié)點(diǎn)，所述方法包含經(jīng)由共用接地節(jié)點(diǎn)將所述平衡-不平衡變換器次級(jí)元件第二節(jié)點(diǎn)耦合到所述放大器 源極節(jié)點(diǎn)；及將所述共用接地節(jié)點(diǎn)耦合到接地電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述放大器為前置驅(qū)動(dòng)放大器，所述前置驅(qū)動(dòng)放大器 進(jìn)一步耦合到驅(qū)動(dòng)放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述平衡-不平衡變換器及所述放大器駐存于單一芯 片上，所述共用接地節(jié)點(diǎn)駐存于芯片上，且所述接地電壓駐存于芯片外。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步包含將所述共用接地節(jié)點(diǎn)耦合到峰化電感器，所述峰化電感器耦合到所述接地電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，所述峰化電感器在芯片上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，所述峰化電感器為螺旋電感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，所述峰化電感器在芯片外。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，所述峰化電感器為接合線。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，所述峰化電感器具有至少InH的電感。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述放大器包含共源極放大器，所述共源極放大器 的源極節(jié)點(diǎn)為所述放大器的所述源極節(jié)點(diǎn)，所述共源極放大器的柵極節(jié)點(diǎn)耦合到所述平 衡-不平衡變換器次級(jí)元件第一節(jié)點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，所述放大器包含反相放大器，所述反相放大器包含 配置為共源極放大器的NMOS晶體管及PMOS晶體管。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述放大器進(jìn)一步包含用于響應(yīng)于控制信號(hào)而選擇 性地啟用或停用所述反相放大器的晶體管。
13.一種包含耦合到放大器的平衡-不平衡變換器的設(shè)備，所述平衡-不平衡變換器包 含用于將單端型信號(hào)提供到所述放大器的平衡-不平衡變換器次級(jí)元件，所述平衡-不平 衡變換器次級(jí)元件包含第一節(jié)點(diǎn)及第二節(jié)點(diǎn)，所述放大器包含輸入節(jié)點(diǎn)及源極節(jié)點(diǎn)，所述 平衡-不平衡變換器次級(jí)元件第一節(jié)點(diǎn)耦合到所述放大器的所述輸入節(jié)點(diǎn)，其中所述平衡-不平衡變換器次級(jí)元件第二節(jié)點(diǎn)經(jīng)由共用接地節(jié)點(diǎn)而耦合到所述放大器 源極節(jié)點(diǎn)；且所述共用接地節(jié)點(diǎn)耦合到接地電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，所述放大器為前置驅(qū)動(dòng)放大器，所述前置驅(qū)動(dòng)放大 器進(jìn)一步耦合到驅(qū)動(dòng)放大器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，所述設(shè)備包含第一芯片，所述平衡-不平衡變換器及 所述放大器駐存于所述第一芯片上，所述共用接地節(jié)點(diǎn)駐存于所述第一芯片上，所述接地 電壓駐存于所述第一芯片外。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含峰化電感器，所述峰化電感器耦合到所述接地電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，所述峰化電感器駐存于所述第一芯片上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，所述峰化電感器為螺旋電感器。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，所述峰化電感器駐存于芯片外。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，所述峰化電感器為接合線。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，所述峰化電感器具有至少InH的電感。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，所述放大器包含共源極放大器，所述共源極放大器 的源極節(jié)點(diǎn)為所述放大器的所述源極節(jié)點(diǎn)，所述共源極放大器的柵極節(jié)點(diǎn)耦合到所述平 衡-不平衡變換器次級(jí)元件第一節(jié)點(diǎn)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，所述放大器包含反相放大器，所述反相放大器包含 配置為共源極放大器的NMOS晶體管及PMOS晶體管。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，所述設(shè)備為發(fā)射器電路。
25.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，所述設(shè)備為接收器電路。
26.一種包含耦合到放大器的平衡-不平衡變換器的設(shè)備，所述平衡-不平衡變換器包 含用于將單端型信號(hào)提供到所述放大器的平衡-不平衡變換器次級(jí)元件，所述平衡-不平 衡變換器次級(jí)元件包含第一節(jié)點(diǎn)及第二節(jié)點(diǎn)，所述放大器包含輸入節(jié)點(diǎn)及源極節(jié)點(diǎn)，所述 平衡-不平衡變換器次級(jí)元件第一節(jié)點(diǎn)耦合到所述放大器的所述輸入節(jié)點(diǎn)，所述設(shè)備進(jìn)一 步包含用于使用具有最小長(zhǎng)度的跡線在共用接地節(jié)點(diǎn)處將所述放大器源極節(jié)點(diǎn)耦合到所述 平衡-不平衡變換器次級(jí)元件第二節(jié)點(diǎn)的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于將所述共用接地節(jié)點(diǎn)耦合到芯片外接地電壓的峰化電感裝置。
全文摘要
本發(fā)明揭示用于在存在負(fù)載級(jí)的情況下改善平衡-不平衡變換器的質(zhì)量因數(shù)(“Q”)的技術(shù)。在一示范性實(shí)施例中，平衡-不平衡變換器次級(jí)(單端型)元件(101)的接地節(jié)點(diǎn)(101.2b)經(jīng)由共用接地節(jié)點(diǎn)(300a)而連接到放大器級(jí)(200)的源極節(jié)點(diǎn)(200b)?？墒顾鲞B接在物理上為短的，以使任何寄生元件最小化。在另一示范性實(shí)施例中，所述共用接地節(jié)點(diǎn)(300a)可經(jīng)由峰化電感器(300)而耦合到芯片外接地電壓。所述峰化電感器(300)可(例如)作為螺旋電感器實(shí)施于芯片上，或(例如)使用接合線實(shí)施于芯片外。
文檔編號(hào)H03F1/42GK102119483SQ200980131136
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月11日
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