專利名稱：差分輸出級的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及差分輸出級。
背景技術：
差分放大器用在多種應用中，例如，用在衛(wèi)星接收機中。
衛(wèi)星以Ku或Ka波段發(fā)射信號。Ku波段范圍為12. 2 12. 7GHz，Ka波段范圍為18. 3 18. 8和19. 7 20. 2GHz。衛(wèi)星碟形接收機電子元件由其后跟隨低噪聲模塊(LNB)的低噪聲放大器(LNA)構(gòu)成。LNB包括混頻器、濾波器和放大器(也已知為增益模塊)。LNB的混頻器以在從250MHz至750MHz的波段內(nèi)的中頻(IF)輸送信號。在濾波之后，仍然單端信號輸入至增益模塊。增益模塊的輸出到達模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器之后在數(shù)字域中進行信道的頻移和合并。為了改善信噪比，ADC對差分信號操作。因此，具有差分輸出的增益模塊IC相對于采用單端輸出的增益模塊的當前實踐來說是有利特征，單端輸出的增益模塊具有外部分立平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器形成用于ADC的差分信號。已知的差分輸出級存在的問題在于，它們需要高的驅(qū)動信號和具有不充分的線性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是提供特性改善的差分輸出級。根據(jù)本發(fā)明的差分輸出級包括用于接收第一輸入信號的第一輸入端和用于接收第二輸入信號的第二輸入端。第一輸入信號和第二輸入信號一起形成差分輸入信號。該差分輸出級還包括用于提供第一輸出信號的第一輸出端和用于提供第二輸出信號的第二輸出端。第一輸出信號和第二輸出信號一起形成差分輸出信號。該差分輸出級還包括各自連接至第一輸出端的第一電壓緩沖器和第一受控電流源。第一電壓緩沖器由與第一輸入信號同相的信號驅(qū)動。第一受控電流源由與第二輸入信號同相的信號驅(qū)動。該差分輸出級還包括各自連接至第二輸出端的第二電壓緩沖器和第二受控電流源。第二電壓緩沖器由與第二輸入信號同相的信號驅(qū)動。第二受控電流源由與第一輸入信號同相的信號驅(qū)動。第一輸出端連接至電壓緩沖器和受控電流源二者。電壓緩沖器由與驅(qū)動受控電流源反相的信號驅(qū)動。結(jié)果，這兩個元件可以彼此補償，因此給出更好的特性。輸出級因此具有有利的推挽式輸出級拓撲，其具有從驅(qū)動輸出級的級到差分推挽式輸出級的交叉耦合連接。差分輸出級例如用在所謂的增益模塊中。具體地，它允許增益模塊IC具有有利的規(guī)格，如低電壓(2.5V±10%)高增益( 37dB)、高線性( 17dBm 0IP3)和良好的輸出匹配(回波損耗> IOdB)。差分(RF)輸出級用作具有至與負載匹配的電源阻抗的電壓源。它既不是理想的電壓源也不是理想的電流源，但可以被認為是負載阻抗匹配源。在實施例中，第一電壓緩沖器通過第一阻抗連接至第一輸出端，第二電壓緩沖器通過第二阻抗連接至第二輸出端。這種阻抗保證輸出端與負載阻抗(例如，500hm)的匹配。通過該阻抗的電流即使在輸出級輸送相同的增益時也可以被減小。當?shù)谝惠斎胄盘柹邥r，第二輸入信號降低，因為它們來自同一差分信號。第一電壓緩沖器以緩沖形式將第一信號傳輸至其輸出端；具體地，其輸出在第一信號增加時增加。原則上，電壓的增加要求通過負載的電流增加。這種所需要的負載電流不是由電壓緩沖器輸送的，而是由受控電流源輸送的。由于這導致沒有電流通過匹配阻抗，因此沒有相關聯(lián)的增益損失。通過匹配阻抗的RF電流將引起增益損失。輸出級可以采用減小的輸入信號，減小的輸入信號又可以具有更好的線性和更低的能源消費。如果Vp降低而不是增加，反過來同樣如此。對于第二阻抗同樣如此。本發(fā)明因此克服由輸出阻抗匹配引起的增益損失。本發(fā)明使得由 幅值/相位失配引起的共模抑制或泄漏減少，并且適合低電壓或更低電壓操作，而不以線性作為妥協(xié)。通過采用差分輸出級作為放大器的末級，不需要任何昂貴的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換 器。電壓緩沖放大器用來將電壓從具有高的輸出阻抗水平的第一電路傳輸至具有低的輸入阻抗水平的第二電路。來自第一電路的電壓稱為電壓緩沖器的輸入或用于驅(qū)動電壓緩沖器，第二電路上的電壓作為輸出。緩沖放大器防止第二電路以不可接受的方式加載第一電路。電壓緩沖器有時也稱為電壓跟隨器，因為輸出電壓跟隨或追隨輸入電壓。通過受控電流源的電流由某個其它電壓確定，所述其它電壓稱為受控電流源的輸入或驅(qū)動受控電流源。在實施例中，驅(qū)動第一電壓緩沖器的與第一輸入信號同相的信號等于驅(qū)動第二受控電流源的與第一輸入信號同相的信號，和/或(優(yōu)選地，和)驅(qū)動第二電壓緩沖器的與第二輸入信號同相的信號等于驅(qū)動第一受控電流源的與第二輸入信號同相的信號。在復雜度低的簡單實施方案中，第一和/或第二信號，可能在濾波之后，直接用于驅(qū)動電壓緩沖器和受控電流源。在實施例中，驅(qū)動第一電壓緩沖器的與第一輸入信號同相的信號具有比驅(qū)動第二受控電流源的與第一輸入信號同相的信號更高的幅值，和/或(優(yōu)選地，和)，驅(qū)動第二電壓緩沖器的與第二輸入信號同相的信號具有比驅(qū)動第一受控電流源的與第二輸入信號同相的信號更高的幅值。在實施例中，差分輸出級包括第一分壓器，第一分壓器被配置為用于將第一輸入信號分成驅(qū)動第一電壓緩沖器的與第一輸入信號同相的信號和驅(qū)動第二受控電流源的與第一輸入信號同相的信號，和/或(優(yōu)選地，和)，差分輸出級包括第二分壓器，第二分壓器被配置為用于將第二輸入信號分成驅(qū)動第二電壓緩沖器的與第二輸入信號同相的信號和驅(qū)動第一受控電流源的與第二輸入信號同相的信號。分壓器是將電壓信號分成例如第一信號和第二信號的特別有效的方式。分壓器可以包括串聯(lián)連接的第一和第二電阻器。在實施例中，差分輸出級包括高通濾波器，該高通濾波器連接至第一輸入端和第二輸入端，用于對第一輸入信號和第二輸入信號進行濾波。采用高通濾波器允許人們?yōu)檩敵黾夁x擇不同的工作點。這在低電壓應用中是特別有利的。
在實施例中，第一電壓緩沖器和第一受控電流源被配置為使得，從第一電壓緩沖器的輸入端到第一電壓緩沖器的連接至第一輸出端的輸出端與從第一受控電流源的輸入端到第一受控電流源的連接至第一輸出端的輸出端增益相等，和/或(優(yōu)選地，和)，第二電壓緩沖器和第二受控電流源被配置為使得，從第二電壓緩沖器的輸入端到第二電壓緩沖器的連接至第二輸出端的輸出端與從第二受控電流源的輸入端到第二受控電流源的連接至第二輸出端的輸出端增益相等。如果從第一電壓緩沖器的輸入端到第一電壓緩沖器的連接至第一輸出端的輸出端與從第一受控電流源的輸入端到第一受控電流源的連接至第一輸出端的輸出端增益相等，則在第一信號和第二信號相等的情況中在匹配阻抗上不存在任何RF電壓差。阻抗上沒有RF電壓差意味著沒有RF電流流過該阻抗，并且因此沒有增益損失。其中第一信號和第二信號相等的情況對應于平均狀態(tài)情況并且經(jīng)常出現(xiàn)。單端輸入差分輸出級包括前述權利要求中任一項所述的差分輸出級，該單端輸入差分輸出級包括轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器將單端輸入轉(zhuǎn)換為用在差分輸出級的第一輸入端和第二輸入端處的差分輸入信號。 在實施例中，轉(zhuǎn)換器包括第一晶體管和第二晶體管，第一晶體管被配置為在第一晶體管的基極接收單端輸入信號，第二晶體管被配置為在第二晶體管的基極上接收偏置電壓，第一信號在第一晶體管的集電極上產(chǎn)生，并且第二信號在第二晶體管的集電極上產(chǎn)生。本發(fā)明的另一個方面涉及包括根據(jù)本發(fā)明的輸出級的差分放大器。優(yōu)選的是，驅(qū)動該輸出級的級是單端至差分轉(zhuǎn)換器。差分放大器也可以為全差分放大器本發(fā)明的另一個方面涉及增益模塊1C，其包括根據(jù)本發(fā)明的差分放大器和/或差分輸出級。本發(fā)明的又一個方面涉及衛(wèi)星接收機，其包括根據(jù)本發(fā)明的差分放大器和/或差分輸出級和/或增益模塊1C。本發(fā)明可以用在普通RF應用中，例如，采用通用50Q輸入/輸出寬帶增益模塊1C，如衛(wèi)星接收機，但可以用于任何差分RF輸出級。根據(jù)本發(fā)明的差分輸出級可以被包括為任何裝置的末級，對該末級來說有利的是連接至相對低歐姆(例如，500hm)的輸出，并且其應當能夠輸送一定的功率(例如，IOdBm=IOmW)。例如，根據(jù)本發(fā)明的差分輸出級可以被包括為緩沖器、混頻器、有源濾波器、振蕩器等的末級。


以舉例的方式并參照附圖進一步詳細說明本發(fā)明，在附圖中圖I為示意性地說明差分輸出級的框圖，圖2為示意性地說明改進差分輸出級的框圖，圖3為示意性地說明第一實施例的框圖，圖4為示意性地說明第二實施例的框圖，圖5為示意性地說明第三實施例的框圖。在整個附圖中，相似或?qū)奶卣饔上嗤母綀D標記表示。附圖標記列表100差分放大器
110前級(pre-stage)121,122 晶體管133第一輸出端137，147 電阻器143第二輸出端151,152 電流源160差分輸出級160、
200差分放大器210前級220高通濾波器231，241 至電壓線的連接232,242 電壓緩沖器233正輸出端243負輸出端234,244受控電流源236，246直流偏置模塊237，247用于阻抗匹配的電阻器238，248直流偏置模塊239，249至地的連接260差分輸出級336，346，338，348 電阻器334,344晶體管332,342晶體管360差分輸出級400差分放大器410晶體管420晶體管432,434電阻器442,444電阻器450電流源470單端至差分轉(zhuǎn)換器436,446電阻器532，534，542，544 電流源
具體實施例方式雖然本發(fā)明容許多種不同形式的實施例，但一個或多個具體實施例在附圖中示出并將在此詳細描述，所理解的是，本公開內(nèi)容將被認為是本發(fā)明的原理的示例，并不是要將本發(fā)明限制到示出和描述的具體實施例。圖I示出包括前級110和差分輸出級160的放大器100的示意性框圖。差分輸出級160也稱為差分跟隨器拓撲。圖I示出前級110，具有連接至差分輸出級160的差分輸出。前級110的差分輸出分別標記為Vp和Vn。Vp和Vn通常是反相的，即，它們具有180度的相位差。實際信號由差Vp-Vn表不。放大由前級110提供，但通常僅在電壓域中。對應于該放大的功率由差分輸出級160提供。差分輸出級160從前級110接收作為輸入的Vp和Vn。差分輸出級160包括兩個射極跟隨器型輸出級分別地，一個連接至Vp，一個連接至Vn。前級110的輸出Vp連接至晶體管121的基極。晶體管121可以為NPN型。晶體管121的集電極連接至電壓線。晶體管121的發(fā)射極連接至用于阻抗匹配的電阻器137。
電阻器137也稱為Rmatch。電阻器137的另一端連接至電流源151的一端。電流源151的
另一端接地。在電阻器137和電流源151之間提供輸出端133,用于輸出放大信號的正信號。前級110的輸出Vn連接至晶體管122的基極。晶體管122的集電極連接至電壓線。晶體管122的發(fā)射極連接至用于阻抗匹配的電阻器147。電阻器147也稱為Rmatch。電阻器147的另一端連接至電流源152的一端。電流源152的另一端接地。在電阻器147和電流源152之間提供輸出端143,用于輸出放大信號的正信號。晶體管121和晶體管122可以為NPN型。稱為‘Rmatch’的電阻器137和147通常為50 Q。晶體管121和晶體管122可以為其它類型的晶體管。差分輸出級160具有的缺點在于，原則上，所有的RF電流將流過匹配電阻器Rmatch 137和147,導致從輸入端到輸出端的電壓增益損失(當Rmatch = Rload時電壓增益損失為6dB)。給定從產(chǎn)品的輸入端到輸出端的某個所需增益(例如，37dB)，這使得射極跟隨器121和122的基極處必須有兩倍大的信號，以之前的增益級的線性作為妥協(xié)。模擬結(jié)果支持圖I的分支中的兩個6dB增益損失。同樣，已經(jīng)觀察到0IP3損失。0IP3也已知為三階截點，其是用于弱非線性系統(tǒng)和諸如線性放大器之類的器件的度量。在圖2、3、4、5及其變型例的實施例中解決了上述缺點。圖2示出了包括前級210和差分輸出級260的放大器100的示意性框圖。差分輸出級260也稱為具有交叉耦合的差分推挽式輸出級。差分輸出級可以用作放大器中的末級。差分輸出級可以被認為是負載阻抗匹配源。圖2示出了前級210，具有連接至差分輸出級260的差分輸出。前級210的差分輸出分別標記為Vp和Vn。Vp和Vn通常是反相的，S卩，它們具有180度的相位差。實際信號由差Vp-Vn表不。前級210提供差分輸入信號至差分輸出級260。例如，前級210可以提供電壓域的放大。前級210可以通過如利用平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器將單個輸入轉(zhuǎn)換成差分信號而提供差分輸入。對應于該電壓信號的功率由差分輸出級260提供。差分放大器200包括前級210和差分輸出級260。差分輸出級260包括第一輸入端和第二輸入端(未在圖2中單獨標記)。如果輸出級260包括高通濾波器220，則第一輸入端和第二輸入端可以設置在高通濾波器220上以接收前級210的輸出信號。如果差分輸出級260不具有高通濾波器220，則第一輸入端和第二輸入端可以設置在差分輸出級260接收來自前級210的輸入信號的位置處。差分輸出級260從前級210接收作為輸入的Vp和Vn?？苫Q地，差分輸出級260接收的信號Vp稱為第一輸入信號，信號Vn稱為第二輸入信號。Vp和Vn為差分輸入信號的兩個分量。由于高頻率，差分輸出級260特別適合差分射頻輸入信號的放大。具體地，根據(jù)本發(fā)明的差分級適合在范圍250至750MHz內(nèi)的頻率。替代地，輸出級可以用于其它類型的信號的放大，如代表音頻的電信號的放大。差分輸出級260包括兩條支路，一條支路用于Vp，一條支路用于Vn。通常，差分輸出級可以包括用于產(chǎn)生第一輸出信號的第一支路和用于產(chǎn)生第二輸出信號的第二支路，第一支路包括每個都連接至第一輸入端的第一電壓緩沖器和第一受控電流源，第二支路包括每個都連接至第二輸出端的第二電壓緩沖器和第二受控電流源。

第一支路也稱為正支路。第二支路也稱為負支路。所述支路也稱為輸出支路。與圖I的設計的重要差別在于，圖2的兩條支路是交叉耦合的。每條支路接收第一輸入信號和第二輸入信號二者，但不是以相同的順序。差分輸出級260可選地可以包括用于對引入的輸入Vp和Vn進行濾波的高通濾波器220。例如，高通濾波器220可以采用AC耦合。例如，通過引導信號通過電容器可以對來自前級210的Vp和Vn中的每一個進行濾波。高通濾波器220的輸出也標記為Vp和Vn。采用高通濾波器，具體地通過交流耦合，允許在差分輸出級260中選擇不同的直流點。差分輸出級260的正支路包括由Vp驅(qū)動的電壓緩沖器232和由Vn驅(qū)動的受控電流源234。在另一側(cè)處，差分輸出級260的負支路包括由Vn驅(qū)動的電壓緩沖器242和由Vp驅(qū)動的受控電流源244。一條支路中的電壓緩沖器和電流源通過用于阻抗匹配的電阻器連接在一起。在匹配電阻器和受控電流源之間獲得輸出信號。作為交叉耦合的結(jié)果，在電阻器中未出現(xiàn)增益損失，或者在電阻器中至少出現(xiàn)明顯降低的增益損失。因此，在別處，如在前級210中，需要較小的增益。較小的增益是更節(jié)能的，并且還允許更好的線性。電壓緩沖器232也稱為第一電壓緩沖器。電壓緩沖器242也稱為第二電壓緩沖器。受控電流源234也稱為第一受控電流源。受控電流源244也稱為第二受控電流源。圖2示出用于連接第一電壓緩沖器和第二電壓緩沖器以及第一受控電流源和第二受控電流源的一種方式。高通濾波器220的輸出Vp連接至電壓緩沖器232的輸入端。電壓緩沖器232在連接點231處連接至電壓線。電壓緩沖器232的輸出端連接至用于阻抗匹配的電阻器237。電阻器237也稱為Rmatch。電阻器237的另一端連接至受控電流源234的一端。受控電流源234的另一端在239處接地。在電阻器237和受控電流源234之間設置輸出端233 (outp)。輸出端233也稱為第一輸出端。高通濾波器220的輸出Vn連接至電壓緩沖器242的輸入端。電壓緩沖器242在連接點241處連接至電壓線。電壓緩沖器242的輸出端連接至用于阻抗匹配的電阻器247。電阻器247也稱為Rmatch。典型地，電阻器247具有與電阻器237相同的值。電阻器247的另一端連接至受控電流源244的一端。受控電流源244的另一端在249處接地。在電阻器247和受控電流源244之間設置輸出端243 (outn)。輸出端243也稱為第二輸出端。
第一輸出端提供第一輸出信號至米用由放大器200放大的信號的后續(xù)器件。第二輸出端提供第二輸出信號至后續(xù)器件。例如，后續(xù)器件可以為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。第一輸出信號和第二輸出信號一起形成差分輸出信號。優(yōu)選地，包括差分輸出級的增益模塊不采用外部輸出線圈，外部輸出線圈將限制可用的輸出級拓撲。電壓緩沖器232和242優(yōu)選是射極跟隨類型的。例如，電壓緩沖器232和/或242可以包括晶體管，如NPN晶體管。在該情況中，高通濾波器220的輸出Vp和Vn或前級210的輸出Vp和Vn可以分別連接至這些晶體管的基極。
高通濾波器220的Vp和Vn優(yōu)選分別通過直流偏置模塊236和246分別連接至電壓緩沖器232和242。直流偏置模塊236和246將平均電壓升高預定量。具體地，如果高通濾波器220被實現(xiàn)為交流耦合，則使用直流模塊是有利的。高通濾波器220的Vp和Vn優(yōu)選分別通過直流偏置模塊238和248分別連接至受控電流源234和244。直流偏置模塊238和248將平均電壓升高預定量?？梢允÷愿咄V波器220，在該情況中前級210的輸出Vp直接連接至受控電流源232和受控電流源244，可能經(jīng)由直流偏置模塊236和248 ;前級210的輸出Vn直接連接至受控電流源242和受控電流源234，可能經(jīng)由直流偏置模塊246和238。電阻器237和電阻器247的值取決于所希望的阻抗匹配，并且通常為50 Q。典型地，Rmatch等于Rload。差分輸出級可以配置有匹配輸入和輸出，回波損耗好于10dB，具體地，在都是50 Q的情況下。在圖2中，第一電壓緩沖器通過電阻器237連接至第一輸出端，電阻器237為第一阻抗的示例。第二電壓緩沖器通過電阻器247連接至第二輸出端，電阻器247為第二阻抗的示例。除電阻器之外的其他類型的阻抗是已知的。通過交叉耦合來自前級的輸出信號，獲得每個輸出支路所需要的反相輸入信號。該前級210可以是單端至差分轉(zhuǎn)換器或差分放大器。在操作使用期間，差分輸出級200減小通過阻抗237的電流，即使輸出級輸送相同的增益。當?shù)谝惠斎胄盘朧p升高時，第二輸入信號Vn降低，因為它們來自同一差分信號。第一電壓緩沖器232以緩沖形式將第一信號傳輸至其輸出端；具體地，其輸出端在第一信號Vp增加時增加。原則上，電壓的增加要求通過負載的電流增加。這種所需要的負載電流不是由電壓緩沖器232輸送的，而是由受控電流源234輸送的。由于這導致沒有電流通過匹配阻抗，因此沒有相關聯(lián)的增益損失。作為Vp增加的結(jié)果，輸出端233上的附加電流將僅部分地通過電阻器237。因此對于相同量的直流偏置電流，實現(xiàn)更大的放大。如果Vp降低而不是增加，反過來也是如此。類似地，在另一側(cè)，由電壓緩沖器242的輸出端上的電壓增加引起的增加電流由受控電流源244獲取，避免阻抗247處的損失。輸出級260的參數(shù)大小優(yōu)選形成為使得受控功率源234和244輸送所有的電流，因此沒有RF電流流過Rmatch(237和247)，因此，將不存在從輸入端到輸出端的電壓增益損失。以這種最佳點(sweet spot)確定輸出級的參數(shù)大小,其中當RF信號相等時,從電壓緩沖器232和242的輸入端到輸出端與從受控電流源234和244的輸入端到輸出端增益相等，附加優(yōu)勢在于，當前級為單端至差分轉(zhuǎn)換器時，驅(qū)動差分推挽式輸出級的級的輸出端處的幅值和相位失配減少，導致更好的共模抑制或共模泄漏。這種情況在至低側(cè)的路徑中相對于至高側(cè)的路徑而言不存在衰減時出現(xiàn)。因此，條件是當Vp/Vn提供至232/242以及234/244 上時。電壓預留空間和線性未進行妥協(xié)，如例如在懷特跟隨器(white follower)派生的輸出級的情況中一樣。在懷特跟隨器派生的輸出級中，電阻器用在高側(cè)晶體管的集電極導線中，以形成反相信號。受控電流源234和244在驅(qū)動級上的加載可能會以帶寬作為妥協(xié)。與電壓緩沖器232和242相比，通過將較小的RF信號用于受控電流源234和244，帶寬的這種妥協(xié)可以被減輕。用于受控電流源的較小信號對線性也是有益處的。放大器和緩沖器拓撲基于NPN是優(yōu)選的。下文描述的其它輸出級同樣如此。圖3示出了包括前級210和差分輸出級260的放大器300的示意性框圖。差分輸 出級260也稱為具有交叉耦合的差分推挽式輸出級。圖3為圖2的改進。圖3示出前級210?？蛇x的高通濾波器220已經(jīng)被實施為交流耦合320。前級210的差分輸出連接至交流耦合類型的可選高通濾波器320。注意，與圖2相比，不僅在每一側(cè)(例如圖2所示)，而且對于電壓緩沖器和受控電流部件，已經(jīng)分開濾波。這允許對濾波的更精細的控制，但不是必要的。直流偏置模塊236、246、238和248被實施為分別通過電阻器336、346、338和348與電壓線連接。電壓緩沖器232和電壓緩沖器242被實施為晶體管，在該情況中，分別為晶體管232和342。受控電流源被實施為晶體管，該晶體管的發(fā)射極經(jīng)由電阻器連接至地。受控電流源234被實施為晶體管334和電阻器。受控電流源244被實施為晶體管344和電阻器。晶體管332和342也成為高側(cè)晶體管。晶體管334和344也成為低側(cè)晶體管。晶體管332、342、334和344可以都為NPN型的。對于正支路，前級210的輸出Vp通過電容器與晶體管332的基極連接在一起。晶體管332的集電極在231處連接至電壓線。晶體管332的基極通過用于偏置的電阻器336也連接至電壓線。晶體管332的發(fā)射極連接至電阻器237。電阻器237連接至晶體管334的集電極。晶體管334的發(fā)射極通過電阻器連接至地。前級210的輸出Vn通過電容器與晶體管334的基極連接在一起。晶體管334的基極通過電阻器338也連接至標記為Vbias的電壓線。在電阻器237和晶體管334的集電極之間的連接處提供輸出端233(outp)。除了正負交換之外，差分輸出級360的負支路與正支路相同?？梢源_定輸出級360的參數(shù)大小，使得當RF信號相等時，從高側(cè)NPN的基極到輸出端與從低側(cè)NPN到輸出端增益相等，如在圖3中的情況中一樣。在該情況中，在電阻器237和電阻器247上未出現(xiàn)增益損失。圖4說明具有被實施為差分對的單端至差分轉(zhuǎn)換器的實施例400。圖4已經(jīng)被以示例性的參數(shù)大小標記。圖4中示出的參數(shù)大小僅是表示進一步說明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明?？梢赃x擇初圖4中示出的那些值之外的值圖4類似于圖3實施例，但說明了兩個新的有利特征。首先，集成用于從單端輸入轉(zhuǎn)換至差分信號的轉(zhuǎn)換器。圖4中示出的轉(zhuǎn)換器采用圖3的設計是特別有效的。這種配置不需要昂貴的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器從單端轉(zhuǎn)換為差分信號。
通過具有差分輸出和單端輸入，可以消除大體積和昂貴的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器通常在多種應用用于產(chǎn)生差分信號。第二，圖4說明可能有利的是，以不同的幅值但以相同的相位驅(qū)動電壓緩沖器和受控電流源(例如，受控電流源232和受控電流源244，或受控電流源242和受控電流源234)。兩種不同的信號可以在單端至差分轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生。它們也可以由其他裝置產(chǎn)生，如由用于將單個差分信號分成具有不同幅值的兩個差分信號的專用分壓器產(chǎn)生。放大器400包括單端至差分轉(zhuǎn)換器470，其用于將單端輸入信號轉(zhuǎn)換為用在輸出級中，如用在輸出級260或360中的差分輸入信號。轉(zhuǎn)換器470可以代替前級210，但轉(zhuǎn)換器470也可以在另一前級之后，如用于在電壓域中的放大。單端至差分轉(zhuǎn)換器470在這里被實施為差分對。轉(zhuǎn)換器470包括晶體管410和晶體管420。晶體管410被配置為在其基極接收單端輸入RF信號。晶體管420被配置為在基極接收偏置電壓。晶體管410和晶體管420的 發(fā)射極連接至電流源450。電流源450的另一側(cè)接地。晶體管410的集電極和晶體管420的集電極連接至電壓線。這種配置在晶體管410的集電極上產(chǎn)生Vp (第一信號)，在晶體管420的集電極產(chǎn)生Vn (第二信號)。晶體管410的集電極可選地通過分壓器連接至電壓線。該分壓器由電阻器442和444形成。該分壓器提供用于信號Vn的一個輸出，在圖4中是在電阻器442和444之間。用于Vn的另一個輸出設置在分壓器和晶體管410的集電極之間，即在電阻器444和晶體管410的集電極之間?？蛇x地，晶體管410通過電阻器446連接至電流源450。可選地，晶體管420通過電阻器436連接至電流源450。當使用分壓器時，Vn的兩個輸出不具有相同的幅值，它們保持相同的相位?？梢允÷栽摲謮浩鳎?，可以去除和連通電阻器444。同樣也可以省略兩個電阻器442 (或二者)，然而在集電極和電壓線之間應當存在至少一定的阻抗，否則不存在任何信號。類似地，晶體管420的集電極可以通過分壓器連接至電壓線；在這里，該分壓器是由電阻器432和434形成。如上所述，產(chǎn)生用于Vp的兩個輸出。在該實施例中，第一電壓緩沖器232,在這里為晶體管342,由與第一輸入信號Vp同相的信號驅(qū)動，而第一受控電流源由與第二輸入信號Vn同相的信號驅(qū)動。這兩個驅(qū)動信號反相，并且可以具有或可以不具有相同的幅值。在圖4中，驅(qū)動信號的幅值是不同的。低側(cè)NPN(344和334)在驅(qū)動級上的加載可能會以帶寬作為妥協(xié)。通過對于低側(cè)NPN使用與高側(cè)NPN相比更小的RF信號，例如通過使用驅(qū)動級的形成分壓器的輸出電阻器的抽頭，在圖4的實施例中減輕對帶寬的這種妥協(xié)。證明用于低側(cè)NPN的這些較小的信號對于現(xiàn)行也是有益處的。兩個Vp信號具有相同的相位，但不同的幅值。通過采用較高的放大因子，補償采用較小信號對晶體管344和晶體管334的驅(qū)動。這例如可以通過減小發(fā)射極和地之間的電阻器的電阻而實現(xiàn)。在圖4中，電阻器438和448與圖3的相同電阻器相比具有較小的值。例如，當圖3中的電阻器為500hm時，因而344/334上的幅值以因子2衰減，圖4中的電阻器 448/438 將為 250hm。采用較高的放大補償較小的驅(qū)動信號增加了線性。在圖4(和圖3)中，交流耦合用于高側(cè)NPN的基極的連接。這在低電壓應用中是特別有利的，因為基極現(xiàn)在被驅(qū)動接近VCC0交流耦合是可選的，然而，例如，在圖4中，高側(cè)基極也可以直接連接至前級的輸出。圖5示出了在低電壓應用中特別具有益處的附加實施例500。圖5中示出的實施例是圖3實施例的另一種改進。通常，電流源連接至匹配電阻器237和247的每一端。在圖5中示出的輸出級560中，這被實施如下電流源532在電阻器237的一端和晶體管334的集電極之間，即在outp連接的同一區(qū)域，連接至電阻器237。電流源534在電阻器237的另一端和晶體管332的發(fā)射極之間連接至電阻器237。電流源532和534通常分別連接至電源和地。電流源542在在電阻器247的一端和晶體管344的集電極之間，即在outn連接的同一區(qū)域，連接至電阻器247。電流源544在電阻器247的另一端和晶體管342的發(fā)射極之間連接至電阻器247。電流源542和544也連接至電源和地?？蛇x地，可以省略電流源532和534中的任意一個。例如，在按照A類深度驅(qū)動受控電流源以獲得最佳線性度性能時，省略電流源534，僅具有電流源532，以從受控電流源334中減去一定的直流電流。在該情況中，僅具有電流源532允許334具有更多的直流偏置電流?；旧?32和534分別去耦合晶體管334和晶體管332的直流偏置電流設置，使得它們可以被獨立地選擇。在實施例中，從圖5中省略兩個電流源534和電流源544。在圖2、3、4、和5的實施例，去除通過Rmatch的交流電流，或者至少減少(與現(xiàn)有技術相比)；這防止了增益損失。同樣在圖5的實施例中，去除通過Rmatch的直流電流，或者至少減少；特別是在532的DC電流(=Ibias)等于通過受控電流源334的直流電流時。這使受控電流源234和受控電流源244，例如，低側(cè)NPN具有更多的電壓預留空間以更加線性地運行。注意，輸出節(jié)點處的額外的高側(cè)直流電流源也可以確定參數(shù)大小，以與低側(cè)NPN驅(qū)動電流源的靜態(tài)值(它也可以較大)不同，以調(diào)節(jié)輸出端處的任何優(yōu)選直流電壓(例如，VCC/2)不同于射極跟隨器的輸出。注意到，從輸出向輸出級里看，所看到的寬帶阻抗仍然為Rmatch0而且(對圖2、3和4同樣如此)，通過射極跟隨器將交叉耦合與輸出端隔離，從而避免(或至少明顯地降低)從輸出節(jié)點看到的負阻抗的不利影響。圖5的實施例可以與諸如轉(zhuǎn)換器470之類的單端至差分轉(zhuǎn)換器集成。同樣，圖5可以采用不同幅值的信號驅(qū)動電壓緩沖器和受控電流源。應當注意，上述實施例是說明而不是限制本發(fā)明，本領域技術人員在不偏離隨附權利要求的保護范圍的條件下將能夠設計多種替代實施例。在權利要求書中，放置在括號之間的任何附圖標記不應當被解釋為限制該權利要求。動詞“包括”及其變型的使用不排除除權利要求中陳述的那些元件或步驟之外的其它元件或步驟的存在。元件之前的不定冠詞“一”或“一個”不排除多個這種元件的存在。本發(fā)明可以通過包括幾種不同元件的硬件，以及通過適合編程的計算機實現(xiàn)。在列舉集中裝置的裝置權利要求中，這些裝置中的集中可以由一個相同的硬件項目體現(xiàn)。重要的是，在彼此不同的從屬權利要求中引用某些措施并不表明這些措施的組合不能用來產(chǎn)生優(yōu)點。權利要求
1.ー種差分輸出級(260，360，460，560)，包括 用于接收第一輸入信號的第一輸入端和用于接收第二輸入信號的第二輸入端，第一輸入信號和第二輸入信號一起形成差分輸入信號， 用于提供第一輸出信號的第一輸出端(233)和用于提供第二輸出信號的第二輸出端(243),第一輸出信號和第二輸出信號一起形成差分輸出信號， 各自連接至第一輸出端的第一電壓緩沖器(232，332)和第一受控電流源(234，334)，第一電壓緩沖器由與第一輸入信號同相的信號驅(qū)動，第一受控電流源由與第二輸入信號同相的信號驅(qū)動，和 各自連接至第二輸出端的第二電壓緩沖器(242，342)和第二受控電流源(244，344)，第二電壓緩沖器由與第二輸入信號同相的信號驅(qū)動，第二受控電流源由與第一輸入信號同相的信號驅(qū)動。
2.根據(jù)權利要求I所述的差分輸出級，其中第一電壓緩沖器通過第一阻抗(237)連接至第一輸出端，并且第二電壓緩沖器通過第二阻抗(247)連接至第二輸出端。
3.根據(jù)權利要求2所述的差分輸出級，其中 電流源(532)連接至第一阻抗(237)的一端，和/或 電流源(542)連接至第二阻抗(247)的一端。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的差分輸出級，其中 另ー個電流源(534)連接至第一阻抗(237)的另一端，和/或 另ー個電流源(544)連接至第二阻抗(247)的另一端。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的差分輸出級，其中 驅(qū)動第一電壓緩沖器的與第一輸入信號同相的信號具有比驅(qū)動第二受控電流源的與第一輸入信號同相的信號更高的幅值， 和/或 驅(qū)動第二電壓緩沖器的與第二輸入信號同相的信號具有比驅(qū)動第一受控電流源的與第二輸入信號同相的信號更高的幅值。
6.根據(jù)權利要求5所述的差分輸出級,該差分輸出級 包括第一分壓器(432,434),第一分壓器被配置為用于將第一輸入信號分成驅(qū)動第一電壓緩沖器的與第一輸入信號同相的信號和驅(qū)動第二受控電流源的與第一輸入信號同相的信號，和/或 包括第二分壓器(442，444)，第二分壓器被配置為用于將第二輸入信號分成驅(qū)動第二電壓緩沖器的與第二輸入信號同相的信號和驅(qū)動第一受控電流源的與第二輸入信號同相的信號。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的差分輸出級，包括高通濾波器(220，320)，該高通濾波器連接至第一輸入端和第二輸入端，用于對第一輸入信號和第二輸入信號進行濾波。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的差分輸出級，其中 第一電壓緩沖器和第一受控電流源被配置為使得，從第一電壓緩沖器的輸入端到第一電壓緩沖器的連接至第一輸出端的輸出端與從第一受控電流源的輸入端到第一受控電流源的連接至第一輸出端的輸出端増益相等，和/或 第二電壓緩沖器和第二受控電流源被配置為使得，從第二電壓緩沖器的輸入端到第二電壓緩沖器的連接至第二輸出端的輸出端與從第二受控電流源的輸入端到第二受控電流源的連接至第二輸出端的輸出端増益相等。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的差分輸出級，其中第一電壓緩沖器和/或第二電壓緩沖器包括晶體管(332，342)，分別地，該晶體管的基極接收驅(qū)動第一或第二電壓緩沖器的與第一或第二輸入信號同相的信號，該晶體管的發(fā)射極連接至第一或第二輸出端。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的差分輸出級，其中第一受控電流源和/或第二受控電流源包括晶體管(334，344)，分別地，該晶體管的基極接收驅(qū)動第一或第二受控電流 源的與第二或第一輸入信號同相的信號，該晶體管的集電極連接至第一或第二輸出端。
11.根據(jù)權利要求10所述的差分輸出級，其中受控電流源的晶體管的發(fā)射極經(jīng)由電阻器(438，448)連接至地。
12.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的差分輸出級,其中差分輸入信號和差分輸出信號為射頻信號。
13.—種單端輸入差分輸出級，包括前述權利要求中任一項所述的差分輸出級，該單端輸入差分輸出級包括轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器將單端輸入轉(zhuǎn)換為用在差分輸出級的第一輸入端和第二輸入端處的差分輸入信號。
14.根據(jù)權利要求13所述的單端輸入差分輸出級，其中轉(zhuǎn)換器包括第一晶體管(410)和第二晶體管(420)，第一晶體管(410)被配置為在第一晶體管(410)的基極接收單端輸入信號，第二晶體管(420)被配置為在第二晶體管(420)的基極上接收偏置電壓，第一信號在第一晶體管的集電極上產(chǎn)生，并且第二信號在第二晶體管(420)的集電極上產(chǎn)生。
15.ー種差分放大器(200，300，400，500)，包括前述權利要求中任ー項所述的輸出級。
16.ー種衛(wèi)星接收機，包括如權利要求15所述的差分放大器。
全文摘要
提供了一種差分輸出級(260)，其被配置為用于接收包括第一信號和第二信號的差分輸入信號，該差分輸出級包括用于提供第一輸出信號的第一輸出端(233)和用于提供第二輸出信號的第二輸出端(243)，第一輸出信號和第二輸出信號一起形成差分輸出信號；各自連接至第一輸出端的第一電壓緩沖器(232)和第一受控電流源(234)，第一電壓緩沖器由與第一輸入信號同相的信號驅(qū)動，第一受控電流源由與第二輸入信號同相的信號驅(qū)動；和各自連接至第二輸出端的第二電壓緩沖器(242)和第二受控電流源(244)，第二電壓緩沖器由與第二輸入信號同相的信號驅(qū)動，第二受控電流源由與第一輸入信號同相的信號驅(qū)動。
文檔編號H03F3/45GK102739172SQ201210102040
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權日2011年4月12日
發(fā)明者吉安·霍赫扎德 申請人:Nxp股份有限公司