具有寬帶阻抗和噪聲匹配的頻率選擇性放大器的製作方法
2023-04-24 10:46:11 2
專利名稱：具有寬帶阻抗和噪聲匹配的頻率選擇性放大器的製作方法
技術領域：
本發明大體來說涉及放大器，且更特定來說，涉及用於寬帶電信的頻率選擇性放 大器。
背景技術：
無線接收器通常包含低噪聲放大器(LNA)以放大通過天線接收的射頻信號。所述 無線接收器可包含可調諧元件，所述可調諧元件允許頻率選擇性處理跨越一系列頻率 的傳入信號。可在各種裝置內提供無線接收器，包含數位電視、數字直接廣播系統、 個人數字助理(PDA)、膝上型計算機、桌上型計算機、數位音樂及視頻播放器、手持 式遊戲裝置、視頻遊戲控制臺、數位相機、數字記錄裝置、蜂窩式或衛星無線電電話， 及類似裝置。
某些裝置可經裝備以(例如)根據例如DVB-H(手持式數字視頻廣播)、ISDB-T(地面 綜合服務數字廣播)、DMB(數字媒體廣播)或FLO(僅前向鏈路)等視頻廣播標準處理數 字視頻。例如，對於DVB-H及FLO廣播，可在大約470兆赫茲(MHz)至862 MHz的 寬頻帶範圍內廣播視頻。裝置中經裝備以處理寬頻帶的無線接收器應支持具有適當阻 抗與噪聲匹配的精確頻率選擇。
發明內容
本發明涉及一種具有寬帶阻抗及噪聲匹配的頻率選擇性低噪聲放大器(LNA)。所 述LNA可包含支持寬帶輸入匹配的閉環電路。例如，所述閉環電路可經配置以阻抗匹 配輸入信號且提供低噪聲係數。另外，所述LNA可包含放大所述輸入信號並提供高輸 出阻抗的開環電路。所述開環電路可進一步包含濾除在所需頻帶外的頻率的選擇性濾 波器。所述LNA可經由所述開環電路驅動可調諧帶通濾波器。
在一個實例中，本發明提供一种放大器，其包括閉環電路及耦合到所述閉環電路 的開環電路，其中所述閉環電路為輸入信號提供阻抗匹配，所述開環電路放大所述經 阻抗匹配的輸入信號。在另一實例中，本發明提供無線接收器，其包括射頻(RF)天線 及放大器，所述放大器包括閉環電路及耦合到所述閉環電路的開環電路，其中所述閉 環電路為經由所述天線接收的輸入信號提供阻抗匹配，所述開環電路放大所述經阻抗 匹配的輸入信號。
在另外實例中，本發明提供一種方法，其包括經由閉環電路為輸入信號提供阻抗匹配，及經由開環電路放大所述經阻抗匹配的輸入信號，其中所述開環電路及所述 閉環電路共享用以接收所述輸入信號的共用輸入電晶體。
在附圖及下文說明中，闡述本發明一個或一個以上方面的細節。根據所述說明及 圖式且根據以上權利要求書可明了其它特徵。
圖1是包含低噪聲放大器(LNA)的實例性無線接收器的方框圖。 圖2是包含閉環電路及開環電路的LNA的方框圖。 圖3是圖示說明包含閉環電路及開環電路的單端LNA的電路圖。 圖4是包含閉環電路及開環電路的差動LNA的電路圖。
圖5是圖示說明包含閉環電路及具有選擇性濾波器的開環電路的單端LNA的電 路圖。
圖6是圖示說明包含閉環電路及具有選擇性濾波器的開環電路的差動LNA的電 路圖。
圖7是圖示說明包含閉環電路及驅動可調諧帶通濾波器的開環電路的單端LNA 的電路圖。
圖8是圖示說明包含閉環電路及驅動可調諧帶通濾波器的開環電路的差動LNA 的電路圖。
圖9是圖示說明包含閉環電路及開環電路的單端LNA的電路圖，所述開環電路 包含選擇性濾波器並驅動可調諧帶通濾波器。
圖IO是圖示說明包含閉環電路及開環電路的差動LNA的電路圖，所述開環電路
包含選擇性濾波器並驅動可調諧帶通濾波器。
圖11是更詳細地圖示說明包含閉環電路及開環電路的差動LNA的另一電路圖，
所述開環電路包含選擇性濾波器並驅動可調諧帶通濾波器。
具體實施例方式
本發明涉及一種具有寬帶阻抗及噪聲匹配的頻率選擇性低噪聲放大器(LNA)。所 述LNA可包含支持寬帶輸入匹配的閉環電路。例如，所述閉環電路可經配置以阻抗匹 配輸入信號且提供低噪聲係數。另外，所述LNA可包含放大所述輸入信號並提供高輸 出阻抗的開環電路。所述開環電路可進一步包含濾除在所需頻帶外的頻率的選擇性濾 波器。所述LNA可經由所述開環電路驅動可調諧帶通濾波器。
從LNA包含用於寬帶阻抗及噪聲匹配的閉環反饋電路及用於高輸出阻抗及穩定 頻率選擇性的開環增益電路的組合的意義上講，所述LNA可被稱作"部分反饋"放大 器。例如，可將所述選擇性濾波器放置在所述開環電路中，而不是放置在整體閉環電 路中，以避免不穩定性。所述LNA可經配置以支持在一寬頻帶範圍內的精確頻率選擇、輸入阻抗匹配與噪聲匹配。所述選擇性濾波器可拒絕在所關注頻帶之外的頻率。所述 可調諧帶通濾波器可在選擇性、可調諧基礎上使所述寬帶內的特定窄帶頻率通過。
所述LNA可用在各種裝置中，包含經裝備以處理數字視頻的裝置。例如，所述 LNA可經配置以處理跨越寬帶的視頻信號，例如用於DVB-H及FLO視頻廣播的頻帶， 亦即，大約470兆赫茲(MHz)至862MHz。此頻帶通常駐存於超高頻(UHF)帶中。為說 明的目的起見，本發明可參考與DVB-H及FLO視頻相關聯的頻帶。然而，本發明中 所述的LNA可應用於多種頻帶及裝置，包含經裝備以處理攜載音頻、視頻及/或數據 的信號的裝置。
圖1是圖示說明包含根據本發明的LNA的實例性無線接收器10的方框圖。如圖 1中所示，接收器10可包含天線12、LNA14、下變頻混頻器16、模擬數字轉換器(ADC)18 及數據機20。接收器10可以是經裝備以接收無線音頻、視頻及/或信號的無線通 信裝置的一部分。在一個實例中，可在經配置以接收DVB-H及減FLO廣播信號的無 線通信裝置中提供接收器IO。另外，所述無線通信裝置可包含用以傳輸無線信號到其 它裝置的無線傳輸器，例如，用於音頻電話、視頻電話及/或數據傳輸。因此，無線接 收器10可包含為方便說明起見圖1中未顯示的其它組件。
在接收器10中，天線12接收射頻(RF)信號並將所接收的信號提供到LNA 14。 LNA 14接收通過天線12接收的信號作為輸入信號。LNA 14可經配置以處理所述輸 入信號作為單端或差動信號，如下文將描述。LNA 14放大所接收的輸入信號以供下變 頻混頻器16、 ADC 18及數據機20進行進一步處理。天線12可接收寬頻率範圍 內的信號。為實現最優電力傳送，LNA 14的輸入阻抗應與寬輸入頻率範圍內的輸入信 號相匹配，例如，在DVB-H或FLO數字視頻廣播信號的實例情況下為大約470MHz 至862 MHz。
而且，因為通過LNA14所接收的信號可能弱，所以所述LNA應具有低噪聲係數 (NF)。所述NF通常是指LNA14的實際輸出噪聲與在所述裝置自身不引入噪聲時而仍 存在的噪聲的比。LNA14具有低噪聲係數是重要的，以使得降低LNA14所產生的任 何噪聲對輸入信號的影響。如果LNA 14具有低噪聲係數，那麼其可在不明顯降級輸 出信號的情況下放大通過天線12接收的弱信號。如下文中將描述，LNA14可構造有 部分反饋電路以向從天線12接收的輸入信號呈現期望的阻抗及噪聲匹配，同時提供必 要增益及頻率選擇性。
LNA 14將經放大的信號提供到下變頻混頻器16。下變頻混頻器16可以是將寬帶 輸入信號的頻率轉換成基帶頻率的任何類型混頻器，例如零中間頻率(ZIF)或低中間頻 率(LIF)下變頻混頻器。下變頻混頻器16將所述基帶信號提供至ADC 18， ADC18將 所述模擬基帶信號轉換成數字數據。數據機20解調ADC 18提供的數字數據。可 在接收器10內提供音頻或視頻解碼器以解碼所述經解調的數字數據來驅動音頻揚聲 器、視覺顯示器及/或其它用戶界面媒體。所述音頻或視頻解碼器可形成組合式編碼器 -解碼器(CODEC)的一部分，且支持對從另一裝置接收的數字數據進行解碼及對供傳輸至另一裝置的數字數據進行編碼兩者。
例如，接收器10可形成經配置以支持例如根據MPEG-2、 MPEG-4、 ITU-T H.263、 ITU-T H.264或其副本、ISO/IEC MPEG-4，第10部分(即高級視頻解碼(AVC))的視頻 壓縮及解壓縮的裝置的一部分。另外，對於視頻廣播接收來說，無線接收器10可用於 接收與FLO、 DVB-H、 ISDB-T或DMB數字視頻廣播的傳遞相關聯的頻帶內的RF信 號。例如，DVB-H及FLO廣播可利用大約470 MHz至862 MHz的寬頻帶。如下文中 將描述，LNA 4可經配置以支持寬頻帶(例如與DVB-H及FLO相關聯的頻帶)範圍內 的具有阻抗與噪聲匹配的精確頻率選擇性。在某些情況下，接收器10可包含多LNA
來處理更寬總頻帶內的子頻帶。
圖2是根據本發明的一個方面的實例性LNA 14的方框圖。在圖2的實例中，LNA 14包含閉環電路22及開環電路24，所述閉環電路及所述開環電路共同工作以提供部 分反饋LNA。閉環電路22及開環電路24兩者均經由共用輸入接收輸入信號。提供至 所述輸入的信號可作為RF信號從天線12(圖l)接收，或可作為RF信號經由其它類型 的有線或無線媒體(例如，銅導體、光纖或類似媒體)接收。LNA 14可被配置為單端或 差動放大器，在這種情況下，閉環電路22及開環電路24可經配置以形成單端或差動 LNA 14。
閉環電路22可包含閉環增益放大器26及設定所述閉環增益的反饋環路27。閉環 電路22支持寬帶輸入匹配。例如，閉環電路22可經配置以為輸入信號提供阻抗匹配 並提供低噪聲係數。開環電路24可包含開環增益放大器28。開環電路24放大所述輸 入信號並向其負載呈現高輸出阻抗。可在開環電路22內提供選擇性濾波器來濾除在所 需頻帶外的頻率。另外，開環電路24可驅動可調諧帶通濾波器。通過將所述選擇性濾 波器放置在開環電路24內，可降低不穩定性。另外，通過經由閉環電路22提供輸入 阻抗匹配，可保持低NF。
LNA 14的部分反饋拓樸提供對共用柵極或完全反饋拓樸的替代。具有共用柵極 拓樸的LNA往往產生高NF，且因此通常不適合用於寬帶阻抗匹配。通常，具有反饋 拓樸的LNA可提供低NF及可接受的寬帶輸入匹配。然而，具有反饋拓樸的LNA由 於所述LNA的輸出與輸入之間的所需反饋環路往往呈現低輸出阻抗。如果輸出阻抗被 降低，那麼在所述LNA的負載下的濾波器選擇性將會降級。另外，由於不穩定性，具 有反饋拓樸的LNA通常無法支持反饋環路中的選擇性濾波器。
通過提供部分反饋拓樸，而非共用柵極或完全反饋拓樸，LNA 14可提供寬帶輸 入匹配、低NF及足夠的輸出阻抗。另外，LNA 14可支持將選擇性濾波器併入所述 LNA內，例如併入開環電路24內。特定來說，閉環電路22可支持具有低NF的寬帶 輸入匹配，而開環電路24支持具有高輸出阻抗的信號放大並允許在不呈現不穩定性的 條件下併入選擇性濾波器。另外，在高輸出阻抗的情況下，可將可調諧帶通濾波器放 置在開環電路24的負下處，而不顯著地降級所述選擇性濾波器的選擇性。
圖3是圖示說明包含閉環電路22及開環電路24的單端LNA 14的電路圖。在圖3的實例中，閉環電路22包含電晶體M1與M2、電阻器RD1與RF及電容器C。晶 體管Ml與M2可以是(例如)場效應電晶體(FET)。電晶體Ml的柵極接收輸入信號。 電容器C的一個側可經耦合以接收輸入信號，而電容器C的另一個側可串聯耦合到電 阻器RF的第一側。電阻器RD1的一個側可連接到電壓源。電阻器RD1的第二側可連 接到電阻器RF的第二側。另外，電阻器RD1的第二側也可耦合到電晶體M2的源極。 電晶體M2的漏極可耦合到電晶體Ml的源極。電晶體M1的漏極可接地。因此，反 饋環路27可包括電容器C、電阻器RD1與RF及電晶體M2。閉環增益放大器26可 包括電阻器RD1及電晶體M2與Ml 。
在圖3的實例中，開環電路24包含電晶體M1與M3及電阻器RD2。因此，在 一些實施方案中，閉環電路22及開環電路24可共享電晶體M1。閉環電路22與開環 電路24之間所共享的輸入電晶體M1可以是單一電晶體或並聯的複數個電晶體以實現 所需電晶體特性。電晶體M1的柵極接收輸入信號。電晶體M1的源極可接地。晶體 管M1的漏極可以耦合到電晶體M3的源極，以及電晶體M2的源極。電晶體M3的源 極可以耦合電阻器RD2的第一側。電阻器RD2的第二側可以耦合到電壓源。LNA14 的輸出可以是電晶體M3的源極電壓。電晶體M2與M3的柵極可以耦合到偏壓電路(未 顯示)，所述偏壓電路施加偏壓電流以使得電晶體M2與M3保持在有源操作區域中。 通過調節電晶體M2與M3的相對大小，可調節閉環電路22與開環電路24之間的信 號比來最優化總電路的噪聲係數、輸入匹配及增益性能。另外，可將不同偏壓施加於 電晶體M2與M3來調節閉環電路22與開環電路24之間的信號比。
LNA 14的輸出阻抗可接近開環電路24的電阻器RD2的值。LNA 14的輸入阻抗 受閉環電路22的輸入阻抗Rin支配，其可近似為
Rin =認(l + T)， 其中T = gm * (W1/(W1+W2) * (RD1)，
且其中，gm是電晶體Ml的跨導，Wl是電晶體M1的柵極寬度且W2是電晶體 M2的柵極寬度。如從上文的輸入阻抗方程式中可見，LNA 14的輸入阻抗不依賴輸入 頻率。因此，可使LNA14的輸入阻抗與寬輸入頻率範圍內的輸入信號的阻抗相匹配。 而且，如上文中所述，LNA14的噪聲可藉助閉環電路22中所提供的部分反饋拓樸而 降低。隨著噪聲的降低，噪聲係數也可降低。然而，反饋拓樸不存在於開環電路24 中，此增加LNA 14的輸出阻抗，並允許在不引入不穩定性的條件下將選擇性濾波器 併入所述開環電路中。
而且，閉環電路22所呈現的輸入阻抗可不依賴輸入信號的頻率。如上文所指示， 可將閉環電路22的輸入阻抗建模為閉環增益放大器26的輸入阻抗除以閉環放大器26 的信號增益乘以反饋環路27的信號增益加一的和。閉環放大器26及反饋環路27的增 益在LNA 14的不同實施方案中可能會變化。可將LNA 14的輸入阻抗建模為與開環 22的輸入阻抗並聯的閉環電路22的輸入阻抗。然而，開環電路24的輸入阻抗通常將 經配置以比閉環電路22的輸入阻抗大得多。因此，LNA 14的輸入阻抗可能不會受開環電路24的輸入阻抗影響，且LNA 14的輸入阻抗可與閉環電路22的輸入阻抗近似 相同。
閉環電路22也可為LNA4提供低噪聲係數。如上文中所論述，低噪聲係數允許 放大弱信號而不會降級輸出。放大器內的組件由於電流的隨機波動固有地產生噪聲。 放大器的輸出信號因所述放大器放大輸入信號及所述固有噪聲兩者而降級。如果噪聲 水平高，那麼可難於區分所述放大器的輸出信號上的經放大的信號與經放大的固有噪 聲。
為最小化噪聲的影響，放大器可需要高信-噪比。在接收器10中，放大器可接收 弱信號。在放大器接收弱信號的情況下，必須降低噪聲以獲得高信-噪比。閉環電路 22可使用部分反饋拓樸降低LNA 14的輸入處的固有噪聲，所述部分反饋拓樸包括閉 環增益放大器26及反饋環路27。LNA 14的輸入處的噪聲可計算為閉環增益放大器26 的輸入處的噪聲除以閉環增益26的信號增益乘以反饋環路27的信號增益加一的和。 通常，根據方程式Rin=RF/(l+T)，閉環電路22提供輸入電阻阻抗而不降級NF性能。 隨著LNA 14的固有噪聲降低，對應地噪聲係數可降低。
儘管閉環電路22可提供阻抗匹配及低噪聲係數，但是閉環電路22無法提供高輸 出阻抗。可需要高輸出阻抗來驅動接收器10內的各種組件。因此，高輸出阻抗及信號 放大可通過LNA 14內的開環電路24提供。開環24以所需增益放大所述經阻抗匹配 的輸入信號。另外，開環電路24可經設計以提供高輸出阻抗。在此實例中，開環電路 24的輸出可以是LNA 14的輸出。開環電路24可提供高輸出阻抗，這是因為開環22 的輸出可與閉環電路22電無關。因此，閉環電路22的阻抗不會顯著影響開環電路24 的輸出阻抗，且可將開環電路24的輸出阻抗設計為所需值。
圖4是圖示說明包含閉環電路及開環電路的差動LNA 14S的電路圖。在圖4的實 例中，差動LNA 14S包含接收正差動輸入信號的第一LNA 14A及接收負差動輸入信 號的第二LNA 14B。LNA 14A包含以上文關於圖3所述的方式布置的電晶體Ml 、M2、 M3、電阻器RF1、 RD1及電容器C1。 LNA 14B的配置與LNA 14A的配置相同，且 其包含對應電晶體M4、 M5、 M6、電阻器RD3與RF1及電容器C2。電晶體Ml的柵 極可自輸入12接收正輸入信號。所述正輸入也可連接到電容器C1。類似地，所述負 輸入耦合到電晶體M4的柵極以及到容器C2。 LNA 14A與14B經組合以跨越正輸入
端及負輸入端接受差動輸入信號，並跨越正輸出端及負輸出端產生組合差動輸出信號。 電晶體M2、 M3、 M5與M6的柵極可以耦合到相應偏壓電路(未顯示)，所述相應偏壓
電路施加偏壓電流以使得所述電晶體保持在有源操作區域中。
圖5是圖示說明包含閉環電路22及具有選擇性濾波器30的開環電路24的單端 LNA 14T的電路圖。圖5的LNA 14T大致上對應於圖2的LNA 14，但圖5的LNA 14T 進一步包含選擇性濾波器30。如圖5中所示，選擇性濾波器30可駐存於開環電路24 中電晶體M1的漏極與電晶體M3的源極之間。在一些實施方案中，開環電路24的輸 出可驅動可調諧帶通濾波器(如下文中將描述)或其它負載。電晶體M2與M3的柵極可以耦合到偏壓電路(未顯示)，所述偏壓電路施加偏壓電流以使得電晶體M2與M3保持 在有源操作區域中。
作為一實例，DVB-H或FLO裝置可在大約470兆赫茲與862兆赫茲的寬頻帶內 操作。然而，所述裝置可實施在DVB-H或FLO頻帶外的頻率範圍中操作的其它功能， 或可暴露於那些頻帶外的頻率範圍。例如，在GSM 1800系統中，輸入12可接收從 1.710千兆赫茲至1.785千兆赫茲範圍的頻率。在UMTS系統中，輸入12可接收從1.92 千兆赫茲至1.98千兆赫茲範圍的頻率。在無線區域網路(WLAN)中，輸入12可接收從 2.4千兆赫茲至2.48千兆赫茲範圍的頻率。
具有在所關注頻帶外的頻率的信號的傳播可對LNA 14T及接收鏈中的其它組件 (例如，下變頻混頻器16、 ADC 18及數據機20)造成不利影響。例如，如果所關 注頻帶外的頻率未被濾除，那麼接收器10中的下變頻混頻器16可將所述頻率混成基 帶，從而可能產生錯誤。特定來說，在基帶中，所關注頻帶內的頻率可能與所關注頻 帶外的頻率重疊。出於此原因，可期望提供選擇性濾波器30以拒絕具有在所關注頻帶 外的頻率的信號。選擇性濾波器30可用作帶阻濾波器，所述帶阻濾波器向具有所需頻 帶的信號呈現低阻抗並向在所關注頻帶外的信號(例如，幹擾信號)呈現高阻抗。可在 不產生不穩定性的條件下將選擇性濾波器30併入開環電路24中。
選擇性濾波器30拒絕頻帶外信號，且可配置為單端或差動濾波器，其配置與LNA 14的配置一致。在一些情形中，選擇性濾波器30可包括陷波濾波器。陷波濾波器可 衰減處於特定頻率的信號的功率。作為一個實例，所述陷波濾波器可經設計以顯著地 衰減處於1.8千兆赫茲與2.4千兆赫茲的信號，而使所關注頻帶內的信號(例如，470 兆赫茲及862兆赫茲)通過。當然，衰減量及所衰減的頻率可依據設計考慮而變化。除 陷波濾波器之外，選擇性濾波器24還可包含其它濾波器，例如低通濾波器。
圖6是圖示說明包含閉環電路及具有選擇性濾波器的開環電路的差動LNA 14U 的電路圖。在圖6的實例中，LNA 14U包含接收正差動輸入信號的第一LNA 14A及 接收負差動輸入信號的第二 LNA 14B。LNA 14A包含以上文關於圖3所述的方式所布 置的電晶體M1、 M2、 M3、電阻器RF1、 RD1及電容器C1。 LNA 14B的配置與LNA 14A的配置相同，且其包含對應電晶體M4、 M5、 M6、電阻器RD3與RF1及電容器 C2。電晶體M2、 M3與M5、 M6的柵極可以耦合到相應偏壓電路(未顯示)，所述相應 偏壓電路施加偏壓電流以使得所述電晶體保持在有源操作區域中。
每一LNA14A、 14B分別包含選擇性濾波器30A、 30B，或所共享的選擇性濾波 器的一部分。可將每一選擇性濾波器30A、 30B布置在相應LNA 14A、 LMA 14B的開 環電路24中。LNA 14A與14B經組合以跨越正輸入端及負輸入端接受差動輸入信號， 在開環電路24中(例如)經由陷波濾波器應用選擇性頻率濾波，並跨越正輸出端及負輸 出端產生組合的差動輸出信號。在一些實施方案中可提供電流源32，並在LNA 14A 與LNA 14B之間共享所述電流源。電流源32允許所述電路完全以差動方式操作。然 而，電流源32是任選的。如圖6中所示，電流源32在電晶體M1與M4的漏極與地面之間延伸。
圖7是圖示說明包含閉環電路22及驅動可調諧帶通濾波器34的開環電路24的 單端LNA 14V的電路圖。在圖7的實例中，LNA 14V大體上對應於圖3的LNA 14， 但LNA14V包含可調諧帶通濾波器34作為輸出負載。另夕卜，如圖7中所示，LNA 14 可省略電阻器RD2。可調諧帶通濾波器34耦合於開環電路24中的電晶體M3的漏極 與電源之間，且其可以是單端或差動濾波器，與LNA14的特定實施方案一致。而且， 電晶體M2與M3的柵極可耦合到偏壓電路(未顯示)，所述偏壓電路施加偏壓電流以使 得電晶體M2與M3保持在有源操作區域中。
作為一實例，可調諧帶通濾波器34可經配置以支持頻帶選擇及幹擾拒絕。以這 樣方式，可調諧帶通濾波器34可允許調諧至所需頻帶，並補充選擇性濾波器30所提 供的幹擾拒絕。另外，在差動實施方案中，可調諧帶通濾波器34可提供單到差動轉換， 此對於某些LNA可能是需要的。
可調諧帶通濾波器34可呈現高阻抗負載，且因此需要高阻抗輸出。開環電路24 可提供所需輸出阻抗來驅動可調諧帶通濾波器34。另外，開環電路24可容納選擇性 濾波器30，如先前所描述。然而，與此同時，閉環電路22提供所需輸入阻抗及噪聲 匹配。
圖8是圖示說明包含閉環電路22及驅動可調諧帶通濾波器34的開環電路24的 差動LNA14W的電路圖。在圖8的實例中，第一LNA14A接收正差動輸入信號，且 第二LNA 14B接收負差動輸入信號。LNA 14A包含以上文關於圖3所述的方式所布 置的電晶體M1、 M2、 M3、電阻器RF1、 RD1及電容器C1。 LNA 14B的配置與LNA 14A的配置相同，且其包含對應電晶體M4、 M5、 M6、電阻器RD3與RF2及電容器 C2。如在先前實例中，電晶體M2、 M3與M5、 M6的柵極可耦合到相應的偏壓電路(未 顯示)，所述相應的偏壓電路施加偏壓電流以使得所述電晶體保持在有源操作區域中。
每一LNA14A、 14B分別驅動可調諧帶通濾波器34A、 34B,或所共享的可調諧 帶通濾波器的一部分。每一帶通濾波器34A、 34B可布置為相應LNA 14A、 LNA 14B 的開環電路24的負載。LNA 14A與14B經組合以跨越正輸入端及負輸入端接受差動 輸入信號，驅動可調諧帶通濾波器34A、 34B並跨越由可調諧帶通濾波器所呈現的正 輸出端及負輸出端產生組合的差動輸出信號。圖8中還顯示從耦合電晶體Ml與M4 的源極的共用節點延伸至地面的任選電流源32。
圖9是圖示說明包含閉環電路22及開環電路24的單端LNA 14X的電路圖，其 中開環電路24包含選擇性濾波器30並驅動可調諧帶通濾波器34。於圖9的實例中， LNA 14X大體上與圖3的LNA 14相符，但LNA 14X包含開環電路24中的選擇性濾 波器30並驅動可調諧帶通濾波器34。在此情況下，選擇性濾波器30提供對處於所關 注頻帶外的頻率的幹擾信號的拒絕，且可調諧帶通濾波器34提供額外幹擾拒絕及選擇 性地調諧至通過LNA14X的寬帶內的特定頻率子帶的能力。同樣，閉環電路22提供 所需輸入阻抗及噪聲匹配，而開環電路24放大所述輸入信號，產生所需輸出阻抗來驅動可調諧帶通濾波器34，並支持將選擇性濾波器30併入LNA14X內。電晶體M2與 M3的柵極可以耦合到偏壓電路(未顯示)，所述偏壓電路施加偏壓電流以使得電晶體 M2與M3保持在有源操作區域中。
圖10是圖示說明包含閉環電路22及開環電路24的差動LNA 14Y的電路圖，所 述開環電路具有選擇性濾波器30A、 30B並驅動可調諧帶通濾波器34A、 34B。在圖 IO的實例中，第一LNA14A接收正差動輸入信號，且第二 LNA 14B接收負差動輸入 信號。LNA 14A包含以上文關於圖3所述的方式所布置的電晶體M1、 M2、 M3、電 阻器RF1、 RD1及電容器C1。 LNA14B的配置與LNA14A的配置相同，且其包含對 應電晶體M4、 M5、 M6、電阻器RD3與RF1及電容器C2。如先前實例中，電晶體 M2、 M3與M5、 M6的柵極可以耦合到相應的偏壓電路(未顯示)，所述相應的偏壓電 路施加偏壓電流以使得所述電晶體保持在有源操作區域中。
每一 LNA 14A、 14B分別包含位於電晶體Ml與電晶體M3之間及位於電晶體 M4與電晶體M6之間的選擇性濾波器30A、 30B。另夕卜，每一 LNA 14A、 14B驅動相 應的可調諧帶通濾波器34A、 34B，或所共享的可調諧帶通濾波器的一部分。LNA14A 與14B經組合以跨越正輸入端及負輸入端接受差動輸入信號，驅動可調諧帶通濾波器 34A、 34B並跨越由可調諧帶通濾波器所呈現的正輸出端及負輸出端產生組合的差動 輸出信號。圖8中還顯示從耦合電晶體Ml與M4的源極的共用節點延伸至地面的任 選電流源32。
圖11是更詳細地圖示說明包含閉環電路22及開環電路24的差動LNA 14Z的另 一電路圖，其中所述開環電路24包含選擇性濾波器30並驅動可調諧帶通濾波器34。 在圖ll的實例中，LNA 14A包含電晶體M1、 M2與M3、電阻器RF與RD1、及電容 器C1。 LNA 14B包含電晶體M4、 M5與M6、電阻器RF2與RD3、及電容器C2。選 擇性濾波器24的一側耦合到電晶體Ml的漏極及電晶體M2的源極。選擇性濾波器24 的另一側耦合到電晶體M4的漏極及電晶體M5的源極。
選擇性濾波器24可包括兩個電晶體M7與M8及兩個LC儲能電路，所述兩個 LC儲能電路包括感應器線圈L3-L6及電容器C5-C16。感應器L3與C5可彼此並聯連 接。L3與C5的並聯組合的第一側經由電容器C6共同接地並耦合到電晶體M3的漏 極。L3與C5的並聯組合的第二側經由電容器C8共同接地並耦合到電晶體M7的源 極。感應器L4及電容器C10類似地並聯耦合。L4與C10的並聯組合的第一側經由電 容器C7共同接地並耦合到電晶體M6的漏極。L4與C10的第二側經由電容器C9共 通接地並耦合到電晶體M8的源極，可串聯連接到電容器C7，到電壓源的第二側。所 述並聯組合的第二側可串聯連接到電容器C9，到電壓源的第二側。
感應器L5及電容器Cll彼此並聯耦合。L5與Cll的並聯組合的第一側可經由電 容器C12共同接地並耦合到電晶體M7的漏極。L5與Cll的並聯組合的第二側經由 電容器C14共同接地並耦合到電晶體M1的源極及電晶體M2的漏極。感應器L6及電 容器C16可彼此並聯連接。L6及C16的並聯組合的第一側經由電容器C13共同接地並耦合到電晶體M8的漏極。L6及C16的並聯組合的第二側經由電容器C15共同接 地並耦合到電晶體M4的源極及電晶體M5的漏極。
可調諧帶通濾波器34可包括兩個感應器Ll與L2、兩個可變電容器C3與C4及 兩個電晶體M3與M6。可變電容器C3、 C4可以由切換的電容器網絡形成，所述切換 的電容器網絡可經選擇性地切換以將可調諧帶通濾波器34調諧至所需頻帶。感應器 Ll及可變電容器C3並聯連接。類似地，感應器L2及可變電容器C4並聯連接。Ll 與C3的並聯組合可電磁耦合到L2與C4的並聯組合。感應器L2的中心抽頭可連接到 電壓源。L2與C4的並聯組合的第一側可連接到電晶體M3的漏極。L2與C4的並聯 組合的第二側可連接到電晶體M6的漏極。電晶體M3的源極可連接到選擇性濾波器 30的感應器L3與電容器C5的並聯組合的第一側。電晶體M6的源極可連接到選擇性 濾波器30的感應器L4與電容器C10的並聯組合的第一側。
有效地，選擇性濾波器30形成雙共陰共柵與橢圓帶阻濾波器。 一般而言，晶體 管M7與M8的漏極節點處的頻帶內信號經歷低阻抗，而所關注頻帶外的幹擾信號經 歷高阻抗。而且，從電晶體M7與M8的漏極流動穿過電容器C12與C13的頻帶內信 號經歷高阻抗，而幹擾信號經歷低阻抗且經分流以接地。因此，在選擇性濾波器30 中，所關注頻帶內的信號被放大，而幹擾信號被拒絕。對於高度拒絕而言，濾波器的 高Q可是重要的。另夕卜，感應器L5與L6之間及感應器L3與L4之間的低k(耦合系 數)，以及感應器L5、 L6與感應器L3、 L4之間的大致對稱可是重要的。
可如下提供用於圖11的實例性實施方案的實例性電路組件值
電晶體Ml: 975微米/0.18微米(柵極寬度/柵極長度)
電晶體M2: 132微米/0.18微米
電晶體M7: 810微米/0.18微米
電阻器RF1: 2.7千歐姆
電阻器RD1: l千歐姆
電容器C1: 2.5皮法
感應器L5: 3毫微亨
電容器C11: 3皮法 電容器C14: 3皮法 電容器C12: 8皮法
感應器L3: 9毫微亨
電容器C5: 1皮法
電容器C8: 2皮法
電容器C6: 2皮法
電晶體M3: 360微米/0.2微米
感應器L1: 11毫微亨 感應器L2: 11毫微亨電容器C3:可自230 fF調諧至3.5皮法
可為另一半電路上的組件提供相同組件值，所述另一半電路實質上是上文所述一 半電路的鏡像。上述電路組件值是用於實例及圖示說明的目的，而不應視為對本發明 中所述的各種實例的限制。
已揭示各種實例。本發明中所述的各種電晶體、電阻器、電容器與感應器及其它 組件可通過各種適合技術及製造技術中的任一者來實現。例如，此類組件可形成於一 個或一個以上集成電路裝置內、由集成電路組件及離散組件的組合形成、或完全由離
散組件形成。電晶體可以是FET或其它類型的電晶體。適當的組件值、物理性質及特 性可根據設計要求進行選擇，包含LNA的所需頻率響應、增益及選擇性。另夕卜，出於 集成電路製造的目的，可使用各種蝕刻技術及技藝中的任一者。這些及其它實例均在 以上權利要求書的範圍內。
權利要求
1、一种放大器，其包括閉環電路，其為輸入信號提供阻抗匹配；及開環電路，其耦合到所述閉環電路並放大所述經阻抗匹配的輸入信號。
2、 如權利要求1所述的放大器，其中所述閉環電路包含輸入電晶體及反饋晶體 管，且開環增益放大器電路包含所述輸入電晶體及輸出電晶體。
3、 如權利要求2所述的放大器，其中所述輸入電晶體的柵極接收所述輸入信號， 所述反饋電晶體的漏極耦合到所述輸入電晶體的源極，所述輸出電晶體的漏極耦合到 所述輸入電晶體的所述源極，且所述反饋電晶體的源極經由反饋環路耦合到所述輸入 電晶體的所述柵極。
4、 如權利要求1所述的放大器，其進一步包括位於所述開環電路內的選擇性濾波器，所述選擇性濾波器拒絕在選定頻帶外的頻率。
5、 如權利要求4所述的放大器，其中所述選擇性濾波器包括陷波濾波器。
6、 如權利要求4所述的放大器，其進一步包括耦合到所述開環電路的輸出的帶 通濾波器。
7、 如權利要求4所述的放大器，其中所述帶通濾波器是可調諧的。
8、 如權利要求1所述的放大器，其進一步包括耦合到所述開環電路的輸出的帶 通濾波器。
9、 如權利要求1所述的放大器，其中所述帶通濾波器是可調諧的。
10、 如權利要求1所述的放大器，其中所述放大器是差動放大器，所述閉環電路 包含第一閉環電路，其為所述輸入信號的正分量提供阻抗匹配；及第二閉環電路， 其為所述輸入信號的負分量提供阻抗匹配，且所述開環電路包含第一開環電路，其 放大所述輸入信號的所述正分量；及第二開環電路，其放大所述輸入信號的所述負分
11、 如權利要求1所述的放大器，其中所述閉環電路為在大約470兆赫茲至大約 862兆赫茲的頻率範圍內的所述輸入信號提供阻抗匹配。
12、 一種無線接收器，其包括-射頻(RF)天線；及放大器，其包括-閉環電路，其為經由所述天線接收的輸入信號提供阻抗匹配，及 開環電路，其耦合到所述閉環電路並放大所述經阻抗匹配的輸入信號。
13、 如權利要求12所述的接收器，其中所述閉環電路包含輸入電晶體及反饋晶 體管，且開環增益放大器電路包含所述輸入電晶體及輸出電晶體。
14、 如權利要求13所述的接收器，其中所述輸入電晶體的柵極接收所述輸入信 號，所述反饋電晶體的漏極耦合到所述輸入電晶體的源極，所述輸出電晶體的漏極耦 合到所述輸入電晶體的所述源極，且所述反饋電晶體的源極經由反饋環路耦合到所述 輸入電晶體的所述柵極。
15、 如權利要求12所述的接收器，其進一步包括位於所述開環電路內的選擇性 濾波器，所述選擇性濾波器拒絕在選定頻帶外的頻率。
16、 如權利要求15所述的接收器，其中所述選擇性濾波器包括陷波濾波器。
17、 如權利要求15所述的接收器，其進一步包括耦合到所述開環電路的輸出的 帶通濾波器。
18、 如權利要求15所述的接收器，其中所述帶通濾波器是可調諧的。
19、 如權利要求12所述的接收器，其進一步包括耦合到所述開環電路的輸出的 帶通濾波器。
20、 如權利要求12所述的接收器，其中所述帶通濾波器是可調諧的。
21、 如權利要求12所述的接收器，其中所述放大器是差動放大器，所述閉環電 路包含第一閉環電路，其為所述輸入信號的正分量提供阻抗匹配；及第二閉環電路， 其為所述輸入信號的負分量提供阻抗匹配，且所述開環電路包含第一開環電路，其 放大所述輸入信號的所述正分量；及第二開環電路，其放大所述輸入信號的所述負分
22、 如權利要求1所述的接收器，其中所述閉環電路為在大約470兆赫茲至大約 862兆赫茲的頻率範圍內的所述輸入信號提供阻抗匹配。
23、 如權利要求1所述的接收器，其進一步包括下變頻混頻器，其耦合到所述 放大器的輸出並將所述經放大的輸入信號的頻率下變頻到基帶頻率；模擬至數字轉換 器，其將所述基頻輸入信號轉換成數字值。
24、 一種方法，其包括 經由閉環電路為輸入信號提供阻抗匹配；及經由開環電路放大所述經阻抗匹配的輸入信號，其中所述開環電路與所述閉環電 路共享用以接收所述輸入信號的共用輸入電晶體。
25、 如權利要求24所述的方法，其中所述閉環電路包含輸入電晶體及反饋晶體 管，且開環增益放大器電路包含所述輸入電晶體及輸出電晶體。
26、 如權利要求25所述的方法，其中所述輸入電晶體的柵極接收所述輸入信號， 所述反饋電晶體的漏極耦合到所述輸入電晶體的源極，所述輸出電晶體的漏極耦合到 所述輸入電晶體的所述源極，且所述反饋電晶體的源極經由反饋環路耦合到所述輸入 電晶體的所述柵極。
27、 如權利要求24所述的方法，其進一步包括經由位於所述開環電路內的選擇 性濾波器拒絕所述經放大的輸入信號中在選定頻帶外的頻率。
28、 如權利要求27所述的方法，其中所述選擇性濾波器包括陷波濾波器。
29、 如權利要求27所述的方法，其進一步包括經由耦合到所述開環電路的輸出 的帶通濾波器對所述經放大的信號進行帶通濾波。
30、 如權利要求24所述的方法，其進一步包括經由耦合到所述開環電路的輸出 的帶通濾波器對所述經放大的信號進行帶通濾波。
31、 如權利要求24所述的方法，其中所述放大器是差動放大器，所述閉環電路 包含第一閉環電路，其為所述輸入信號的正分量提供阻抗匹配；及第二閉環電路， 其為所述輸入信號的負分量提供阻抗匹配，且所述開環電路包含第一開環電路，其放大所述輸入信號的所述正分量；及第二開環電路，其放大所述輸入信號的所述負分
32、如權利要求24所述的方法，其中所述閉環電路為在大約470兆赫茲至大約 862兆赫茲的頻率範圍內的所述輸入信號提供阻抗匹配。
全文摘要
本發明涉及一種具有寬帶阻抗及噪聲匹配的頻率選擇性低噪聲放大器(LNA)。所述LNA可包含支持寬帶輸入匹配的閉環電路。例如，所述閉環電路可經配置以阻抗匹配輸入信號並提供低噪聲係數。另外，所述LNA可包含放大所述輸入信號並提供高輸出阻抗的開環電路。所述開環電路可進一步包含濾除在所需頻帶外的頻率的選擇性濾波器。所述LNA可經由所述開環電路驅動可調諧帶通濾波器。
文檔編號H03F1/56GK101627535SQ200880007423
公開日2010年1月13日 申請日期2008年3月10日 優先權日2007年3月9日
發明者肯尼斯·查爾斯·巴尼特, 金泰武 申請人:高通股份有限公司