用于將單端輸入信號轉換為差分輸出信號的放大器(300)。該放大器(300)包括第一晶體管(301)、第二晶體管(302)、第三晶體管(303)和第四晶體管(304)。以共源極或共發射極模式配置的第一晶體管(301)接收單端輸入信號并且生成差分輸出信號的第一部分。以共源極或共發射極模式配置的第二晶體管(302)生成差分輸出信號的第二部分。第三和第四晶體管(303，304)電容性交叉耦合。放大器(300)還包括電感退化，使得第一晶體管(301)的源極或發射極連接至第一電感器(321)并且第二晶體管(302)的源極或發射極連接至第二電感器(322)。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本文中的實施例涉及放大器。特別地，實施例涉及無線通信設備中用于將單端輸入信號轉換為差分輸出信號的低噪聲放大器。
技術介紹
在無線通信設備(例如現代蜂窩電話)中采用的收發器通常高度地集成有被集成在射頻集成電路(RFIC)上的大部分收發器功能，該收發器通常包括發射器和接收器。高度集成的RFIC減小了電話的印刷電路板(PCB)面積、復雜性和功耗，同時降低了部件的成本。另外，在高端移動電話和膝上型電腦中使用的蜂窩接收器需要在多個頻帶操作，并且蜂窩接收器必須支持若干無線標準，諸如全球移動通信系統(GSM)、寬帶碼分多址(WCDMA)和長期演進(LTE)等。由于每個接收頻帶通常需要在天線與RFIC之間的其自身的預選擇濾波器，所以RFIC的接收器輸入的數目基本上由需要支持的頻帶的數目確定。實際上，現有技術的RFIC具有10到30個接收器輸入。另外，由于差分信號處理被認為對共模擾動和干擾更加不敏感并且具有魯棒性，所以通常針對接收器RFIC采用差分輸入。自然，RFIC接收器的對應的第一級——通常為低噪聲放大器(LNA)——也被實現為差分輸入、差分輸出放大器。不幸的是，由于每個差分LNA需要兩個輸入封裝引腳，所以在假定需要支持大量頻帶時，接收器輸入所消耗的RFIC封裝引腳的數目將顯著增加。例如，在20個差分接收器輸入的情況下，在RFIC中一共需要40個用于接收器輸入的封裝引腳。另外，在RFIC與包含預選擇濾波器等的前端模塊(FEM)之間的PCB上路由20個差分射頻(RF)跡線變得非常有挑戰性。出于這一原因，非常有益的是，LNA具有單端輸入以降低接收器所需要的RFIC封裝引腳的數目。另外，這簡化了FEM與RFIC之間的PCB路由，并且還降低了對應路由所需要的PCB面積和足跡。另一方面，由于電氣性能原因，非常有益的是，實現下變頻混頻器，其在接收器下游在LNA之后作為雙平衡電路，因此LNA需要具有差分輸出。因此，需要單端到差分LNA。單端到差分放大器可以使用單端放大器來實現，單端放大器即具有單端輸入和輸出的放大器，其之后是無源或有源巴倫電路，巴倫電路將放大器的單端輸出信號轉換為差分信號。不幸的是，單端放大器對差地建模的接地和電源寄生效應非常敏感，電源寄生效應諸如是寄生電感，其可以降低放大器增益、輸入匹配、噪聲圖(NF)等，并且在一些極端情況下可能引起電路振蕩。由于單端放大器設計需要對接地和電源寄生效應的非常準確的建模，因此由于更長的設計周期而存在對上市時間的懲罰的風險。另外，在包含RFIC的產品中，客戶或另一子承包商可以設計PCB，因此，可以有益的是，使用對PCB寄生效應(例如電源和接地電感)不敏感的LNA。最后，不可避免的接地和電源寄生回路也可以充當不期望的虛假信號的磁性耦合的犧牲回路。通常，無源巴倫電路被實現為感應變壓器。然而，在放大器輸出處使用的無源巴倫電路或變壓器電路通常比對應的差分電感器具有更低的品質因子，這導致功耗懲罰。另外，有源巴倫電路通過引入噪聲和非線性而降低了接收器的性能，同時也增加了接收器的功耗。通過采用巴倫電路來實現單端到差分放大器也是可能的，該巴倫電路之后是差分放大器，即具有平衡的或差分的輸入和輸出的放大器。巴倫電路將單端輸入信號轉換為差分放大器的差分信號。傳統的巴倫電路可以被實現為芯片上或芯片外感應變壓器。然而，由于巴倫電路的損耗關于接收器NF非常關鍵，所以巴倫電路通常實現為具有高品質因子(Q因子)和低損耗的芯片外部件。不幸的是，由于每個RFIC接收器輸入需要其自己的巴倫電路并且外部巴倫電路幾乎與預選擇濾波器一樣昂貴，所以解決方案由于高成本而不太吸引人，并且消耗大的PCB面積。US 6366171公開了單端到差分LNA，其可以集成在硅上，但是在該技術中，需要補償電路以改善差分信號相位不平衡。另外，生成差分輸出信號所需要的輔助支路生成大量噪聲和非線性。在US 7646250和CHOI,J.等人的A Low Noise and Low Power RF Front-End for 5.8-GHz DSRC Receiver in 0.13um CMOS,Journal of Semiconductor Technology and Science,Vol.11,No.1,March,2011中公開了具有類型拓撲的單端到差分信號轉換器，該拓撲能夠響應于單端輸入電壓而提供良好平衡的輸出電流。圖1中示出了如下拓撲，其中單端到差分轉換器包括第一晶體管M1和第二晶體管M2，每個晶體管被配置為共源放大器。另外，電容性交叉耦合的晶體管對M3和M4耦合至第一和第二晶體管M1和M2的輸出。ZL是在轉換器的輸出處耦合的LC諧振器電路。不幸的是，由于這一電路具有電容性或虛輸入阻抗，所以其輸入阻抗不能匹配真阻抗，諸如50Ω，甚至是在芯片外匹配網絡的情況下。因此，圖1所示的單端到差分轉換器在圖2所示并且在以下描述的無線接收器中不能用作LNA，在圖2中LNA輸入阻抗需要匹配在LNA前面的帶通濾波器的特征阻抗，該特征阻抗通常為50Ω。在圖2所示的無線接收器中，需要RF濾波器或帶通濾波器以執行所接收的RF頻帶的預選擇。在沒有RF濾波器的情況下，接收器的線性要求是壓倒性的并且是不實際的。另一方面，如果RF濾波器的終端阻抗明顯不同于規定的特征阻抗，則會在RF濾波器的通帶中引起大的波紋(ripple)和損耗并且使RF濾波器的過渡頻帶惡化。這樣的大的損耗需要避免，因為它們例如可能導致接收器NF和靈敏度的懲罰。因此，非常重要的是，LNA針對RF濾波器呈現足夠準確的終端阻抗。
技術實現思路
因此，本文中的實施例的第一目的是提供具有改進的性能的單端到差分放大器。根據本文中的實施例的第一方面，該目的通過用于將單端輸入信號轉換為差分輸出信號的放大器來實現。根據本文中的實施例的放大器包括第一晶體管，第一晶體管以共源極或共發射極模式配置以接收單端輸入信號并且生成差分輸出信號的第一部分。放大器還包括第二晶體管，第二晶體管以共源極或共發射極模式配置以生成差分輸出信號的第二部分。放大器還包括第三晶體管和第四晶體管，第三晶體管和第四晶體管交叉耦合并且按照以下方式連接至第一和第二晶體管：第一晶體管的漏極或集電極經由第一電容器耦合至第四晶體管的柵極或基極；第二晶體管的漏極或集電極經由第二電容器耦合至第三晶體管的柵極或基極；以及第一晶體管的漏極或集電極連接至第三晶體管的源極或發射極，第二晶體管的漏極或集電極連接至第四晶體管的源極或發射極。另外，第一晶體管的漏極或集電極直接地或者經由第三電容器耦合至第二晶體管的柵極或基極。放大器還包括退化電感，使得第一晶體管的源極或發射極連接至第一電感器并且第二晶體管的源極或發射極連接至第二電感器本文中的實施例的第二目的是提供具有改進的性能的多頻帶接收器。根據本文中的實施例的一方面，該目的通過在多個頻帶操作的接收器來實現。該接收器包括被配置成接收單端輸入信號并且生成單端輸出信號的一個或多個射頻濾波器。接收器還包括一個或多個根據本文中的實施例的被配置成將單端輸入信號轉換為差分輸出信號的放大器，該單端輸入信號是從射頻濾波器生成的單端輸出信號。另外，一個或多個放大器的輸入阻抗被配置成分別匹配一個或多個射頻濾波器在操作頻率處的輸出阻抗。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于將單端輸入信號轉換為差分輸出信號的放大器(300)，所述放大器(300)包括：第一晶體管(301)，以共源極或共發射極模式被配置，以接收所述單端輸入信號并且生成所述差分輸出信號的第一部分；第二晶體管(302)，以共源極或共發射極模式被配置，以生成所述差分輸出信號的第二部分；第三晶體管(303)和第四晶體管(304)，并且其中所述第三晶體管(303)和所述第四晶體管(304)交叉耦合并且連接至所述第一晶體管和所述第二晶體管(301，302)以使得：所述第一晶體管(301)的漏極或集電極經由第一電容器(311)耦合至所述第四晶體管(304)的柵極或基極；所述第二晶體管(302)的漏極或集電極經由第二電容器(312)耦合至所述第三晶體管(303)的柵極或基極；以及所述第一晶體管(301)的所述漏極或集電極連接至所述第三晶體管(303)的源極或發射極，所述第二晶體管(302)的所述漏極或集電極連接至所述第四晶體管(304)的源極或發射極；并且進一步地所述第一晶體管(301)的所述漏極或集電極直接地或者經由第三電容器(313)耦合至所述第二晶體管(302)的柵極或基極；所述第一晶體管(301)的源極或發射極連接至第一電感器(321)并且所述第二晶體管(302)的源極或發射極連接至第二電感器(322)。...
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.02.28 EP 14157220.61.一種用于將單端輸入信號轉換為差分輸出信號的放大器(300)，所述放大器(300)包括：第一晶體管(301)，以共源極或共發射極模式被配置，以接收所述單端輸入信號并且生成所述差分輸出信號的第一部分；第二晶體管(302)，以共源極或共發射極模式被配置，以生成所述差分輸出信號的第二部分；第三晶體管(303)和第四晶體管(304)，并且其中所述第三晶體管(303)和所述第四晶體管(304)交叉耦合并且連接至所述第一晶體管和所述第二晶體管(301，302)以使得：所述第一晶體管(301)的漏極或集電極經由第一電容器(311)耦合至所述第四晶體管(304)的柵極或基極；所述第二晶體管(302)的漏極或集電極經由第二電容器(312)耦合至所述第三晶體管(303)的柵極或基極；以及所述第一晶體管(301)的所述漏極或集電極連接至所述第三晶體管(303)的源極或發射極，所述第二晶體管(302)的所述漏極或集電極連接至所述第四晶體管(304)的源極或發射極；并且進一步地所述第一晶體管(301)的所述漏極或集電極直接地或者經由第三電容器(313)耦合至所述第二晶體管(302)的柵極或基極；所述第一晶體管(301)的源極或發射極連接至第一電感器(321)并且所述第二晶體管(302)的源極或發射極連接至第二電感器(322)。2.根據權利要求1所述的放大器(300)，其中所述放大器(300)還包括匹配電路(330)，并且其中所述第一晶體管(301)的柵極或基極通過所述匹配電路(330)耦合至所述單端輸入信號。3....
【專利技術屬性】
技術研發人員：P·希沃南，J·賈西拉，S·維爾奧南，
申請(專利權)人：瑞典愛立信有限公司，
類型：發明
國別省市：瑞典;SE
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