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折疊式共源共柵放大器.pdf

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折疊式 共源共柵 放大器
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摘要
申請專利號:

CN201310404678.1

申請日:

2013.09.06

公開號:

CN103684286A

公開日:

2014.03.26

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權的轉移IPC(主分類):H03F 3/20登記生效日:20181025變更事項:專利權人變更前權利人:安華高科技通用IP(新加坡)公司變更后權利人:安華高科技股份有限公司變更事項:地址變更前權利人:新加坡新加坡市變更后權利人:新加坡新加坡市|||專利權的轉移IPC(主分類):H03F 3/20登記生效日:20170302變更事項:專利權人變更前權利人:美國博通公司變更后權利人:安華高科技通用IP(新加坡)公司變更事項:地址變更前權利人:美國加利福尼亞州變更后權利人:新加坡新加坡市|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H03F 3/20申請日:20130906|||公開
IPC分類號: H03F3/20; H03F1/34 主分類號: H03F3/20
申請人: 美國博通公司
發明人: 謝明宏
地址: 美國加利福尼亞州
優先權: 2012.09.18 US 13/622,327
專利代理機構: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240 代理人: 田喜慶
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310404678.1

授權公告號:

||||||||||||

法律狀態公告日:

2018.11.13|||2017.03.22|||2017.01.18|||2014.04.23|||2014.03.26

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及折疊式共源共柵放大器。根據本技術的一方面公開了一種增益增強放大器。增益增強可以用于改善放大器的噪聲系數,并且可以通過向放大器中的多個晶體管的柵極饋送輸入信號來實現,其中每個晶體管提供有助于放大器的總電流增益的電流增益。放大器還可以包括用于增加放大器的驅動能力的輸出驅動器級。放大器還可以包括反饋電阻器和輸入電阻器以獲得高線性度增益。

權利要求書

權利要求書
1.  一種放大器,包括:
第一電流增益晶體管,具有與所述放大器的輸入端耦接的柵極;
第二電流增益晶體管,具有經由第一增益通路與所述放大器的所述輸入端耦接的柵極;
第一共源共柵晶體管,具有與所述第一電流增益晶體管的漏極和所述第二電流增益晶體管的漏極耦接的源極、與第一DC偏置電壓耦接的柵極以及與所述放大器的增益輸出端耦接的漏極;
第三電流增益晶體管,具有經由第二增益通路與所述放大器的所述輸入端耦接的柵極;以及
第二共源共柵晶體管,具有與所述第三電流增益晶體管的漏極耦接的源極、與第二DC偏置電壓耦接的柵極以及與所述放大器的所述增益輸出端耦接的漏極。

2.  根據權利要求1所述的放大器,其中,所述第一增益通路包括耦接在所述放大器的所述輸入端與所述第二電流增益晶體管的柵極之間的第一電容器,并且所述第二增益通路包括耦接在所述放大器的所述輸入端與所述第三電流增益晶體管的柵極之間的第二電容器。

3.  根據權利要求2所述的放大器,進一步包括:
第一電阻器,耦接在所述第二電流增益晶體管的柵極與第三DC偏置電壓之間;以及
第二電阻器,耦接在所述第三電流增益晶體管的柵極與第四DC偏置電壓之間。

4.  根據權利要求1所述的放大器,進一步包括源極跟隨器晶體管,所述源極跟隨器晶體管具有與所述放大器的所述增益輸出端耦接的柵極,以及與所述放大器的驅動器輸出端耦接的源極。

5.  根據權利要求4所述的放大器,進一步包括:
反饋電阻器,耦接在所述放大器的所述驅動器輸出端與所述放大器的所述輸入端之間;以及
輸入電阻器,耦接至所述放大器的所述輸入端。

6.  一種放大器,包括:
第一電流增益晶體管,具有與所述放大器的輸入端耦接的柵極;
第二電流增益晶體管,具有經由增益通路與所述放大器的所述輸入端耦接的柵極;以及
共源共柵晶體管,具有與所述第一電流增益晶體管的漏極和所述第二電流增益晶體管的漏極耦接的源極、與第一DC偏置電壓耦接的柵極以及與所述放大器的增益輸出端耦接的漏極。

7.  根據權利要求6所述的放大器,進一步包括源極跟隨器晶體管,所述源極跟隨器晶體管具有與所述放大器的所述增益輸出端耦接的柵極,以及與所述放大器的驅動器輸出端耦接的源極。

8.  根據權利要求7所述的放大器,進一步包括:
反饋電阻器,耦接在所述放大器的所述驅動器輸出端與所述放大器的所述輸入端之間;以及
輸入電阻器,耦接至所述放大器的所述輸入端。

9.  一種放大器,包括:
第一電流增益晶體管,具有與所述放大器的輸入端耦接的柵極;
第二電流增益晶體管,具有經由增益通路與所述放大器的所述輸入端耦接的柵極;
第一共源共柵晶體管,具有與所述第一電流增益晶體管的漏極耦接的源極、與第一DC偏置電壓耦接的柵極以及與所述放大器的增益輸出端耦接的漏極;以及
第二共源共柵晶體管,具有與所述第二電流增益晶體管的漏極耦接的源極、與第二DC偏置電壓耦接的柵極以及與所述放大器的所述增益輸出端耦接的漏極。

10.  根據權利要求9所述的放大器,其中,所述增益通路包括耦接在所述放大器的所述輸入端與所述第二電流增益晶體管的柵極之間的電容器。

說明書

說明書折疊式共源共柵放大器
技術領域
本描述總體涉及放大器,更具體地,涉及折疊式共源共柵放大器。
背景技術
低噪聲放大器(LNA)可以在系統的前端接收器中用來放大輸入信號,并且將所放大的信號輸出至系統中的其他電路(例如,調諧器、解調器等),用于進行進一步處理。為了讓系統實現高輸入靈敏度,LNA具有低噪聲和高線性度是很重要的。
在傳統LNA中,線性度由gm*Ro限制,其中gm是LNA的跨導并且Ro是LNA的輸出阻抗。結果,傳統LNA需要高電流,因此需要高功率,從而實現高線性度。在傳統LNA中,感應器可以用于實現低噪聲。然而,感應器占據較大的芯片面積,顯著增大了LNA的大小。
發明內容
為了解決上述問題,本發明提供了以下放大器。
(1)一種放大器,包括:
第一電流增益晶體管,具有與所述放大器的輸入端耦接的柵極;
第二電流增益晶體管,具有經由第一增益通路與所述放大器的所述輸入端耦接的柵極;
第一共源共柵晶體管,具有與所述第一電流增益晶體管的漏極和所述第二電流增益晶體管的漏極耦接的源極、與第一DC偏置電壓耦接的柵極以及與所述放大器的增益輸出端耦接的漏極;
第三電流增益晶體管,具有經由第二增益通路與所述放大器的所述輸入端耦接的柵極;以及
第二共源共柵晶體管,具有與所述第三電流增益晶體管的漏極耦接的源極、與第二DC偏置電壓耦接的柵極以及與所述放大器的所述增益輸出端耦接的漏極。
(2)根據(1)所述的放大器,其中,所述第一增益通路包括耦接在所述放大器的所述輸入端與所述第二電流增益晶體管的柵極之間的第一電容器,并且所述第二增益通路包括耦接在所述放大器的所述輸入端與所述第三電流增益晶體管的柵極之間的第二電容器。
(3)根據(2)所述的放大器,進一步包括:
第一電阻器,耦接在所述第二電流增益晶體管的柵極與第三DC偏置電壓之間;以及
第二電阻器,耦接在所述第三電流增益晶體管的柵極與第四DC偏置電壓之間。
(4)根據(1)所述的放大器,進一步包括源極跟隨器晶體管,所述源極跟隨器晶體管具有與所述放大器的所述增益輸出端耦接的柵極,以及與所述放大器的驅動器輸出端耦接的源極。
(5)根據(4)所述的放大器,進一步包括:
反饋電阻器,耦接在所述放大器的所述驅動器輸出端與所述放大器的所述輸入端之間;以及
輸入電阻器,耦接所述放大器的所述輸入端。
(6)根據(5)所述的放大器,其中,所述輸入電阻器的電阻在50Ω至100Ω的范圍內。
(7)一種放大器,包括:
第一電流增益晶體管,具有與所述放大器的輸入端耦接的柵極;
第)二電流增益晶體管,具有經由增益通路與所述放大器的所述輸入端耦接的柵極;以及
共源共柵晶體管,具有與所述第一電流增益晶體管的漏極和所述第二電流增益晶體管的漏極耦接的源極、與第一DC偏置電壓耦接的柵極以及與所述放大器的增益輸出端耦接的漏極。
(8)根據(7)所述的放大器,其中,所述增益通路包括耦接在所述放大器的所述輸入端與所述第二電流增益晶體管的柵極之間的電容器。
(9)根據(8)所述的放大器,進一步包括耦接在所述第二電流增益晶體管的柵極與第二DC偏置電壓之間的電阻器。
(10)根據(7)所述的放大器,進一步包括源極跟隨器晶體管,所述源極跟隨器晶體管具有與所述放大器的所述增益輸出端耦接的柵極,和與所述放大器的驅動器輸出端耦接的源極。
(11)根據(10)所述的放大器,進一步包括電流偏置晶體管,所述電流偏置晶體管與所述源極跟隨器晶體管的源極耦接,并且被配置為向所述源極跟隨器晶體管提供偏置電流。
(12)根據(10)所述的放大器,進一步包括:
反饋電阻器,耦接在所述放大器的所述驅動器輸出端與所述放大器的所述輸入端之間;以及
輸入電阻器,耦接所述放大器的所述輸入端。
(13)根據(12)所述的放大器,其中,所述輸入電阻器的電阻在50Ω至100Ω的范圍內。
(14)一種放大器,包括:
第一電流增益晶體管,具有與所述放大器的輸入端耦接的柵極;
第二電流增益晶體管,具有經由增益通路與所述放大器的所述輸入端耦接的柵極;
第一共源共柵晶體管,具有與所述第一電流增益晶體管的漏極耦接的源極、與第一DC偏置電壓耦接的柵極以及與所述放大器的增益輸出端耦接的漏極;以及
第二共源共柵晶體管,具有與所述第二電流增益晶體管的漏極耦接的源極、與第二DC偏置電壓耦接的柵極以及與所述放大器的所述增益輸出端耦接的漏極。
(15)根據(14)所述的放大器,其中,所述增益通路包括耦接在所述放大器的所述輸入端與所述第二電流增益晶體管的柵極之間的電容器。
(16)根據(15)所述的放大器,進一步包括耦接在所述第二電流增益晶體管的柵極與第三DC偏置電壓之間的電阻器。
(17)根據(14)所述的放大器,進一步包括源極跟隨器晶體管,所述源極跟隨器晶體管具有與所述放大器的所述增益輸出端耦接的柵極,以及與所述放大器的驅動器輸出端耦接的源極。
(18)根據(17)所述的放大器,進一步包括電流偏置晶體管,所述電流偏置晶體管與所述源極跟隨器晶體管的源極耦接,并被配置為向所述源極跟隨器晶體管提供偏置電流。
(19)根據(17)所述的放大器,進一步包括:
反饋電阻器,耦接在所述放大器的所述驅動器輸出端與所述放大器的所述輸入端之間;以及
輸入電阻器,耦接所述放大器的所述輸入端。
(20)根據(19)所述的放大器,其中所述輸入電阻器的電阻在50Ω至100Ω的范圍內。
附圖說明
在所附權利要求中陳述了本技術的某些特征。然而,為了闡述目的,在下圖中陳述了本技術的幾個實施方式。
圖1示出了折疊式共源共柵放大器的實例。
圖2示出了根據本發明的一方面的增益增強示例性折疊式共源共柵放大器。
圖3示出了根據本發明的一方面的增益增強示例性折疊式共源共柵放大器和輸出驅動器級。
圖4示出了根據本發明的一方面的示例性放大器。
圖5示出了根據本發明的一方面的放大器的噪聲模型的實例。
圖6示出了根據本發明的一方面的示例性系統。
具體實施方式
下面陳述的具體實施方式旨在作為本技術的各個配置的描述并且不旨在僅表示可以實施本技術的配置。附圖并入本文中并構成具體實施方式的一部分。出于對本技術提供徹底理解的目的,具體實施方式包括具體細節。然而,本技術不限于本文中陳述的具體細節并且可以在沒有一點或多點具體細節的情況下實施。在某些情況下,以框圖形式示出結構和組件以免淡化本技術的概念。
圖1示出了傳統的差分折疊式共源共柵放大器100的實例。放大器100被配置為放大包括第一輸入信號vin和第二輸入信號vip的差分輸入信號,并輸出包括第一輸出信號voutp和第二輸出信號voutn的差分輸出信號。放大器100包括形成差分輸入對的第一輸入晶體管M3和第二輸入晶體管M8,以及配置為提供偏置電流的電流偏置晶體管M4,該偏置電流在第一和第二輸入晶體管M3和M8之間分流。晶體管M4的柵極偏置DC電壓vbiasp3。
放大器100進一步包括與第一輸入晶體管M3耦接的第一增益級115。總的看來,第一輸入晶體管M3和第一增益級115形成放大器100的右半部分。第一增益級115耦接在電源總線Vdd和Vss之間。第一增益級115包括以共源共柵配置連接的p溝道晶體管M16,M17和n溝道晶體管M15和M11,其中晶體管M16,M17,M15和M11的柵極分別偏置DC電壓vbiasp1,vbiasp2,vbiasn2和vbiasn1。晶體管M15和M17是共柵極共源共柵晶體管,該等共柵極共源共柵晶體管在第一增益級115的輸出端提供高阻抗,并因此在第一增益級115的輸出端提供高電壓增益。
當向第一輸入晶體管M3的柵極饋送第一輸入信號vin時,第一輸入晶體管M3在其漏極輸出vin*gm3的信號電流。晶體管M3的幾乎所有輸出信號電流都流入第一增益級115的晶體管M15,由此產生大約vin*gm3 的輸出電流增益。這是因為晶體管M15以共柵極配置連接,并因此在其源極具有低輸入阻抗。
在放大器100的右半部分中,最嘈雜的源是晶體管M3,M11和M16。來自主要噪聲源晶體管(即,晶體管M3,M11和M16)的總噪聲電流為:
In_out_stage=Vgn_M3*gm3+In_M3+Vgn_M11*gm11+In_M11+Vgn_M16*gm16+In_M16   (1)
其中,In_out_stage是輸出端的總噪聲電流,Vgn是各個晶體管的柵極的噪聲電壓,In是各個晶體管的電流噪聲,并且gm是各個晶體管的跨導。如上所討論的,放大器100的右半部分具有大約gm3*vin的輸出電流增益。結果,放大器的右半部分的輸入端參考噪聲為:
Vn_input_refer=In_out_stage/gm3    (2)
其中Vn_input_refer是輸入端參考噪聲。
放大器100還包括與第二輸入晶體管M8耦接的第二增益級120。總的看來,第二輸入晶體管M8和第二增益級120形成放大器100的左半部分。第二增益級120包括以共源共柵配置連接的n溝道晶體管M21,M23和p溝道晶體管M20和M25,其中晶體管M21,M23,M20和M25的柵極分別偏置DC電壓vbiasn1,vbiasn2,vbiasp2和vbiasp1。晶體管M23和M20是共柵極共源共柵晶體管,該等共柵極共源共柵晶體管在第二增益級120的輸出端提供高輸出阻抗,并因此在第二增益級120的輸出端提供高電壓增益。放大器100的左半部分具有與放大器的右半部分類似的輸入端參考噪聲,這種情況通過按照放大器100的左半部分的上述分析來證明。
圖2示出了根據本發明的一方面的增益增強示例性差分折疊式共源共柵放大器200(或“放大器”)。與圖1中的放大器100相比,增益增強明顯減少了輸入端參考噪聲,由此改善噪聲系數,如下面進一步討論的。
放大器200的右半部分包括增益增強電容器C2和C4以及電阻器R1和R3。電容器C2和C4將第一輸入信號vin從放大器200的第一輸入端205分別傳遞至晶體管M11和M16的柵極,同時分別阻斷來自放大器200的第一輸入端205的DC偏置電壓vbiasn1和vbiasp1。因此,電容器C2和C4提供從放大器200的第一輸入端205分別至第一增益級215的晶體管M11和M16的增益通路。在某些實現中,電容器C2和C4中的任一個或兩個可以具有例如大約4pF的電容。
電阻器R1和R3將DC偏置電壓vbiasp1和vbiasn1分別傳遞至晶體管M16和M11的柵極。另外,電阻器R1和R3分別防止晶體管M16和M11的柵極被短接至信號地面,從而允許第一輸入信號vin的電壓分別施加給晶體管M16和M11的柵極。在某些實現中,電阻器R1和R3中的任一個或兩個可以具有例如大約660KΩ的電阻或其他電阻。
來自晶體管M11的輸出電流增益大約為vin*gm11,其中gm11是晶體管M11的跨導。這是因為晶體管M11的幾乎所有輸出信號電流都流入共柵極共源共柵晶體管M15的低阻抗輸入端。來自晶體管M16的輸出電流增益大約為vin*gm16,其中gm16是晶體管M16的跨導。因此,放大器的右半部分的總輸出電流增益大約為vin*(gm3+gm11+gm16)。結果,放大器200的右半部分的輸入端參考噪聲為:
Vn_input_refer=In_out_stage/(gm3+gm11+gm16)    (3)
其明顯小于圖1中的放大器100的輸入端參考噪聲。輸入端參考噪聲減少到gm3/(gm3+gm11+gm16)。例如,如果gm3=gm11=gm16,則輸入端參 考噪聲減少到1/3并且增益增加3倍。因此,根據本技術的增益增強可以明顯改善放大器200的噪聲系數。
在這方面,晶體管M3,M11和M16有助于放大器200的右半部分的總電流增益,并且因此可以被視為電流增益晶體管。
放大器200的左半部分包括增益增強電容器C0和C1以及電阻器R0和R2。電容器C0和C1將第二輸入信號vip從放大器200的第二輸入端210分別傳遞至晶體管M25和M21的柵極,同時分別阻斷來自放大器200的第二輸入端210的DC偏置電壓vbiasp1和vbiasn1。因此,電容器C0和C1將提供從放大器200的第二輸入端210分別至第二增益級220的晶體管M25和M21的增益通路。在某些實現中,電容器C0和C1中的一個或兩個可以具有例如大約4pF的電容。
電阻器R0和R2將DC偏置電壓vbiasp1和vbiasn1分別傳遞至晶體管M25和M21的柵極。另外,電阻器R0和R2分別防止晶體管M25和M21的柵極被短接至信號地面,從而允許第二輸入信號vip的電壓分別施加給晶體管M25和M21的柵極。在某些實現中,電阻器R0和R2中的一個或兩個可以具有例如大約660KΩ的電阻。
來自晶體管M25的輸出電流增益大約為vip*gm25,并且來自晶體管M21的輸出電流增益大約為vip*gm21,其中gm25和gm21分別是晶體管M25和M21的跨導。因此,放大器的左半部分的總輸出電流增益大約為vip*(gm8+gm21+gm25)。結果,與圖1中的放大器100相比,放大器200的左半部分的輸入端參考噪聲減少到gm8/(gm8+gm21+gm25)。
在這方面,晶體管M8,M21和M25有助于放大器200的左半部分的總電流增益,并且因此可以被視為電流增益晶體管。
如上所討論的,放大器200的第一增益級215具有由于共源共柵晶體管M15和M17導致的高輸出阻抗。類似地,放大器200的第二增益級220具有由于共源共柵晶體管M23和M20導致的高輸出阻抗。例如,每個增益級可以具有大約500Ω的輸出阻抗。結果,放大器200可能不能良好驅動低電阻負載(例如,具有大約100Ω的電阻的負載)。這是因為當與電阻明顯小于放大器200的輸出阻抗的負載耦接時,可以明顯降低放大器200的高增益。為了驅動低電阻負載,根據本技術的一方面,可以對放大器進行修改,如圖3所示。
在這方面,放大器300的右半部分進一步包括與第一增益級215的輸出端225耦接的第一輸出驅動器級315。第一輸出驅動器級315包括晶體管M18和M19。晶體管M19以源極跟隨器(即,共漏極)配置連接,其中晶體管M19的柵極與第一增益級215的輸出端225耦接,并且源極與輸出voutp的放大器300的第一輸出端305耦接。晶體管M19在放大器300的第一輸出端305提供低輸出阻抗(例如,大約10Ω),從而允許放大器300的右半部分驅動低電阻負載(例如,具有大約100Ω的電阻的負載)。晶體管M19還向第一增益級215提供高輸入阻抗,并因此保持第一增益級215提供的高電壓增益。晶體管M18為晶體管M19建立偏置電流,其中晶體管M18的柵極偏置DC電壓vbiasn3。
類似地,放大器300的左半部分進一步包括與第二增益級220的輸出端230耦接的第二輸出驅動器級320。輸出驅動器級320包括晶體管M24和M22。晶體管M24以源極跟隨器(即,共漏極)配置連接,其中晶體管M24的柵極與第二增益級220的輸出端230耦接,并且源極與輸出voutn的放大器300的第二輸出端310耦接。晶體管M24在放大器300的第二輸出端310提供低輸出阻抗(例如,大約10Ω),從而允許放大器300的左半部分驅動低電阻負載(例如,具有大約100Ω的電阻的負載)。晶體管M24還向第二增益級220提供高輸入阻抗,并因此保持第二增益級220 提供的高電壓增益。晶體管M22為晶體管M24建立偏置電流,其中晶體管M22的柵極偏置DC電壓Vbiasn3。
圖4示出了能夠實現高線性度的示例性放大器400。放大器400可以包括圖3中所示的折疊式共源共柵放大器300,與放大器300的每個輸入端耦接的輸入電阻器RG以及耦接在放大器300的每個輸出端和對應輸入端之間的反饋電阻器RF。因為放大器300具有高增益(例如,至少一個大于RF/RG)的數量級),所以放大器400具有大約RF/RG的線性增益。因此,放大器400可以在不使用感應器的情況下實現高線性度,從而允許放大器400集成在較小的芯片面積(例如,大約為具有感應器的放大器的芯片面積的二分之一)內。
在一個方面,每個輸入電阻器RG可以具有低電阻。例如,放大器400可以從低阻抗源極(例如,同軸電纜)接收輸入信號,并且每個輸入電阻器RG可以具有低電阻(例如,在50Ω至100Ω的范圍內)以便提供與低阻抗源極的阻抗匹配。結果,每個反饋電阻器RF也可以具有相對較低的電阻。例如,對于6dB的增益而言,每個輸入電阻器RG可以具有50Ω的電阻并且每個反饋電阻器RF可以具有100Ω的電阻。在該實例中,放大器400具有100Ω的差分輸入電阻Zin。
因為放大器300的輸出驅動器級315和320具有低輸出阻抗(例如,大約10Ω),所以這些輸出驅動器級315和320具有高驅動能力(即,能夠驅動低電阻負載)。這使得放大器300能夠良好驅動低電阻反饋電阻器RF。應理解的是,放大器300不限于在圖4中所示的放大器400中使用,并且可以在其他放大器設計(包括使用低電阻反饋電阻器的其他放大器設計)中使用。
放大器400例如可以在機頂盒的前端接收器或電纜調制解調器中用來放大來自電纜的寬帶信號。在某些實現中,寬帶信號可以具有50MHz至1GHz的頻率范圍。在其他實現中,可以使用其他頻率范圍。寬帶信號 可以源自電纜服務提供商或與電纜的另一端耦接的天線。如上所討論的,放大器400的每個輸入電阻器RG可以具有低電阻(例如,50Ω)以便提供與低阻抗電纜的阻抗匹配。阻抗匹配最小化電纜與放大器400之間的信號損失。由此產生的放大信號可以輸出至其他電路(例如,調諧器、解調器等),便于進行進一步信號處理。應理解的是,放大器400不限于上述實例應用,并且可以在要求信號放大的其他應用中使用。
放大器400可以進一步包括與每個反饋電阻器RF耦接的電容器CF,以及與每個輸入電阻器RG耦接的電容器Cib和電阻器Rib以便在不使用感應器的情況下對放大器400的帶寬進行控制,如圖4所示。在這方面,每個電容器CF可以與各個反饋電阻器RF并聯耦接以便形成具有大約為以下的截止頻率的低通濾波器:
fc=1/(2πRFCF)    (4)
低通濾波器的目的在于在放大的信號的頻率范圍內提供相對恒定的增益,同時降低較高頻率信號的增益。例如,放大的信號可以是來自頻率范圍為50MHz至1GHz的電纜的寬帶信號。在該實例中,低通濾波器可以具有大約10GHz的截止頻率。使截止頻率高于寬帶信號的最大頻率。這是因為低通濾波器在達到截止頻率之前開始降低增益。將低通濾波器的截止頻率置于遠離寬帶信號的最大頻率幫助確保增益在寬帶信號的頻率范圍內基本上保持持平。在該實例中,每個反饋電阻器RF可以具有100Ω的電阻并且每個電容器CF可以具有150fF的電容。
每個電容器Cib和各個電阻器Rib形成與各個輸入電阻器RG并聯耦接的高通濾波器。結果,放大器400的每個輸入端的輸入電阻可以大約為低于截止頻率的RG并且大約為等于或高于截止頻率(例如,1GHz)的RG||Rib,其中截止頻率大約為:
fc=1/(2π(Rib+RG)Cib)    (5)
因此,將輸入電阻降至等于或高于截止頻率的RG||Rib。降低的輸入電阻可以用于以截止頻率周圍的頻率補償放大器400中的增益損失。增益損失可能是由于放大器300中的增益損失、來自低通濾波器的增益損失和/或其他增益損失導致的。
例如,截止頻率(例如,1GHz)周圍的增益損失可以通過損耗因子GF量化,其中截止頻率和GF周圍的GF<1大約是以截止頻率以下的頻率的一個。因此,截止頻率周圍的增益可以大約為RF/RG||Rib*GF,并且較低頻率的增益可以大約為RF/RG。在該實例中,Rib的電阻可以經選擇使得RF/RG||Rib*GF大約等于RF/RG,以便增益在放大的寬帶信號的頻率范圍內大約持平。在該實例中,在沒有高通濾波器的情況下,增益降至截止頻率(例如,1GHz)周圍的大約RF/RG*GF。在該實例中,每個電阻器Rib可以具有400Ω的電阻并且每個電容器Cib可以具有400fF的電容。高通濾波器是任選的并且可以被省略,例如,當放大的信號的頻率范圍內沒有明顯的增益損失時。
如上所討論的,增益增強減少了放大器的輸入端參考噪聲,由此改善放大器的噪聲系數。為了說明這一點,圖5示出了具有輸入和反饋電阻器的放大器400的噪聲模型。在圖5中,eF和eG分別表示來自電阻器RF和RG的噪聲,Vn_input_refer是放大器的右半部分的輸入端參考噪聲,RS是表示源端口的電阻的電阻器,并且eF表示來自電阻器RS的噪聲。
使用圖5中的噪聲模型,放大器400的噪聲系數(NF)可以由下式給出:
NF=SNRISNRO=SINIG×SIG(NI+NA)=1+NANI---(6)]]>
其中SNRI是輸入端的信噪比(SNR),SNRO是輸出端的SNR,G是放大器的功率增益,NA是來自放大器的輸入端的噪聲,并且NI是來自源端口的輸入端的噪聲。
來自源端口的輸入端的噪聲可以由下式給出:
NI=4KTRS(2RGRS+2RG)2---(7)]]>
其中4KTRS是源端口RS的熱噪聲,K是波爾茲曼常數,并且T是溫度。
來自放大器的輸入端的噪聲可以由下式給出:
NA=C1×Vn_input_refer2+C2×2eG2+C3×eF2     (8)
其中
C1=[(1+2RFRS+2RG)(RFRG)-1]2=(RGRF+2RGRS+2RG)2]]>
C2=[(2RFRS+2RG)(RFRG)-1]2=(2RGRS+2RG)2,]]>以及
C3=[(RFRG)-1]2=(RGRF)2.]]>
將C1,C2和C3的表達式插入方程式(8)得出:
NA=(RGRF+2RGRS+2RG)2×Vn_input_refer2+(2RGRS+2RG)2×2×4KTRG+(RGRF)2×4KTRF---(9)]]>
最后,將NI和NA的方程式(7)和(9)分別插入方程式(6)得到噪聲系數(NF)的以下表達式:
NF=1+(RS+2RG2RF+1)2×Vn_input_refer24KTRS+2×(RGRS)+(RS+2RG)22RF×RS---(10)]]>
如方程式(10)清楚表示的,減少使用增益增強的放大器的右半部分的輸入端參考噪聲Vn_input_refer減小了噪聲系數(NF),由此改善放大器的噪聲系數(NF)。可以表明減少使用增益增強的放大器的左半部分的輸入端參考噪聲通過利用放大器的左半部分的輸入端參考噪聲執行上述分析來類似地改善噪聲系數(NF)。
根據本技術方面的放大器可以利用互補金屬氧化物半導體(CMOS)工藝,或其他半導體制造工藝來制造。放大器中的晶體管可以利用金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)或其他類型的晶體管來實現。放大器中的一些或所有電容器和/或電阻器可以與同一芯片上的晶體管集成。
圖6示出了可以使用放大器400的示例性系統605(例如,電纜調制解調器)。在該實例中,系統605包括放大器400和信號處理電路615。為了易于說明,放大器400的差分輸入差分輸出在圖6中分別被示為單輸入單輸出。
放大器400的輸入端與電纜610(例如,同軸電纜)的一端耦接以便從電纜610接收輸入信號(例如,寬帶信號)。電纜610的另一端可以與電纜服務提供商或碟形衛星天線耦接。放大器400放大輸入信號并將所放大的信號輸出至信號處理電路615,便于進行進一步處理。信號處理電路615可以包括調諧器、解調器和/或其他電路,以便對放大器400輸出的放大信號進行處理。在某些實現中,電纜610可以具有低阻抗并且放大器400可以具有低輸入阻抗以便提供與電纜610的阻抗匹配,并從而降低電纜610與放大器400之間的信號衰減。
提供之前的描述是為了使本領域中的任何技術人員均能夠實施本文中所描述的各方面。對這些方面的各種修改將容易為本領域技術人員所明 白,并且在本文中所定義的通用原則可被應用于其他方面。例如,盡管本技術的方面在上面利用全差分放大器的實例進行描述,但是應理解的是,本技術可以在單端放大器或偏微分放大器中使用。例如,單端放大器可以利用增益增強的單一增益級而不是利用兩個增益級來實現。進一步地,應理解的是,增益增強可以只利用增益級中的一個晶體管而不是利用兩個晶體管來實現。例如,增益增強在放大器中可以通過在增益級中從放大器的輸入端至晶體管之一的柵極只提供一個增益通路,而不是在增益級中從放大器的輸入端至兩個晶體管的柵極提供兩個增益通路來實現。
因此,權利要求并非旨在被限定于本文中所示出的各方面,而是應被授予與權利要求的語言相一致的全部范圍,其中對要素的單數形式的引述并非旨在表示“有且僅有一個”,除非特別如此聲明,而是旨在表示“一個或多個”。除非特別另外聲明,否者術語“一些”指的是一個或多個。男性代詞(例如,他的)包括女性和中性(例如,她的和它的),反之亦然。標題和小標題(如果有)使用僅為了方便且不限制本發明。
謂語詞“配置為”,“可操作用于”和“編程為”不暗示主題的任何特定有形或無形修改,但相反,旨在互換使用。例如,配置為監測并控制操作或組件的處理器也可以指編程為監測并控制操作的處理器或可操作用于監測并控制操作的處理器。類似地,配置為執行代碼的處理器可以被解釋為編程為執行代碼或可操作用于執行代碼的處理器。
措辭比如“方面”并不意味著此方面對本技術是必要的或者此方面適用于本技術的所有配置。與一方面相關的公開內容可以適用于所有配置,或一個或多個配置。措辭比如方面可以指一個或多個方面,反之亦然。措辭比如“配置”并不意味著此配置對本技術是必要的或者此配置適用于本技術的所有配置。與配置相關的公開內容可以適用于所有配置,或一個或多個配置。措辭比如配置可以指一個或多個配置,反之亦然。
本文使用詞語“實例”來表示“充當實例或說明”。本文中描述為“實例”的任意方面或設計不一定被解釋為優先于或優于其他方面或設計。
本發明中通篇描述的各方面的要素為本領域普通技術人員當前或今后所知的所有結構上和功能上的等效內容通過引用明確并入本文,且旨在被權利要求所涵蓋。此外,本文所公開的任何內容都并非旨在為公眾服務,無論這樣的發明是否在權利要求中被顯式地敘述。權利要求的任何要素都不應當在35U.S.C.§112第六款的規定下來解釋,除非該要素是使用措辭“用于……的裝置”來明確敘述,或者在方法權利要求的情況下,該要素是使用措辭“用于……的步驟”來敘述。此外,在術語“包括(include)”,“具有”等在該說明書或權利要求中使用的方面來說,此術語旨在以類似于術語“包括(comprise)”的方式而包括在內,因為當被用作權利要求中的轉折詞時解釋“包括(comprise)”。

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