專利名稱：具有連續(xù)輸入控制的可變衰減系統(tǒng)的制作方法
本申請要求享有申請?zhí)枮?0/485,683的美國臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)，其于2003年7月提交，該專利名稱為具有連續(xù)輸入控制的可變衰減系統(tǒng)，其內(nèi)容在此以做參考。
背景技術(shù)：
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中一種基于連續(xù)內(nèi)插衰減器的可變增益放大器(VGA)。圖1中的電路包括一個(gè)衰減器網(wǎng)絡(luò)100，一系列的跨導(dǎo)(gm)級102(gm)，一內(nèi)插器104，一主放大器106，和相關(guān)的支持電路。衰減器接收一輸入信號VIN并且在一列輸出接點(diǎn)產(chǎn)生一系列的漸變衰減信號。每一跨導(dǎo)級連接至輸出接點(diǎn)之一以接收一個(gè)衰減信號?？鐚?dǎo)級的輸出連接在一起，并且提供至主放大器，使得全部輸出信號是所有跨導(dǎo)級的輸出信號之和。
內(nèi)插器響應(yīng)控制信號VCTRL將一偏置電流IE作為一系列內(nèi)插信號I1…I8導(dǎo)引至跨導(dǎo)級。當(dāng)選定最高增益時(shí)，所有的偏置電流IE被導(dǎo)引到最接近衰減器輸入端的跨導(dǎo)級。因此，第一跨導(dǎo)級在工作，剩余的跨導(dǎo)級被有效地停止工作。隨著增益的減少，內(nèi)插器將偏置電流導(dǎo)引至進(jìn)一步遠(yuǎn)離衰減器輸入端的跨導(dǎo)級，從而選擇其接收逐步衰減的輸入信號形式的跨導(dǎo)級?？鐚?dǎo)級以連續(xù)的方式依次工作和停止工作，其中一個(gè)內(nèi)插信號逐步增加，而相鄰的內(nèi)插信號逐步減少。
圖1所示的VGA通常傾向于處理變化的輸入信號。即，一般地，應(yīng)用領(lǐng)域是在這樣的情況輸入可具有一個(gè)很寬的振幅范圍，系統(tǒng)要求其輸出規(guī)格化為某一穩(wěn)定值，例如，其可以是模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的整個(gè)容量。在可變增益放大器設(shè)計(jì)的專業(yè)領(lǐng)域，這樣的結(jié)構(gòu)被稱為”IVGA”，這意味著VGA的功能在于處理部件的輸入端存在的寬范圍的信號輻度。另一方面，特別設(shè)計(jì)用于接收基本穩(wěn)定的輸入輻度，同時(shí)提供大的變化輻度的輸出信號的結(jié)構(gòu)被稱為”O(jiān)VGA”美國專利No.5,64,431和5,077,541公開了應(yīng)用于具有內(nèi)插衰減器的可變增益放大器中的內(nèi)插器的一些實(shí)例，它們的發(fā)明人與本申請的發(fā)明人相同。美國專利No.5,432,478公開了內(nèi)插器的另外一個(gè)實(shí)例，其發(fā)明人也與本申請的發(fā)明人相同。


圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中一種基于連續(xù)內(nèi)插衰減器的可變增益放大器。
圖2示出了根據(jù)本專利申請的某些發(fā)明原理構(gòu)造的可變衰減系統(tǒng)的第一實(shí)施例。
圖3示出了根據(jù)本專利申請的某些發(fā)明原理的可變衰減系統(tǒng)的一個(gè)全差分的實(shí)施例。
圖4示出了根據(jù)本專利申請的某些發(fā)明原理構(gòu)造的可變增益放大器的一個(gè)詳細(xì)的實(shí)施例。
圖5示出了根據(jù)本專利申請的某些發(fā)明原理的一種集成一個(gè)操控核心和一個(gè)內(nèi)插器的配置結(jié)構(gòu)。
圖6示出了根據(jù)本專利申請的某些發(fā)明原理的具有一個(gè)連續(xù)結(jié)構(gòu)的衰減器的一個(gè)的實(shí)施例。
圖7示出了根據(jù)本專利申請的某些發(fā)明原理的具有連續(xù)衰減器和分立操控核心的可變衰減系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。
圖8示出了根據(jù)本專利申請的某些發(fā)明原理的可變衰減系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其中衰減器和操控核心都是通過連續(xù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。
圖9示出了根據(jù)本專利申請的某些發(fā)明原理的整體集成可變增益放大器的一個(gè)實(shí)施例。
圖10示出了在載波領(lǐng)域沿著圖9中的連續(xù)衰減器的輸入移動的電流密度的形狀。
圖11示出了現(xiàn)有技術(shù)中的一種跨阻放大器。
圖12示出了根據(jù)本專利申請的某些附加發(fā)明原理構(gòu)造的輸出級的一個(gè)實(shí)施例。
圖13示出了根據(jù)本專利申請的某些附加發(fā)明原理的具有適應(yīng)偏置的輸出級的一個(gè)實(shí)施例。
圖14示出了根據(jù)本專利申請某些附加發(fā)明原理的、將可變衰減系統(tǒng)與具有適應(yīng)偏置控制的輸出級組合的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。
圖15示出了現(xiàn)有技術(shù)中的指數(shù)單元。
圖16示出了適于驅(qū)動圖4和5所示的內(nèi)插器的比例增益接口。
圖17示出了根據(jù)本專利申請某些附加發(fā)明原理的一個(gè)跨阻放大器的實(shí)施例及用于將其連接至可變衰減系統(tǒng)的方案。
圖18示出了根據(jù)本專利某些附加發(fā)明原理的放大器的另一實(shí)施例。
圖19示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的伺服配置的一個(gè)實(shí)施例。
圖20示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的具有一個(gè)終端配置的一個(gè)差分的操控核心。
圖21示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的輸入系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。
圖22示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的匹配電路的一個(gè)實(shí)施例。
圖23示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的線性化電路的一個(gè)實(shí)施例。
圖24示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的輸入系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。
圖25示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的用于提供內(nèi)插器信號的伺服控制的配置的另外一個(gè)實(shí)施例。
圖26示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的一個(gè)參考電流源。
圖27示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的增益控制接口的一個(gè)實(shí)施例。
圖28示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的、配置用于響應(yīng)一個(gè)感測信號將驅(qū)動電流從輸出級轉(zhuǎn)移的運(yùn)算放大器的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
可變衰減系統(tǒng)本專利申請的一些發(fā)明原理涉及具有連續(xù)輸入控制的可變衰減系統(tǒng)。這些原理可以通過多個(gè)實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)，下面描述優(yōu)選的實(shí)施例。例如，通過對由分立部件組成的衰減器各獨(dú)立輸入端之間的信號進(jìn)行連續(xù)內(nèi)插，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)輸入控制。此外，通過連續(xù)地將信號導(dǎo)引到具有連續(xù)結(jié)構(gòu)的衰減器的不同點(diǎn)，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)輸入控制。另外一種可行的方法是采用一連續(xù)的衰減器，然后在衰減器各分立點(diǎn)之間對輸入信號進(jìn)行內(nèi)插。
盡管不限于上述方法，此處描述的可變衰減系統(tǒng)一般傾向使用于OVGA中；也就是可變增益放大器，其接收基本穩(wěn)定的輸入振幅，但可提供幅度變化范圍大的輸出信號。盡管許多基本的VGA原理可應(yīng)用于IVGA或OVGA功能，然而在性能要求特別難于滿足的某些特定的實(shí)施中，存在小的適用范圍。這樣，盡管此處描述的可變衰減系統(tǒng)和OVGA可與IVGA具有相同的特性，它們由相同的發(fā)明人開發(fā)而成(如美國專利No.5,077,541、5,684,431、6,429,720等)，但是在高性能場合，它們的區(qū)別非常關(guān)鍵。
圖2示出了根據(jù)本專利申請發(fā)明原理構(gòu)造的可變衰減系統(tǒng)的第一實(shí)施例。如圖2所示的系統(tǒng)包括一個(gè)具有多個(gè)輸入端的衰減器10，和構(gòu)造和配置成連續(xù)導(dǎo)引一信號IN1到衰減器多個(gè)輸入端的操控核心12。這一連續(xù)導(dǎo)引方式由箭頭14表示，其顯示出在衰減器的不同輸入端之間的移動。來自衰減器的輸出信號OUT1是輸入信號IN1經(jīng)過衰減后的信號。衰減的量取決于信號被導(dǎo)引進(jìn)衰減器的點(diǎn)。
此處所使用的詞語衰減，其不僅涉及信號幅度或能量的減少，而且也涉及增加。例如，上面描述的操控核心可以通過這樣的方法實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)引輸入信號至衰減器前放大該輸入信號。這樣，輸出信號的幅度或能量實(shí)際上可大于輸入信號的幅度或能量，其取決于在衰減器哪個(gè)位置調(diào)節(jié)信號。
同樣，此處使用的詞語增益，其不僅涉及信號幅度或能量的增加，而且也涉及減少。例如，如果增益表述為輸出能量與輸入能量的比值，則系統(tǒng)的輸出能量小于輸入能量時(shí)，可認(rèn)為其具有的增益小于“1”。
圖3示出了根據(jù)本專利申請某些發(fā)明原理的可變衰減系統(tǒng)的一個(gè)全差分實(shí)施例。輸入信號INIA和INIB被施加至操控核心12A和12B，其導(dǎo)引信號至衰減器10A和10B。輸出信號OUT1A和OUTIB的衰減量取決于導(dǎo)引信號進(jìn)入衰減器的位置。在圖3所示的差分衰減系統(tǒng)中，操控核心12A和12B可以看成兩個(gè)獨(dú)立的操控核心，或者看成是同一核心的兩個(gè)半部分。同樣，衰減器和輸入及輸出信號可看成單獨(dú)的對象，或者是看成一個(gè)整體的兩個(gè)部分。
上面相對于附圖2和3描述的可變衰減系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，他們可以容易地設(shè)置成相對于幅度穩(wěn)定的輸入信號，提供在較大范圍變化的輸出信號，例如，從數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)或調(diào)制器的全量程輸出。即，所述系統(tǒng)能像OVGA那樣工作。
圖4示出了根據(jù)本專利申請某些發(fā)明原理構(gòu)造的可變增益放大器(VGA)的一個(gè)具體的實(shí)施例。圖4的電路是一個(gè)全差分放大器，其中衰減器具有分立的輸入并且操控核心在分立輸入端之間連續(xù)地插入。
下面從輸入信號開始描述圖4中電路的結(jié)構(gòu)和操作。輸入信號以差分電壓VINA和VINB的形式施加至一個(gè)線性跨導(dǎo)輸入級16。輸入級將輸入電壓轉(zhuǎn)換成差分電流IINA和IINB，其分別施加至相同的發(fā)射極節(jié)點(diǎn)CEA和CEB。兩組控制晶體管，在這種情況下為受控制的共射共基晶體管QA1、QA2……QAn(“QA”晶體管)和QB1、QB2……QBn(“QB”晶體管)，成對布置，形成兩個(gè)操控核心12A和12B。
QA晶體管的發(fā)射極在共同的發(fā)射極節(jié)點(diǎn)CEA處連接在一起，QB晶體管的發(fā)射極在共同的發(fā)射極節(jié)點(diǎn)CEB處連接在一起。每個(gè)晶體管QA1、QA2……QAn的集電極連接至衰減器的相應(yīng)輸入端A1、A2……An。同樣每個(gè)晶體管QB1、QB2……QBn的集電極連接至衰減器的相應(yīng)輸入端B1、B2……Bn。
一個(gè)內(nèi)插器18響應(yīng)增益控制信號VCTRL產(chǎn)生一系列內(nèi)插信號V1、V2、……Vn。各共射共基晶體管對QA-QB的基極連接在一起，接收與其相應(yīng)的一個(gè)內(nèi)插信號。在該實(shí)施例中，內(nèi)插信號是電壓信號。
衰減器10A和10B以梯形電阻網(wǎng)絡(luò)的形式實(shí)現(xiàn)，沿著每一梯形電阻網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)，在A1、A2……An和B1、B2……Bn處具有輸入接頭。梯形網(wǎng)絡(luò)的另一邊連接至固定電壓VBIRS，為更加便利，其可以連接至電源供應(yīng)總線。衰減器的輸出為差分電流IOUTA、IOUTB，其位于終端接點(diǎn)An和Bn?？梢酝ㄟ^跨阻放大器20將輸出電流轉(zhuǎn)換成差分輸出電壓VOUTA和VOUTB。
工作過程中，內(nèi)插信號V1、V2、……Vn的控制下，該串連對控制輸入電流IINA和IINB至輸入接點(diǎn)A1、A2……An和B1、B2……Bn。當(dāng)增益從一個(gè)極限值掃描至另外一個(gè)極限值時(shí)，該共射共基對以連續(xù)的方式依次工作和關(guān)閉，其中一個(gè)內(nèi)插信號逐步增加，而相鄰的內(nèi)插信號逐步減少。這樣，隨著VCTRL的改變，動作中心或動作點(diǎn)可以被想象成沿著一系列的共射共基對移動，以在輸入接點(diǎn)之間提供連續(xù)的插值。對于任意給定增益設(shè)置(一般，除了最小值或最大值以外)，工作的多個(gè)共射共基對可以改變數(shù)量，因而分配至差分衰減器輸入端的電流平穩(wěn)、連續(xù)地變化。
梯形網(wǎng)絡(luò)為每一共射共基晶體管對提供一恒定的阻抗負(fù)載。梯形網(wǎng)絡(luò)可以被設(shè)置成在雙路衰減器的輸出端An和Bn提供一特定的阻抗值50Ω。如果梯形網(wǎng)絡(luò)以公知的R2R形式實(shí)現(xiàn)，響應(yīng)增益控制信號的線性變化，增益呈指數(shù)變化(以dB計(jì)算時(shí)為線性)，兩個(gè)接頭之間相差6.02dB。然而，對于任意的電阻比率，具有同樣的指數(shù)衰減規(guī)律。
實(shí)際上，從衰減器輸出的電壓可作為最終的輸出，但是這樣的配置不允許高幅值工作方式。輸出放大器，如跨阻放大器20，可以設(shè)置成提供大的輸出幅值。使用輸出放大器的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它減少了最右端共射共基對的集電極處電壓的漂移。
用于衰減器和操控核心的級數(shù)(如衰減器輸入端及相應(yīng)的共射共基對的數(shù)量)并不重要)，但是使用較多的級數(shù)經(jīng)常是優(yōu)選的。增加級數(shù)減少增益函數(shù)的波動。它還能減少特定類型的失真，有時(shí)某一特定領(lǐng)域稱作為爭用失真，其可歸因于其工作方式，相鄰的共射共基對動態(tài)地分配電流的部分至衰減器的不同輸入端。在一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的實(shí)施例中，20級(21共射共基對)每一級提供3.2dB的衰減將覆蓋60dB增益范圍，而在各端提供的2dB防護(hù)頻帶。
圖4中的電路是一個(gè)示例性的實(shí)施例，其是一個(gè)全差分的、通過雙極結(jié)晶體管(BJT)、為電壓信號的內(nèi)插信號V1、V2、……Vn和為電流信號的輸入信號IINA、IINB實(shí)現(xiàn)。然而，本發(fā)明的構(gòu)思并不限于圖4實(shí)施例的特定細(xì)節(jié)。例如，衰減器不必提供指數(shù)衰減，在某些應(yīng)用場合可以省去輸入級，單側(cè)的實(shí)施方案也是可行的。操控核心可以通過另外類型的晶體管來實(shí)現(xiàn)，事實(shí)上，如圖4所示的電路的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其可以方便地采用全CMOS工藝。而且，雖然如圖4所示電路的發(fā)明原理被示出為VGA背景，然而此處使用的可變衰減系統(tǒng)除用于VGA外，還具有其它獨(dú)立的應(yīng)用。
雖然內(nèi)插器18特定的實(shí)現(xiàn)方式并不重要，稱作為“雙級、空間放大內(nèi)插器”的特定形式特別適合于此處應(yīng)用，因?yàn)椋渌蛞酝?，其能以協(xié)合方式集成到操控核心之中，可以對增益/衰減范圍作進(jìn)一步的細(xì)分。美國專利申請No.09/446,050中描述有這樣的內(nèi)插器，其名稱為”具有雙晶體管級和比例控制的內(nèi)插器”，由本申請的發(fā)明人于1999年12月17日提交，其內(nèi)容在此以做參考。
空間放大內(nèi)插器具有能產(chǎn)生一系列部分開關(guān)電流的晶體管第一級或第一層。在本文中，詞語“開關(guān)”用作參考，不是指狀態(tài)的突變，而是指一組元件狀態(tài)的逐步轉(zhuǎn)移，典型情況下數(shù)量為8至50。晶體管的第二層空間放大電流，以縮小重疊并“銳化”他們的幾何形狀。除其它優(yōu)點(diǎn)外，這樣的技術(shù)方案允許內(nèi)插器在低的電源電壓下工作。當(dāng)這樣的內(nèi)插器應(yīng)用于圖4的電路中時(shí)，操控核心中的共射共基晶體管作為晶體管第二層使用，從而實(shí)現(xiàn)信號控制和空間放大的雙重功能。
圖5示出了根據(jù)本專利申請某些發(fā)明原理的集成了一個(gè)操控核心和一個(gè)內(nèi)插器的配置方式的一個(gè)實(shí)施例。內(nèi)插器包括一層部分開關(guān)晶體管QPS1、QPS2、QPSn，各晶體管QPS1、QPS2、QPSn的發(fā)射極在節(jié)點(diǎn)E1處連結(jié)在一起，以接收一偏置(“尾”)電流IE1。部分開關(guān)晶體管的基極以與位于相鄰晶體管基極之間的一電阻RB鏈狀的方式連接，每個(gè)晶體管的基極提供有電流源IB。盡管此處使用相等的電阻和電流源，但這并不是內(nèi)插器的必要的特征。增益控制信號以差分電壓VCTRL的形式施加在最外端晶體管Qps1和QPSN的基極之間。
在QPS1、QPS2、……QPSn集電極產(chǎn)生的部分開關(guān)電流IPS1、IPS2、……IPSn施加至具有鏡像增益M的一層電流鏡CM1、CM2、……CMn。電流鏡的輸出電流通過電阻R轉(zhuǎn)換為電壓信號V1、V2、……Vn，施加至操控核心12A和12B內(nèi)的共射共基晶體管對(QA-QB對)的基極。在這種基本的配置中，電流鏡不執(zhí)行任何空間放大功能。相反，電流鏡的功能是簡單地將淺的、重疊的部分開關(guān)電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，以驅(qū)動在操控核心中執(zhí)行實(shí)際的空間放大即電流脈沖銳化的共射共基對的基極。電流鏡還可改變這些電壓的極性。
盡管基本的電流鏡不直接執(zhí)行空間放大功能，銳化的有效度取決于鏡像增益M和電阻RC的值，這些值能進(jìn)行優(yōu)化，以使增益函數(shù)的波動和/或爭用失真最小化。
另外，通過使電流鏡非線性，例如通過采用非標(biāo)準(zhǔn)的電阻值對發(fā)射極進(jìn)行負(fù)反饋，其可被設(shè)計(jì)成提供一定程度的預(yù)銳化。發(fā)射極負(fù)反饋通常用來改進(jìn)電流鏡的性能。在標(biāo)準(zhǔn)的配置中，值為R的電阻與二極管接法晶體管的發(fā)射極串聯(lián)，該晶體管具有發(fā)射級區(qū)域“1”。值為R/M的電阻與其它晶體管串聯(lián)，該晶體管具有區(qū)域“M”。這種標(biāo)準(zhǔn)配置形成一個(gè)電流鏡，其產(chǎn)生一輸出電流，該輸出電流為將輸入電流通過一個(gè)因子“M”線性調(diào)整后所得。然而，由于偏離了標(biāo)準(zhǔn)的電阻值，電流鏡輸出在一擴(kuò)展方式中呈非線性，以為內(nèi)插信號提供空間放大。
作為另外一種選擇方案，假如保留要求的極性，通過直接將部分開關(guān)電流轉(zhuǎn)換成電壓，并將電壓施加至共射共基晶體管的基極，在一定的場合下電流鏡可全部省略。
這樣，在操控核心中的共射共基晶體管是NPN雙極性晶體管或NMOS晶體管的情況下，選擇這些共射共基晶體管的一對要求他們的基極(柵)電位比相鄰晶體管更高。對于雙極性晶體管，只要120mV的電壓差將使施加于共同發(fā)射極總線上的主電流的99％轉(zhuǎn)移(即，在這些輸入端上同時(shí)存在直流偏置電流和差分信號電流)。
需要指出的是，增加控制電壓的總體幅度并不在本質(zhì)上影響選定的共射共基晶體管對的左-右布置，但是影響這一選擇的銳度。如果當(dāng)內(nèi)插器將所選擇的點(diǎn)從左向右移動，基極電壓僅僅稍微變化時(shí)，改變函數(shù)將是“模糊不清的”，因?yàn)橐宰兓某潭葋碚龑?dǎo)通數(shù)個(gè)共射共基晶體管。另一方面，如果基級電壓在幅度上變化太大，最終的效果將是各共射共基晶體管對被特定的選定，從一組至另外一組的轉(zhuǎn)變將以不希望的突變方式發(fā)生。
內(nèi)插信號V1、V2、……Vn的幅值可以被設(shè)計(jì)成與絕對溫度(“PTAT”)成比例，以部分地補(bǔ)償系統(tǒng)溫度的變化。另外，內(nèi)插信號可以被設(shè)計(jì)成具有上PTAT特性(即，內(nèi)插信號隨著溫度更快地變化)。在極端的工作溫度下，這一設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)可以確保穩(wěn)定的增益波紋(偏離理想增益的細(xì)分度)。
圖6示出了根據(jù)本專利申請又一單獨(dú)發(fā)明原理的具有一個(gè)連續(xù)結(jié)構(gòu)的衰減器的一個(gè)實(shí)施例。圖6所示的衰減器是構(gòu)造在一層阻抗材料23上，優(yōu)選為薄的、均勻的薄片，在其相對的兩端具有特別定位的終止接觸點(diǎn)24和26，沿著衰減器的底端具有接地接觸點(diǎn)28。
簡單地說，假定一個(gè)信號電流ISIG在一常規(guī)點(diǎn)Xm進(jìn)入結(jié)構(gòu)，點(diǎn)Xm位于衰減器的頂部，最左端XL和最右端XR之間。在此實(shí)例中，從XR至XL的距離是74單位，最右端處定義為XR＝0。左接觸點(diǎn)24提供衰減器的左端的準(zhǔn)確終止，使其表現(xiàn)為至左端的長度為無窮大。在右接觸點(diǎn)28處的短電路模擬一個(gè)理想跨阻級的輸入，其優(yōu)選地被用于將在該點(diǎn)離開薄片的電流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出電壓。
從進(jìn)入點(diǎn)X＝Xm，信號電流擴(kuò)散進(jìn)入阻抗層。當(dāng)Xm是在其最左端時(shí)，幾乎所有的輸入信號電流流進(jìn)左接觸點(diǎn)24和接地接觸點(diǎn)28。然而，一個(gè)小電流IOUT也從右接觸點(diǎn)26處流出。當(dāng)進(jìn)入點(diǎn)移至右端時(shí)，更多的信號電流從右接觸點(diǎn)26流出。當(dāng)Xm＝XR時(shí)，IOUT幾乎與ISIG相等。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，衰減器的整個(gè)長度為74單位，寬度為12單位(這些數(shù)據(jù)包括接觸區(qū)域)，其提供70dB的衰減范圍。這種結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上表現(xiàn)為分立梯形衰減器，提供有如下的輸入輸出關(guān)系IOUT＝ISIGexp(-xm/8.686)其中2≤Xm≤72，即從Xm＝XR時(shí)為-2dB到Xm＝XL時(shí)為-72dB。
盡管接觸點(diǎn)28是參考作為“接地”接觸點(diǎn)，但它不需要總是連接至電路的“地”或零電勢參考點(diǎn)；其簡單地提供一個(gè)等電勢區(qū)域，例如，其可以是電源總線的正極。
連續(xù)衰減器結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，其去除了與分立電阻相關(guān)聯(lián)的布線寄生現(xiàn)象和匹配錯誤。例如，將一個(gè)100歐(148×24μm)的SiCr層實(shí)施在厚基層氧化物上，全部的寄生電容可低至130fF。
可以采用多種技術(shù)將信號電流注入衰減器中。例如，如果采用分立的操控核心，電流源29提供一組信號，其在分立的輸入點(diǎn)之間被連續(xù)插入，該輸入點(diǎn)沿著衰減器的頂端布置，并且Xm為其質(zhì)心。在另外一個(gè)例子中，可以采用一個(gè)連續(xù)操控核心，電流源29提供一個(gè)載波域，其沿著衰減器的頂端連續(xù)移動，Xm為其質(zhì)心。
如圖6所示的連續(xù)衰減器可被用于以“高集成度”的形式實(shí)現(xiàn)上面參照附圖2和3描述的可變衰減系統(tǒng)。當(dāng)使用如圖4所示的分立操控核心時(shí)，共射共基晶體管的輸出可以沿阻抗層的輸入(上)邊從集電極接觸點(diǎn)連接至相應(yīng)的接點(diǎn)。雖然這將是一個(gè)可應(yīng)用的方案，然而輸入邊有可能需要修改，以容納接觸點(diǎn)，實(shí)際上，其需要足夠大的區(qū)域以確保在該接觸點(diǎn)的局部電壓降足夠低。而且，分立接觸點(diǎn)的接入改變阻抗層的電勢分布情況。由于接觸點(diǎn)與邊緣之間的偏移而產(chǎn)生的批與批之間的變化可能引起隨機(jī)的增益誤差。
圖7示出了根據(jù)本專利申請其它發(fā)明原理的具有連續(xù)衰減器和分立操控核心的可變衰減系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，并且避免了上述的問題。如圖7所示的連續(xù)衰減器10A和10B制作為N型埋入層，其作為分別沿衰減器10A上邊分布的控制晶體管QA1、QA2、……QAn和沿衰減器10B下邊分布的QB1、QB2、……QBn的次集電極、其中一個(gè)單元晶體管被放大，顯示有基極框30、基極接觸點(diǎn)32和發(fā)射極34，它們都制作在埋入層的頂端?；鶚O和發(fā)射極之間的連接采用常規(guī)的方法實(shí)現(xiàn)。
在此全集成結(jié)構(gòu)中，QA晶體管發(fā)射極連接在一起，以接收輸入電流IINA，QB晶體管的發(fā)射極連接在一起，以接收輸入電流IINB，其和IINA一起形成一個(gè)差分輸入信號。內(nèi)插信號以電壓V1、V2、……Vn的形式施加到QA-QB晶體管對的基極?；鶚O驅(qū)動線路可許可穿過整個(gè)結(jié)構(gòu)，允許基極內(nèi)插器只位于一側(cè)。
接地接觸點(diǎn)28貫穿通過整個(gè)埋入層的長度和其垂直中心，以限定衰減器10A的下邊緣和衰減器10B的下邊緣。接觸點(diǎn)24A和24B位于衰減器的左端并與地連接，以精確地終止衰減器。接觸點(diǎn)26A和26B位于衰減器的右端，提供輸出點(diǎn)以輸出差分輸出電流IOUTA和IOUTB。
如圖7所示的裝置(高密度集成結(jié)構(gòu))的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，操控核心與衰減器以這樣的方式緊密地集成在一起，該方式不僅保持了阻抗層中理想的電流分配，而且通過將集電極電流分配至盡可能大的區(qū)域，在小區(qū)域接觸點(diǎn)內(nèi)避免了大的電壓降。如圖6中所假定的那樣，如果理想的載波域沿著每一衰減器的輸入邊緣連續(xù)移動，那么這些集電極電流的質(zhì)心作為電流注入的函數(shù)。
在圖7的實(shí)施例中，如在36中所示，整個(gè)結(jié)構(gòu)形成在單獨(dú)的、具有一個(gè)邊界的隔離溝上。這樣通過下擴(kuò)散層省去了集電極接觸點(diǎn)，從而順帶提供了下集電極阻抗Rc和下襯底集電極電容CJS，幾乎省去了通常在絕緣硅片(SOI)中由溝道壁形成的周邊組件。在溝道中的一單片半導(dǎo)體上形成一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)的又一重要優(yōu)點(diǎn)是，其為整個(gè)裝置提供了等溫工作環(huán)境。個(gè)別的SOI晶體管一般不能達(dá)到這一點(diǎn)，對于最小幾何晶體管，在現(xiàn)代化的IC制造過程中，其熱阻能高達(dá)15,000℃每瓦特。
如圖7所示的電路可以看成是一個(gè)“混合”系統(tǒng)，其采用的衰減器具有連續(xù)結(jié)構(gòu)，但是操控核心具有分立的晶體管。這樣的系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，其具有連續(xù)衰減器的固有優(yōu)點(diǎn)，而且允許插入驅(qū)動信號至單獨(dú)成形的基極。應(yīng)該注意的是，埋入層的絕對阻抗并不重要。其最好足夠低，以防止內(nèi)部時(shí)間常量影響整體轉(zhuǎn)折頻率，然而不能太低，以至互阻輸出級出現(xiàn)問題，其在實(shí)踐中經(jīng)常用于將輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓信號。例如，低的衰減器阻抗將使整體輸出噪聲增加。
如圖7所示的衰減系統(tǒng)為一全差分電路，但是它也能以單端配置的方式實(shí)現(xiàn)。通過附圖7中系統(tǒng)的實(shí)施例說明的發(fā)明原理并不取決于它們所示出的特定細(xì)節(jié)。例如，衰減器不必采用埋入層制作，整體結(jié)構(gòu)可以采用除SOI以外的工藝來制作。例如，基于這些發(fā)明原理的CMOS改裝也很容易設(shè)計(jì)得到。
圖8示出了根據(jù)本專利申請某些發(fā)明原理的可變衰減系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其采用雙CMOS(BiCMOS)技術(shù)，其中衰減器和操控核心都是通過連續(xù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。如圖8所示的”高密度集成”結(jié)構(gòu)是制造在一有邊界的獨(dú)立隔離溝上，其在圖中表示為36。兩個(gè)連續(xù)衰減器10A和10B位于溝道相反的兩側(cè)，并以N型埋入層制作，在其的一端具有終止接觸點(diǎn)24A和24B，在其的另一端具有終止接觸點(diǎn)26A和26B。沿著衰減器10A和10B的頂部和底部分別形成接地接觸點(diǎn)28A和28B。典型地，如圖8所示的大致幾何結(jié)構(gòu)提供一60dB的衰減范圍。
P-型區(qū)域38A和38B分別通過與衰減器10A和10B的底端和頂端相鄰的溝道的總長。這些P-型區(qū)域的作用同時(shí)包括作為兩個(gè)分布式NPN型晶體管的基極，作為兩個(gè)分布式PMOS晶體管的漏極，還作為電阻?；鶚O端接觸點(diǎn)40A和42A位于基極區(qū)38A的端部，基極端接觸點(diǎn)40B和42B位于基極區(qū)38B的端部。
另一個(gè)P-型區(qū)域43沿溝道的中心線延伸，其作用是作為兩個(gè)分布式PMOS晶體管的源極。兩個(gè)多晶硅區(qū)域44A和44B也貫穿通過溝道的總長，其作用是作為兩個(gè)分布式PMOS晶體管的柵極。
兩個(gè)N-型發(fā)射極區(qū)域48A和48B制作在基極區(qū)域38A和38B之上，分別位于衰減器10A和10B的下邊緣和上邊緣。N型發(fā)射極、PMOS柵極和PMOS源極區(qū)域具有沿著他們的長度的接觸金屬化。
用于使如圖8所示的衰減系統(tǒng)工作的一技術(shù)如圖9所示，圖9示出了根據(jù)本專利申請某些另外發(fā)明原理的可變增益放大器(VGA)的一個(gè)實(shí)施例。衰減器左側(cè)顯示出的接地接觸點(diǎn)和終止接觸點(diǎn)都與固定的電壓VREF1連接，典型地，其比正電源電壓低一個(gè)二極管壓降。PMOS晶體管的柵極連接至一個(gè)適當(dāng)?shù)碾妷篤REF2。一個(gè)大小適當(dāng)?shù)碾娏鱅p施加至源極區(qū)域，以沿著NPN基極區(qū)域建立拋物形電壓，實(shí)現(xiàn)下面描述的增益控制功能。
差分電壓輸入信號VINA和VINB通過一個(gè)單獨(dú)的電壓-電流(V-I)轉(zhuǎn)換器18，如線性跨導(dǎo)級，轉(zhuǎn)換成為差分電流IINA和IINB。輸入差分電流IINA和IINB施加至N型發(fā)射極區(qū)域。從衰減器的右側(cè)的終止接觸點(diǎn)獲得輸出信號作為差分電流信號IOUTA和IOUTB，然后通過一個(gè)電流-電壓(I-V)轉(zhuǎn)換器20，如跨阻級，轉(zhuǎn)換成為電壓輸出信號VOUTA和VOUTB。
圖9中系統(tǒng)的增益通過在基極區(qū)域的每一端的基極接觸點(diǎn)之間施加一控制信號來控制，此處為一差分基極驅(qū)動電壓VCTRL。下面將詳細(xì)描述實(shí)現(xiàn)這的機(jī)制。
分布式PMOS晶體管作為電流源以建立電流“層”，其具有恒定的線密度，流進(jìn)P-型基極區(qū)域。電流層通過朝向左、右基極區(qū)域側(cè)向流動，產(chǎn)生一個(gè)分布在各基極區(qū)域內(nèi)的拋物形電壓?？刂齐妷篤CTRL將此電壓的最大電勢點(diǎn)Xm移至左側(cè)或右側(cè)。由于電壓分布總是呈拋物線狀，Xm的位置與VCTRL成比例。即，最大電勢點(diǎn)的位置可通過改變差分基極電壓沿著各基極精確地定位。
在基極電壓最高的地方，各發(fā)射極的電流密度最大，通過連續(xù)的接觸金屬化，所有部件具有相同的電勢。因?yàn)榉植际絅PN晶體管具有高跨導(dǎo)，在最大電勢點(diǎn)的左、右側(cè)，發(fā)射極電流密度下降很快。這樣，各基極的最大電勢點(diǎn)限定局部化的電流注入?yún)^(qū)域(稱作為“載波域”)的中心或“質(zhì)心”。在這一系統(tǒng)中有兩個(gè)這樣的區(qū)域。
因?yàn)榛鶚O電壓分布呈拋物線狀，沿著基極的長度方向，電流密度的形狀大體上是如圖10所示的高斯分布。出現(xiàn)這種結(jié)果是由于發(fā)射極電流密度JE(x)和基極電壓之間呈指數(shù)關(guān)系-(Xm-X)2。即，各載波域?yàn)橐恢行臑閄m的高斯分布形狀，點(diǎn)Xm為基極的最大電勢點(diǎn)。很簡單，通過全部載波域的電流密度的積分是施加至發(fā)射極區(qū)域的輸入電流值(VINA或IINB)。
少數(shù)載波注入?yún)^(qū)域所包含的電流向下流入埋入層衰減器，在這里電流分為幾個(gè)部分，其中一部分向右，在那里提供有輸出信號接觸點(diǎn)，剩余的流向AC接地接觸點(diǎn)。如參照圖4的衰減器所進(jìn)行的上述討論，從右接觸點(diǎn)流出的電流IOUTA和IOUTB的大小與載波域的位置呈指數(shù)關(guān)系。改變控制電壓VCTRL，沿著衰減器的邊緣移動載波域CD1和CD2，從而提供“dB為線性(linear-in-dB)”的增益控制。典型地，圖9所示的實(shí)施例提供大約60dB增益范圍。
使用載波域注入信號電流至衰減器的一個(gè)有價(jià)值的方面是，注入的質(zhì)心不受溫度影響。盡管圖10所示出的載波域左、右側(cè)的形狀隨溫度變化(在低溫時(shí)變得更高、更狹窄，在高溫時(shí)變得更短、更寬)，其質(zhì)心的位置不隨溫度改變。同時(shí)，進(jìn)入連續(xù)衰減器的發(fā)射極電流分布成比例的，進(jìn)入發(fā)射極的輸入電流幅度和衰減器的絕對阻抗(其隨溫度變化)都不影響分流至衰減器內(nèi)的左右兩側(cè)的電流的比例大小。這樣，增益不會隨溫度的改變而變化。
采用連續(xù)結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它去除了“爭用失真”。信號電流以優(yōu)選的連續(xù)的方式提供至衰減器，因此在相鄰的分立的共射共基晶體管之間不存在信號電流分配過程中的非線性爭用。
圖9所示系統(tǒng)的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它能保持等溫工作特性，甚至是采用具有高熱阻抗的SOI工藝制作時(shí)。整體結(jié)構(gòu)是制作為晶體半導(dǎo)體的單個(gè)區(qū)域，當(dāng)域前后移動，此區(qū)域內(nèi)高熱傳導(dǎo)性確保任何局部溫度的波動快速通過整個(gè)區(qū)域擴(kuò)散。
如上面描述的其它實(shí)施例一樣，通過圖9的示例性系統(tǒng)進(jìn)行說明的發(fā)明原理并不限于這里所描述的特定細(xì)節(jié)。其它的實(shí)施例也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明原理的優(yōu)點(diǎn)，即使系統(tǒng)不是通過一全差分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，載波域的電流分配不是呈高斯分布，系統(tǒng)不是以提供等溫工作的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的等等。
輸出級本專利申請的一些附加發(fā)明原理涉及放大器的輸出級。下面描述優(yōu)選的實(shí)施例，但是發(fā)明原理并不限于這些實(shí)施例的特定細(xì)節(jié)。
從上述衰減器輸出的信號通常是電流信號(雖然由于與衰減器關(guān)聯(lián)的分路阻抗，他們不是純電流信號)。然而，在某些應(yīng)用場合，電壓方式輸出更好，因此在上述部分附圖中的衰減器上附加有一個(gè)電壓-電流(I-V)轉(zhuǎn)換器，例如跨阻放大器20。
圖11示出了一種傳統(tǒng)的跨阻放大器，之所以稱其為跨阻放大器是因?yàn)樗膫鬟f函數(shù)為電壓(輸出信號)除以電流(輸入信號)，因而具有阻抗的量綱。(在此，跨阻抗放大器為簡單的跨電阻放大器是因?yàn)閭鬟f函數(shù)為純電阻，例如，沒有電抗分量)。圖11中的電路通過電阻Rz實(shí)行并聯(lián)反饋，以縮小輸入阻抗，在輸出端將輸入電流Iin轉(zhuǎn)換為電壓Vout。偏置電路50通過一個(gè)電阻RB提供偏置電流IB至Q1的基極，使晶體管Q1維持在適當(dāng)?shù)钠眉墑e，電阻RB同時(shí)也是一個(gè)交流阻塞通路。因?yàn)镼1的集電極通過一個(gè)扼流圈L1連接至電源Vs，可用的輸出電壓幅值幾乎是電源電壓的兩倍(減去一個(gè)允許Q1的集電極-發(fā)射極飽和電壓)。盡管此處所示的為單端電路，其也能容易地以全差分的形式實(shí)現(xiàn)。如環(huán)流增益很高，該電路是相當(dāng)精確的，因?yàn)閭鬟f函數(shù)(在此為跨電阻)近似于與Rz相等。
雖然圖11中的電路在一些應(yīng)用領(lǐng)域提供了可行的解決方案，但是其存在諸多問題，使其不能應(yīng)用于條件更為苛刻的應(yīng)用場合，例如，尤其是當(dāng)電路需要在射頻段提供相對高的輸出功能時(shí)。下面將對這些問題進(jìn)行討論，并提供可解決這些問題的一些附加的發(fā)明原理。
圖11中的電路存在的一個(gè)問題是，難以精確地偏置晶體管。如果Q1是通過施加于基極上的電壓信號進(jìn)行偏置，則可能存在溫度漂移，特別是在高功率級別時(shí)，因?yàn)殡S著設(shè)備溫度的增加，Q1的基極-發(fā)射極電壓(VBE)下降。VBE的下降引起偏置電流增加，其進(jìn)一步使裝置升溫。此外，如果Q1是通過施加于基極上的電流進(jìn)行偏置，Q1的電流增益(電流放大系數(shù))的變化會引起通過Q1的靜態(tài)電流不能接受的變化。
圖12示出了根據(jù)本專利申請某些附加發(fā)明原理構(gòu)造的輸出級的一個(gè)實(shí)施例；此實(shí)施例顯示為全差分形式，但是可以利用同樣的原理實(shí)現(xiàn)單端工作方式。
圖12中的實(shí)施例通過放大器檢測實(shí)際的電流，并且調(diào)整偏置信號使實(shí)際電流維持在控制級別內(nèi)。輸入信號IN1和IN2通過交流耦合電容C1和C2施加至晶體管Q1和Q2的基極上。Q1和Q2的發(fā)射極在節(jié)點(diǎn)N1處連接在一起。配置有一個(gè)偏置反饋網(wǎng)絡(luò)，以便檢測通過電阻Rs的電壓VE來測量流經(jīng)放大器的實(shí)際電流，電阻Rs被連接在節(jié)點(diǎn)N1和地之間。偏置反饋網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)運(yùn)算放大器(運(yùn)算放大器)52，其比較VE和給定電壓VSET，分別利用經(jīng)過電阻RI和R2的偏置電壓VB來驅(qū)動Q1和Q2的基極。典型地，運(yùn)算放大器變化很慢，以至于其對檢測到的電壓VE的RF部分不產(chǎn)生響應(yīng)，但是可以在N1和運(yùn)算放大器之間插入一個(gè)用于低頻應(yīng)用的低通濾波器。
如圖12所示的實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，因?yàn)槠梅答伃h(huán)路自動補(bǔ)償貝它及其它裝置參數(shù)的變化，可以非常精確地控制通過放大器的偏置電流。而且，如果給定電壓VSET與絕對溫度(PTAT)成比例，那么Q1和Q2的跨導(dǎo)(gm)將與溫度無關(guān)，保持穩(wěn)定，因此基本的增益參數(shù)在各種溫度下也操持穩(wěn)定。在一個(gè)單片集成電路應(yīng)用方案中，VSET端能引出抽頭，以便用戶能控制偏置大小。
再次參照附圖11，傳統(tǒng)的跨阻放大器的另一個(gè)的問題是電流消耗大。如果電路用最大5V的幅值的信號驅(qū)動50Ω的負(fù)載，晶體管Q1必須具有最小的偏置電流100mA。一全差分的電路在各側(cè)將至少需要100mA的偏置電流。然而，在大部分時(shí)間里，放大器并不要求以最大輸出功率驅(qū)動負(fù)載，因此大多數(shù)偏置電流被浪費(fèi)。
因此，另外一個(gè)發(fā)明原理是自適應(yīng)地偏置輸出放大器，使其只消耗與放大器前級的增益需要相匹配時(shí)必須的偏置電流。
這一發(fā)明原理如圖13所示，放大器的一個(gè)實(shí)施例的框圖包括一個(gè)具有自適應(yīng)偏置功能的輸出級。輸出級20放大從前級19的接受的輸入信號SIN，產(chǎn)生輸出信號SOUT。由自適應(yīng)偏置控制信號SSET控制通過輸出級偏置電流，控制信號SSET可以采用多種不同的方法產(chǎn)生。適用于作為自適應(yīng)偏置控制信號使用的信號可內(nèi)在地在前級中獲得，其可以在一個(gè)用于驅(qū)動前級的增益控制接口中產(chǎn)生，或者是通過一些其它的配置獲得。
便得地，圖12中所示的閉環(huán)偏置控制方案的實(shí)施例可被用來實(shí)現(xiàn)圖13中所示出的自適應(yīng)偏置控制技術(shù)。因?yàn)樽赃m應(yīng)偏置控制信號可以施加至VSET輸入端，圖12中的電路將能精確、自動地將偏置控制在期望的指定點(diǎn)。然而，其它的裝置也能實(shí)現(xiàn)這一自適應(yīng)偏置技術(shù)，其并不限于提供閉環(huán)控制的實(shí)施例。
自適應(yīng)偏置輸出級的原理可用于與上述的可變衰減系統(tǒng)中的一個(gè)進(jìn)行組合。例如，如果前級是基于如圖4所示的內(nèi)插器，可以通過對最后幾個(gè)內(nèi)插信號執(zhí)行一系列求和來獲得自適應(yīng)偏置控制信號，內(nèi)插信號逐漸導(dǎo)至VN，并包括VN在內(nèi)。這樣生成自適應(yīng)偏置控制信號，其隨著增益控制信號VCTRL的增加而逐步增加(雖然從內(nèi)插器輸出的單個(gè)脈沖具有一些紋波)。
圖14示出了系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其組合了可變衰減系統(tǒng)和具有自適應(yīng)偏置控制的輸出級的發(fā)明原理?？勺兯p系統(tǒng)19可以是上面所描述的任意一種可變衰減系統(tǒng)。增益控制接口21最好為下面描述的比例電流發(fā)生器。
在圖14的實(shí)施例中，自適應(yīng)偏置控制信號通過使用指數(shù)(dB為線性)單元23而獲得，其公開于美國專利No.5,572,166中，其＝名稱為“分貝呈線性的可變增益放大器”，發(fā)明人與本申請的發(fā)明人相同。這樣的指數(shù)單元的實(shí)施例如圖15所示。輸入信號IG的線性變化使輸出信號ISET呈指數(shù)變化，其隨后很容易轉(zhuǎn)換成電壓信號，并以此作為自適應(yīng)偏置控制信號VSET。如果輸入信號IG是從用于控制圖4中內(nèi)插器18的增益控制信號VCTRL派生而來，圖12中放大器的偏置電流可以控制成與圖4中可變衰減系統(tǒng)增益需要相匹配，其也可以提供DB為線性的增益特性。
如圖15所示的指數(shù)單元的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，其可易于采用已存在于用于驅(qū)動圖4所示內(nèi)插器的增益控制接口中的信號。增益控制接口的一些實(shí)例為比例電流發(fā)生器，其已描述在名稱為“具有雙晶體管極和比例控制的內(nèi)插器”的美國專利申請09/446,050中，上述專利申請的發(fā)明人與本申請相同，其內(nèi)容在此以做參考。上述申請中提供有完整的細(xì)節(jié)，為便于理解，圖16示出了一個(gè)實(shí)施例。
參照圖16，輸出信號IOP和ION，其用于產(chǎn)生圖5所示的控制信號VCTRL，響應(yīng)于增益控制信號VG的改變成比例變化。依賴于所希望的極性，可以將一個(gè)鏡像晶體管QG連接至QE(如圖所示)或QA(為獲得相對的極性)的基極，從而生成信號IG。信號IG隨后可通過一個(gè)電流鏡連接至圖15中的指數(shù)單元。
因此，根據(jù)本專利申請發(fā)明原理的自適應(yīng)偏置控制方案的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，其可靈活地與可變衰減/增益系統(tǒng)集成在一起(另外的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是利用現(xiàn)存的信號)，以便根據(jù)前級的要求鎖步偏置輸出級，從而減少輸出級中不必要的電流消耗。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，可以在圖15所示的指數(shù)單元中將一電阻串聯(lián)至Q12的發(fā)射極。在工作范圍的較低部分，該電阻對ISET的影響很小，但是工作范圍的較高部分，其開始變得不穩(wěn)定，并且最終限制指數(shù)函數(shù)，從而防止輸出級中的偏置電流變得過大。
圖17示出了介紹某些附加發(fā)明原理的電路的一個(gè)實(shí)施例，其用于改進(jìn)跨阻放大器，并以復(fù)合的方式將其連接至可變衰減系統(tǒng)。
如圖11所示的傳統(tǒng)的跨阻放大器的另外一個(gè)問題是單個(gè)的晶體管Q1在2GHz的頻率及以上時(shí)具有極低的交流貝它值(大約為5)。因此，圖17所示的電路采用多個(gè)晶體管Q1A、Q1B、Q1C(“Q1組”)和Q2A、Q2B、Q2C(“Q2組”)的達(dá)林頓式結(jié)構(gòu)，以在增加任何并聯(lián)反饋前增加開環(huán)增益。在各組中，晶體管的集電極被示出是以傳統(tǒng)的達(dá)林頓式結(jié)構(gòu)連接在一起，但是也可使用其它類型的連接。例如，Q1C和Q2C的集電極可連接至正電源，以減少通過Q1和Q2組的電壓降，減少密勒電容(CJC)的影響。密勒電容使位移電流從各晶體管的集電極流向基極。然而，如果在各組中晶體管“A”、“B”和“C”晶體管逐步變小，在晶體管C中的位移電流將可以忽略不計(jì)，因此可以采用傳統(tǒng)的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)以獲得盡可能大的輸出驅(qū)動電流。
圖17所示的放大器基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與圖12相似，但是現(xiàn)在Q1和Q2的發(fā)射極通過分離的檢測電阻Rs連接到地，并通過兩個(gè)小的發(fā)射極負(fù)反饋電阻RE彼此相連。電流檢測電壓VE仍然在節(jié)點(diǎn)N1處獲得，節(jié)點(diǎn)N1現(xiàn)在位于負(fù)反饋電阻RE之間的中間點(diǎn)位置。這種結(jié)構(gòu)有助于補(bǔ)償溫度的影響，溫度變化趨于引起在兩組晶體管之間的電流分布不平衡。如果兩組中的一個(gè)變得比另外一個(gè)更熱，更熱的組趨于傳遞一不相稱的電流。如圖17所示的結(jié)構(gòu)改進(jìn)了晶體管之間的電流分配，即使存在熱不平衡現(xiàn)象。引入發(fā)射極負(fù)反饋電阻還可增加放大器的線性度，以減少電壓增益和增加輸入阻抗(ZIN)為代價(jià)。然而，依賴于特定的應(yīng)用場合，這方面的折衷可能是有益的。例如，對于輸入阻抗，通過使ZIN具有更好的溫度穩(wěn)定性，可以抵消ZIN的細(xì)微增加，接著，當(dāng)溫度變化時(shí)改進(jìn)整體的增益精度。
如圖17所示的電路另外一個(gè)有創(chuàng)造性特點(diǎn)是設(shè)置有反饋電阻Rz，其設(shè)定放大器的跨阻抗(在此為跨電阻)。它們不是直接至Q1和Q2基極，而是連接到衰減器的輸出端。耦合電容C1和C2然后形成通向Q1和Q2基極的交流通路。如果衰減器的輸出靠近衰減器上的等電勢節(jié)點(diǎn)(如，圖4中的VBIAS或圖9中VREFI)，那么等電勢節(jié)點(diǎn)的電壓接近電源電壓，只有少量或沒有直流(DC)電壓通過電阻Rz，并且在這一通路上沒有偏置電流被浪費(fèi)。
如此處描述的其它實(shí)施例一樣，圖17中的實(shí)施例所描述的發(fā)明原理并不限于特定的細(xì)節(jié)。圖示為一全差分電路，但是同樣的發(fā)明原理可用于單端電路。同樣，測量電阻被用來測量通過放大器的電流，但是其它的電流檢測方案也是可接受的。
圖18示出了根據(jù)本專利某些附加發(fā)明原理的放大器的另外一實(shí)施例。圖18的實(shí)施例與圖17的實(shí)施例有些相似。但是現(xiàn)在包括有用于分別檢測通過QIA和Q2A的電流大小的附加晶體管Q1D和Q2D。Q1D和Q2D的集電極分別交叉連接至Q2C和Q1C的發(fā)射極。這種交叉連接以可增加放大器的線性度的方式偏置Q2c和Q1c。在圖17所示的實(shí)施例中，其具有較簡單的結(jié)構(gòu)3個(gè)發(fā)射極在每一側(cè)依次相互排列，當(dāng)輸入信號和輸出電流改變時(shí)，各晶體管的VBE變化。這樣可能在輸出信號中引入不可接受的失真。然而，在圖18所示的實(shí)施例中，交叉連接有助于去除這些影響。
如圖18所示的實(shí)施例另外一個(gè)發(fā)明原理涉及提供DC輸入耦合。在圖17的實(shí)施例中，輸入耦合電容Cc的效果在低頻時(shí)減小，因此放大器開始表現(xiàn)為開環(huán)放大器，有可能出現(xiàn)不可接受的噪聲現(xiàn)象。圖18中所示的晶體管Q3-Q6和阻抗R3-R7的配置結(jié)構(gòu)為偏置放大器提供了一種可選擇的技術(shù)方案，并且允許一直至直流(DC)的工作頻率。自適應(yīng)偏置放大器52不是通過電阻R1連接至Q1C的基極，而是通過Q3和R3的一個(gè)直流耦合結(jié)構(gòu)連接，其提供越過AC耦合電容Cc的DC耦合通路。晶體管Q4和電阻R4在另外的一個(gè)輸入端具有相似的配置結(jié)構(gòu)。DC耦合配置結(jié)構(gòu)由二極管接法晶體管Q5和Q6和電阻R5-R7加載，這樣可以消除可能由DC耦合引入的任何非線性。
圖18中電路的進(jìn)一步改進(jìn)是采用了越過電阻Rz連接的電容Cz。電容Cz可以進(jìn)行調(diào)整，以將放大器的輸出阻抗的設(shè)定為一適當(dāng)值，如50Ω。Cz的值也可以與可連接到放大器的任何輸入級的電容量相配合，在下面討論這一點(diǎn)。
電流模式共射共基驅(qū)動本專利申請的一些附加發(fā)明原理涉及驅(qū)動具有電流信號的操控核心。在如圖5所示的實(shí)施例中，內(nèi)插信號是以電流信號IPS1、IPS2、……IPSn的形式生成，然后通過電阻Rc轉(zhuǎn)換成電壓模式信號V1、V2，……Vn。在如圖4所示實(shí)施例的操控核心中，電壓信號接著可以被用來驅(qū)動共射共基晶體管(QA-QB組)。在許多應(yīng)用場合，其可以提供足夠的性能，但是當(dāng)由電壓信號驅(qū)動時(shí)，共射共基晶體管組對噪聲更加敏感。因此，為縮小對噪聲的靈敏度，共射共基晶體管可以由電流信號來驅(qū)動。
用于電流驅(qū)動操控核心的一種技術(shù)是簡單地省去電阻Rc，采用如圖5所示電流鏡的輸出電流直接驅(qū)動共射共基晶體管的基極。這樣也可以提供足夠的性能，特別是當(dāng)操控核心里僅僅有少量級時(shí)。然而，當(dāng)操控核心的級數(shù)很多時(shí)，來自在向著圖4衰減器的右手側(cè)的電流鏡中的輸出晶體管集電極的任意漏電流都可能打開共射共基晶體管，足以引入一個(gè)不想得到的信號，它能淹沒來自朝向左邊的級的期望的信號。為克服這一潛在的問題，電阻Rc仍然包括在電路中，用以取消漏電流，但是他們的阻抗值被選定得足夠大，以便使進(jìn)入共射共基晶體管的信號仍然為大致的電流模式。
采用電流驅(qū)動操控核心的另外一個(gè)潛在問題是，各共射共基晶體管的導(dǎo)通程度依賴于晶體管的電流增益，典型地，其為一個(gè)差的控制的參數(shù)。為克服這一潛在的問題，控制的核心可以采用一伺服配置結(jié)構(gòu)，以提供共射共基晶體管基準(zhǔn)驅(qū)動的閉環(huán)控制。圖19示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的這種配置的一個(gè)實(shí)施例。
在如圖19所示的實(shí)施例中，操控核心包括共射共基晶體管組QA1和QB1；QA2、QB2等等，還包括一個(gè)如圖4中所示的內(nèi)插器18，但是現(xiàn)在內(nèi)插器通過電流信號I1、I2等驅(qū)動共射共基晶體管的基極。通過有選擇地導(dǎo)引偏置電流IE1至各內(nèi)插器輸出端，可生成內(nèi)插器電流。一個(gè)輸入級16包括NPN晶體管Q16A和Q16B，它們的基極分別接收輸入信號VINA和VINB，它們的集電極分別連接至共同的發(fā)射極結(jié)點(diǎn)CEA和CEB。為便于簡化，此處省去了操控核心和衰減器的剩余部分結(jié)構(gòu)。Q16A和Q16B的發(fā)射極分別通過電阻R16A和R16B連接到節(jié)點(diǎn)N16。一個(gè)監(jiān)控電阻RM被連接在節(jié)點(diǎn)N16和地之間。伺服環(huán)通過一個(gè)運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，該運(yùn)算放大器反相輸入端連接到N16，同相輸入端連接到一參考VREF3，輸出端產(chǎn)生偏置電流IE1。
每當(dāng)需要偏置電流IE1迫使節(jié)點(diǎn)N16處的電壓到VREF3，運(yùn)算放大器54通過產(chǎn)生該偏置電流IE1對環(huán)路進(jìn)行伺服，其反回來通過RM設(shè)定電流。因?yàn)楣采涔不w管處于伺服環(huán)中，環(huán)路自動地補(bǔ)償共射共基晶體管的電流增益，同時(shí)補(bǔ)償各的晶體管之間的不匹配。
輸入匹配和線性化本專利申請的一些附加發(fā)明原理涉及輸入阻抗匹配和/或輸入線性化。盡管將在具有連續(xù)輸入控制的可變衰減系統(tǒng)背景中描述這些發(fā)明原理，這些發(fā)明原理具有獨(dú)立應(yīng)用場合，并且能應(yīng)用于另外的系統(tǒng)。
為輔助理解本專利的阻抗匹配和輸入線性化的原理，圖20示出了一差分操控核心12A，12B，它們具有用于輸入信號的終端配置。差分輸入信號VINA、VINB通過兩個(gè)25Ω的電阻施加于操控核心的輸入端。操控核心的輸入端連接至一適當(dāng)?shù)墓材９?jié)點(diǎn)CM。作為一階近似，操控核心每一邊的輸入阻抗假定為零。這樣，操控核心的阻抗可看成是50Ω，通常，這是RF系統(tǒng)使用的特征阻抗。然而，這種配置效率較低，因?yàn)檩斎胄盘柺墙K止的而非匹配。即，操控核心僅僅使用輸入電流，而不能得到輸入電壓，僅僅是輸入信號中可用功率的一部分的被傳輸至操控核心。
而且，在實(shí)際的應(yīng)用中，操控核心的每一邊的輸入阻抗可以不為零。例如，如果在操控核心中使用如圖4實(shí)施例中所示出的共射共基晶體管，各晶體管發(fā)射極相關(guān)的增加的輸入阻抗re被看成進(jìn)入操控核心。這是一非線性的電阻，其隨著信號電流的改變而變化。這樣，晶體管輸入阻抗可以引入一非線性進(jìn)入系統(tǒng)，接著可能引起信號失真。
圖21示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的輸入系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其可以改進(jìn)輸入匹配和/或線性。差分輸入信號VINA、VINB分別施加至輸入終端60和62。各輸入終端通過一個(gè)25Ω電阻連接到兩個(gè)終端64和66中的一個(gè)，例如，其可被連接到操控核心的輸入端，以提供一差分輸入電流IINA和IINB至那里。匹配電路56具有兩個(gè)連接到終端64和66的輸出端和交叉連接至終端60和62的兩個(gè)輸入端。匹配電路設(shè)計(jì)用于對輸入電壓進(jìn)行采樣，使用其以產(chǎn)生一個(gè)附加的電流，有助于電流IINA和IINB。圖21所示的實(shí)施例還包括一線性化電路58，其具有兩個(gè)連接到終端64和66的輸出端，和兩個(gè)連接到終端60和62的輸入端。線性化電路設(shè)計(jì)用于對輸入端電壓進(jìn)行采樣，使用其對IINA和IINB進(jìn)行失真取消校正。雖然圖21所示的系統(tǒng)同時(shí)具有匹配電路56和線性化電路58，但單個(gè)部分具有應(yīng)用性并能單獨(dú)操作。他們可以某種方式組合在一起，這樣將提供額外的優(yōu)點(diǎn)。
圖22示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的匹配電路的一個(gè)實(shí)施例，其示出了實(shí)例的部分細(xì)節(jié)；圖21所示的匹配電路包括兩個(gè)25Ω的電阻RA1和RB1，其連接在輸入終端60及62和輸出終端64和66之間。匹配電路還包括一對交叉連接的晶體管QA和QB和一對附加的兩個(gè)25Ω的電阻RA2和RB2。QA和QB的集電極分別連接到終端64和66，而他們的基極分別交叉連接至輸入終端62和60。各晶體管的發(fā)射極通過第二對25Ω的電阻之一連接到共模節(jié)點(diǎn)CM。
如圖20所示的電路，圖22所示的實(shí)施例中，電流IINA和IINB包括一個(gè)分量，其通過RA1和RB1直接從輸入端節(jié)點(diǎn)獲得。然而，除了從輸入端節(jié)點(diǎn)使用電流外，圖22所示的匹配電路還通過使用輸入電壓提供功率匹配，以提供一附加的分量至電流IINA和IINB。這樣，可以同時(shí)使用可用的電流和電壓。
圖23示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的線性化電路的一個(gè)實(shí)施例，其示出了某些示例性的細(xì)節(jié)。圖23所示的線性化電路包括晶體管QC和QD，他們的集電極分別連接到終端64和66，他們的發(fā)射極分別通過電阻RA3和RB3連接到共模節(jié)點(diǎn)CM。QC和QD的基極可以分別直接連接到終端60和62。此外，如果包括如圖22所示的匹配電路，如圖23中點(diǎn)劃線連接所示，QC和QD的基極可以被配置以檢測通過QA和QB發(fā)射極的輸入電壓。采用這種配置時(shí)，QC和QD的穩(wěn)定電流可以更低。
作為進(jìn)一步的改進(jìn)，在信號電流的某些標(biāo)稱值時(shí)，RA1和RB1的值可以設(shè)置為25Ω，以補(bǔ)償共射共基晶體管的輸入阻抗，例如，其可用于連接至線性化電路的操控核心中。需要注意的是，所示的電阻RA1和RB1及RA2和RB2的阻值被示出為25Ω，因?yàn)樗麄兟?lián)合形成50Ω的特性阻抗，其廣泛地應(yīng)用于RF系統(tǒng)中。然而，本申請的發(fā)明原理并不限于具有這些特定值的電阻，可以采用其它任何合適的值。
圖24示出了根據(jù)本申請發(fā)明原理的輸入系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其組合了具有共射共基基極驅(qū)動的閉環(huán)伺服控制的輸入線性化和阻抗匹配。圖24所示的實(shí)施例包括一匹配電路和一線性化電路，其與圖23中所示的電路相類似。然而，圖24所示的實(shí)施例還包括晶體管Q205，其可以配置用于如運(yùn)算放大器54那樣工作，其產(chǎn)生如圖19所示的內(nèi)插器偏置電流IEI。Q205的發(fā)射極連接到一節(jié)點(diǎn)N205，其在電阻分壓器R206和R207的中點(diǎn)，R206和R207被連接在如操控核心的輸入終端64和66之間。電阻R205連接在節(jié)點(diǎn)N205和共模點(diǎn)CM之間。Q205的基極連接到參考電壓信號VREF4，其優(yōu)選地被設(shè)置為精確參考電壓加上VBE后的匹配電壓，以便節(jié)點(diǎn)N205維持在精確的參考電壓。內(nèi)插器偏置電流IE1可以直接耦合進(jìn)入Q205的集電極，這樣，偏置電流由R205的值設(shè)定，該R205與圖19所示的實(shí)施例的RM相對。
圖24所示的實(shí)施例示出了進(jìn)一步的改進(jìn)，其使用了一個(gè)連接在QA和QB的發(fā)射極之間的預(yù)增強(qiáng)(pre-emphasis)電容CPE。此電容可以在高頻段改變匹配電路的增益，以改進(jìn)噪聲性能，其也可以使輸入端阻抗在較寬的頻率范圍內(nèi)較平滑。
圖25示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的提供內(nèi)插器信號的伺服控制的結(jié)構(gòu)配置的另外一個(gè)實(shí)施例。其不像圖24所示的那樣從Q205直接產(chǎn)生內(nèi)插器偏置電流IE1，IE1是直接連接至電流鏡72的一個(gè)輸入端。電流和ISUM直接連接至電流鏡的其它輸入端。通過在節(jié)點(diǎn)N4處將來自電阻Rc的電流相加，以此生成ISUM。如上述討論，電阻Rc傾向于防止來自電流鏡的漏電流打開操控核心中的晶體管。然而，他們也可以被使用測量內(nèi)插器電流。
參考電流IREF在節(jié)點(diǎn)N3處直接連接至EMM端，節(jié)點(diǎn)N3還連接至位于內(nèi)插器偏置輸入端和電流鏡之間的節(jié)點(diǎn)N2。這種電流鏡配置可以被認(rèn)為是一個(gè)電流型運(yùn)算放大器，其使在節(jié)點(diǎn)N2和N3之間的流動的電流INULL無效。通過平衡IE1和ISUM，去除了IE1的不確定性，它的準(zhǔn)確度可以是由IREF來決定。這種配置還可以去除圖24中的由于Q205的基極-發(fā)射極電壓變化而引起的不準(zhǔn)確。
圖25所示的實(shí)施例示出了進(jìn)一步的改進(jìn)，其在操控核心中使用了位于電流鏡和共射共基晶體管基極之間的一系列電阻RD。通過減少與電流鏡相關(guān)的各電容的影響，這些電阻可以提高共模抑制，特別是在高頻段。在此例中，需要注意的是，雖然為與其它附圖一致，內(nèi)插器信號標(biāo)記為V1、V2、……V3，但他們實(shí)際上是電流信號。
增益接口精度與限制本專利申請的一些附加發(fā)明原理涉及在一定的條件下提高增益接口的精度和/或限制增益接口的輸出。這些發(fā)明原理具有與本申請其它發(fā)明原理不同的應(yīng)用場合，并且可應(yīng)用于另外的系統(tǒng)。
如上面的討論，圖16示出了一個(gè)比例增益控制接口，其可用于驅(qū)動于圖5所示的內(nèi)插器?？刂齐娏鱅OP和ION的大小可以通過匹配晶體管QA和QE控制得非常精確，以消除它們的阿爾法效應(yīng)。然而，當(dāng)電流引入電路時(shí)，電流的絕對縮放比例依賴于參考電流IREF，其受到?jīng)]有消除的阿爾法效應(yīng)的影響。
圖26示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的參考電流源。圖26所示的電流源包括一參考單元68，其產(chǎn)生一個(gè)通過發(fā)射極電阻RREF的精確參考信號VREF5，電阻RREF連接到參考晶體管QREF的發(fā)射極。QREF的基極連接到后備晶體管QR的發(fā)射極，晶體管QR也具有一個(gè)發(fā)射極電阻RR。這樣可以在QR的發(fā)射極產(chǎn)生一電流，其可稱作為一個(gè)“真”的IREF。然而，由于QR的阿爾法，通過QR的集電極電流現(xiàn)在將是電流IREF的阿爾法倍或“αIREF”。電流αIREF隨后可通過一優(yōu)選的高精度電流鏡70傳輸至圖16所示的增益接口，代替在電路中以前使用的“真”IREF。這樣，由αIREF代替IREF，增益接口縮放比例的大小可以獨(dú)立于阿爾法。
在QR的基極電壓還可以做為用于參考信號的方便的源如VREF4使用，以用于其它用途。
在16圖所示的電路中，當(dāng)增益控制信號VG達(dá)到其其范圍的一端時(shí)，因?yàn)镮REF值固定，所以通過QE電流ION內(nèi)在地受到限制，QE可降低不大于IREF的尺度形成。然而，通過QA的電流IOP可能繼續(xù)增加，即使增益控制信號VG到達(dá)其一些名義最大值以后，因?yàn)檫\(yùn)算放大器54能繼續(xù)增加QA的基極驅(qū)動，即使QB已經(jīng)消耗了所有的IREF。
根據(jù)本專利發(fā)明原理的一可以防止在VG到達(dá)某一值后IOP持續(xù)上升的技術(shù)是，檢測通過QC或QE的電流何時(shí)達(dá)到零，然后防止進(jìn)一步增加QA的基極的驅(qū)動。檢測經(jīng)過QC或QE的電流可以通過任何合適技術(shù)的來實(shí)現(xiàn)，但是一種特別有用的技術(shù)是檢測在QB和QC集電極上的公共集電極節(jié)點(diǎn)Ncc處的電壓。因?yàn)楫?dāng)通過QC的電流達(dá)到零時(shí)，在節(jié)點(diǎn)Ncc處的電壓崩潰，這一點(diǎn)容易實(shí)現(xiàn)。
圖27示出了根據(jù)本專利發(fā)明原理的增益控制接口的一個(gè)實(shí)施例，圖27所示的電流源與圖16所示的電流源相似，但是其包括一個(gè)從公共集電極節(jié)點(diǎn)Ncc到運(yùn)算放大器54檢測連接部分。對運(yùn)算放大器進(jìn)行構(gòu)造和配置，以便當(dāng)其檢測到在節(jié)點(diǎn)Ncc的電壓減少時(shí)，停止增加QA的基極驅(qū)動。例如，其可以這樣實(shí)現(xiàn)如圖28中運(yùn)算放大器的實(shí)施例所示，響應(yīng)于檢測信號從運(yùn)算放大器一個(gè)輸出級轉(zhuǎn)移驅(qū)動電流。
圖27所示的實(shí)施例還包括一對電阻REV，它們在QB和Qc的發(fā)射極和集電極之間交叉連結(jié)，以消除這些器件中的早期電壓效應(yīng)。
上面公開的各發(fā)明原理具有獨(dú)立的應(yīng)用場合。而且，這些原理中的一些或全部可以復(fù)合的方式組合在一起，以形成一個(gè)穩(wěn)定的、高功率的輸出級，其具有低噪聲、低的相互調(diào)制和高線性能夠很好地操作在多個(gè)GHz范圍的頻率內(nèi)。
本專利申請中公開的一些實(shí)施例已經(jīng)被描述具有作為電流或電壓信號來實(shí)現(xiàn)的特定的信號，但所述發(fā)明原理也可采用其它類型的信號，如以電壓、電流或者是其它為特征的信號。同樣，所描述的某些半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)樘厥獾腘型，P型等等，但是也可以采用不同的極性。盡管出于對優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，描述了某些特定設(shè)備的布局結(jié)構(gòu)，但很多其它的結(jié)構(gòu)也是可行的，并且其它結(jié)構(gòu)也可根據(jù)本專利申請的發(fā)明原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。
以上描述了諸多發(fā)明原理，它們都具有其獨(dú)立的應(yīng)用場合。在某些情形下，如果將某些發(fā)明原理和其它的發(fā)明原理以多種方式組合使用，會實(shí)現(xiàn)另外的優(yōu)點(diǎn)。
因此，在不背離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，可以對此處描述的實(shí)施例在布置和細(xì)節(jié)進(jìn)行修改。因此，這些改變和修改被認(rèn)為是處在所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可變衰減系統(tǒng)，其包括一個(gè)具有多個(gè)輸入端的衰減器；和一個(gè)操控核心，其被構(gòu)造和配置為連續(xù)地引導(dǎo)一信號至衰減器的多個(gè)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述衰減器的多個(gè)輸入端包括若干個(gè)分立的輸入端；和所述操控核心被構(gòu)造和配置為在所述分立的輸入端之間連續(xù)地內(nèi)插所述信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述衰減器的多個(gè)輸入端包括一連續(xù)的輸入端；和所述操控核心被構(gòu)造和配置為沿著所述連續(xù)的輸入端引導(dǎo)所述信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述衰減器的多個(gè)輸入端包括一連續(xù)的輸入端；和所述操控核心被構(gòu)造和配置為在所述連續(xù)的輸入端上的若干點(diǎn)之間連續(xù)地內(nèi)插所述信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述衰減器包括一分立的結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述衰減器包括一連續(xù)的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述操控核心包括一分立的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述操控核心包括一連續(xù)的結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述衰減器包括一分立的結(jié)構(gòu)，并且所述操控核心包括一分立的結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述衰減器包括一連續(xù)的結(jié)構(gòu)，并且所述操控核心包括一分立的結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述衰減器包括一連續(xù)的結(jié)構(gòu)，并且所述操控核心包括一連續(xù)的結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述衰減器包括一分立的結(jié)構(gòu)；和所述操控核心被構(gòu)造和配置為在所述多個(gè)輸入端之間連續(xù)地內(nèi)插所述信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述衰減器包括一連續(xù)的結(jié)構(gòu)；和所述操控核心被構(gòu)造和配置為在所述多個(gè)輸入端之間連續(xù)地內(nèi)插所述信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括具有多個(gè)輸入端的一個(gè)第二衰減器；和一個(gè)第二操控核心，其被構(gòu)造和配置為在所述第二衰減器的多個(gè)輸入端之間連續(xù)地引導(dǎo)第二信號。
15.一種衰減信號的方法，其包括連續(xù)地導(dǎo)引一個(gè)信號至一衰減器的多個(gè)輸入端。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，連續(xù)地導(dǎo)引所述信號至所述衰減器多個(gè)輸入端的過程包括在所述衰減器的分立輸入端之間連續(xù)地內(nèi)插所述信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，連續(xù)地導(dǎo)引所述信號至所述衰減器多個(gè)輸入端的過程包括沿著所述衰減器的連續(xù)輸入端導(dǎo)引所述信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，連續(xù)地導(dǎo)引所述信號至所述衰減器多個(gè)輸入端的過程包括沿著所述衰減器上的一連續(xù)輸入端在若干個(gè)分立點(diǎn)之間連續(xù)地內(nèi)插所述信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，沿著所述衰減器上的一連續(xù)輸入端導(dǎo)引所述信號的過程包括在所述連續(xù)的輸入端產(chǎn)生一個(gè)載波域；和沿著所述連續(xù)的輸入端移動所述載波域。
20.一種可變衰減系統(tǒng)，其包括用于衰減信號的裝置；和用于連續(xù)地導(dǎo)引所述信號至所述用于衰減的裝置的多個(gè)輸入端的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，用于連續(xù)地導(dǎo)引所述信號的所述裝置包括用于在所述衰減器的若干分立輸入端之間連續(xù)地內(nèi)插所述信號的裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，用于連續(xù)地導(dǎo)引所述信號的所述裝置包括用于沿著所述衰減器上一連續(xù)的輸入端導(dǎo)引所述信號的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，用于連續(xù)地導(dǎo)引所述信號的所述裝置包括用于在所述衰減器一連續(xù)的輸入端上的若干點(diǎn)之間連續(xù)地內(nèi)插所述信號的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括第二裝置，其用于衰減第二信號；和第二裝置，其用于連續(xù)地導(dǎo)引所述第二信號至所述用于衰減的第二裝置的多個(gè)輸入端。
25.一種可變增益放大器，其包括一個(gè)輸入級，其被構(gòu)造和配置為將一電壓信號轉(zhuǎn)換為一電流信號；一個(gè)具有多個(gè)輸入端的衰減器；和一個(gè)操控核心，其被構(gòu)造和配置為連續(xù)地導(dǎo)引所述電流信號至所述衰減器的多個(gè)輸入端。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的放大器，其中所述衰減器的多個(gè)輸入端包括若干分立的輸入端；和所述操控核心被構(gòu)造和配置為在所述分立的輸入端之間連續(xù)地插入所述電流信號。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的放大器，其中所述衰減器的多個(gè)輸入端包括一連續(xù)的輸入端；和所述操控核心被構(gòu)造和配置為沿著所述連續(xù)的輸入端導(dǎo)引所述電流信號。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的放大器，其中所述衰減器的多個(gè)輸入端包括一連續(xù)的輸入端；和所述操控核心被構(gòu)造和配置為在所述連續(xù)輸入端上的若干點(diǎn)之間連續(xù)地插入所述電流信號。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的放大器，其進(jìn)一步包括一個(gè)連結(jié)至所述衰減器一個(gè)輸出端的輸出級。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的放大器，其中所述電流信號包括一個(gè)差分信號；所述衰減器包括兩個(gè)衰減器部分；和所述操控核心包括兩個(gè)操控核心部分。
31.一種衰減器，其包括一個(gè)阻抗層，其具有第一邊緣和第二邊緣，所述第一邊緣用于接收輸入信號，所述第二邊緣與所述第一邊緣相對；位于所述阻抗層相對端的第一和第二終止接觸點(diǎn)；一個(gè)接地接觸點(diǎn)，其沿著所述阻抗層的所述第二邊緣布置。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的衰減器，其中，所述阻抗層包括一種半導(dǎo)體材料。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的衰減器，其中，所述半導(dǎo)體材料包括位于半導(dǎo)體器件內(nèi)的一埋入層。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的衰減器，其中，所述阻抗層兩端之間的長度約為74單位，兩邊緣之間的寬度約為12單位。
35.一種可變衰減系統(tǒng)，其包括一個(gè)具有多個(gè)輸入端的衰減器網(wǎng)絡(luò)；一系列的控制晶體管，它們被配置為在所述的用于響應(yīng)于一系列的內(nèi)插信號的衰減器網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)輸入端之間，連續(xù)地插入一輸入信號；和一個(gè)內(nèi)插器，其被構(gòu)造和配置用于產(chǎn)生響應(yīng)于一控制信號的所述內(nèi)插信號。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中，所述衰減器網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)梯形電阻網(wǎng)絡(luò)。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中，所述梯形電阻網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)R2R的網(wǎng)絡(luò)。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)晶體管包括多個(gè)共射共基晶體管。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中，所述共射共基晶體管的每一個(gè)具有連接至所述衰減器多個(gè)輸入端中相對應(yīng)的一個(gè)的第一端子、連接到一公共節(jié)點(diǎn)的第二端子，和被連接以接收一內(nèi)插信號的第三端子。
40.根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述內(nèi)插器包括一個(gè)晶體管層，其用于產(chǎn)生一系列部分開關(guān)電流；和所述系列的控制晶體管用于空間放大所述部分開關(guān)電流。
41.根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括連接至所述操控核心的一輸入級。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中，所述輸入級包括一個(gè)跨導(dǎo)級。
43.根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括連接至所述衰減器的一輸出級。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中，所述輸出級包括一個(gè)跨阻抗級。
45.根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括具有多個(gè)輸入端的一第二衰減器網(wǎng)絡(luò)；和一第二系列控制晶體管，它們被配置用于在所述第二衰減器網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)輸入端之間，連續(xù)地插入一個(gè)第二輸入信號，以響應(yīng)于一系列的內(nèi)插信號。
46.一種可變衰減系統(tǒng)，其包括一個(gè)具有輸入外設(shè)的連續(xù)衰減器；和一系列控制晶體管，它們沿著所述衰減器的輸入外設(shè)布置。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其中，所述系列的控制晶體管被配置用于沿著所述衰減器網(wǎng)絡(luò)的輸入外設(shè)在多個(gè)點(diǎn)之間，連續(xù)地插入一個(gè)輸入信號，以響應(yīng)于一系列的內(nèi)插信號。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一個(gè)內(nèi)插器，其連接至所述系列的控制晶體管，并被構(gòu)造和配置用于產(chǎn)生響應(yīng)于一控制信號的所述內(nèi)插信號。
49.根據(jù)權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其中，所述連續(xù)衰減器包括做成一埋入層的半導(dǎo)體材料。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，其中，所述系列的控制晶體管是在所述埋入層之上制造的。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中所述控制晶體管包括若干雙極結(jié)晶體管；和所述埋入層作為所述控制晶體管的子集電極工作。
52.根據(jù)權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其中，所述衰減器和控制晶體管制造在一單獨(dú)的隔離溝道上。
53.根據(jù)權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其中，所述輸入周邊包括所述衰減器的第一邊緣，并且所述衰減器包括一阻抗層，其具有與所述第一邊緣相對的第二邊緣；位于所述阻抗層相對兩端的第一和第二終止接觸點(diǎn)；一個(gè)接地接觸點(diǎn)，其沿著所述阻抗層的第二邊緣布置。
54.根據(jù)權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括具有一輸入外圍的一第二連續(xù)衰減器；和一第二系列控制晶體管，它們沿著所述第二衰減器的輸入邊布置。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的系統(tǒng)，其中所述衰減器包括一個(gè)半導(dǎo)體材料的埋入層；和所述第一和第二系列的控制晶體管沿著所述埋入層相對的邊緣布置。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括沿著所述埋入層的中心線布置的接地接觸點(diǎn)。
57.一種可變衰減系統(tǒng)，其包括一個(gè)具有一輸入外圍的連續(xù)衰減器；和一個(gè)操控核心，其被構(gòu)造和配置用于將一信號電流連接至所述衰減器沿著所述輸入外圍可移動的位置上。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的系統(tǒng)，其中。所述的可移動位置包括載波域的質(zhì)心。
59.根據(jù)權(quán)利要求57所述的系統(tǒng)，其中，所述操控核心包括一個(gè)分布式晶體管，其被構(gòu)造和配置用于在所述衰減器的輸入外圍產(chǎn)生一個(gè)載波域。
60.根據(jù)權(quán)利要求57所述的系統(tǒng)，其中所述衰減器包括具有第一極性的第一半導(dǎo)體區(qū)；和所述操控核心包括一個(gè)分布式晶體管，其具有一個(gè)第二極性的第二半導(dǎo)體區(qū)，所述第二半導(dǎo)體區(qū)與所述第一區(qū)相鄰，并且沿著所述衰減器的輸入外圍布置。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的系統(tǒng)，其中，所述分布式晶體管進(jìn)一步包括具有所述第一極性的第三半導(dǎo)體區(qū)，其與所述第二區(qū)相鄰，并且沿著所述衰減器的輸入外圍布置。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二和第三半導(dǎo)體區(qū)分別形成一雙極結(jié)晶體管的所述集電極、基極和發(fā)射極。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其中，所述第二半導(dǎo)體區(qū)的任一端具有基極接觸點(diǎn)。
64.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一個(gè)分布式電流源，其用于提供一進(jìn)入所述晶體管基極的連續(xù)電流層。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的系統(tǒng)，其中，所述分布式電流源包括一個(gè)分布式MOS晶體管。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的系統(tǒng)，其中，所述第二半導(dǎo)體區(qū)作為所述MOS晶體管的漏極工作。
67.根據(jù)權(quán)利要求57所述的系統(tǒng)，其中，所述輸入外圍包括所述衰減器的第一邊緣，所述衰減器進(jìn)一步包括一個(gè)阻抗層，其具有與所述第一邊緣相對的第二邊緣；位于所述阻抗層相對端的第一和第二終止接觸點(diǎn)；一個(gè)接地接觸點(diǎn)，其沿著所述阻抗層的第二邊緣布置。
68.根據(jù)權(quán)利要求57所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括具有一個(gè)輸入外圍的一第二連續(xù)衰減器；和一第二操控核心，其被構(gòu)造和配置用于將一第二信號電流連接至所述第二衰減器沿著所述第二衰減器輸入外圍的可移動的位置上。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的系統(tǒng)，其中，所述操控核心包括兩個(gè)分布式電流源，它們被構(gòu)造和配置用于產(chǎn)生從中心線位置處向相反的方向流動的兩電流層；和兩個(gè)分布式雙極結(jié)晶體管，它們位于所述分布式電流源相對的兩端，其中，所述分布式雙極結(jié)晶體管每一個(gè)的基極用于接收來自相應(yīng)的一個(gè)所述分布式電流源的電流層。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的系統(tǒng)，其中，所述衰減器位于所述中心線的相對的兩側(cè)，并被耦合連接至一個(gè)相應(yīng)的所述分布式雙極結(jié)晶體管。
71.根據(jù)權(quán)利要求68所述的系統(tǒng)，其中，所述衰減器和操控核心包括沿中心線布置的一源極區(qū)；兩個(gè)柵極區(qū)，它們位于所述中心線的相對側(cè)，與所述源極區(qū)相鄰；兩個(gè)漏極/基極區(qū)，它們位于所述中心線的相對側(cè)，并且與一個(gè)相應(yīng)的所述柵極區(qū)相鄰；兩個(gè)發(fā)射極區(qū)，它們位于所述中心線的相對側(cè)，并且與一個(gè)相應(yīng)的所述漏極/基極區(qū)相鄰；和兩個(gè)衰減器區(qū)，它們位于所述中心線的相對側(cè)，并且與一個(gè)相應(yīng)的所述漏極/基極區(qū)相鄰。
72.根據(jù)權(quán)利要求57所述的系統(tǒng)，其中，所述衰減器和操控核心制造在一單獨(dú)的隔離溝道上。
73.一種放大器，其包括一個(gè)前級；和一個(gè)輸出級，其連接至所述前級，并被構(gòu)造和配置用于產(chǎn)生一輸出信號，以響應(yīng)于一個(gè)來自所述前級的輸入信號，其中所述輸出級具有一偏置電流；和一個(gè)自適應(yīng)偏置控制電路，其連接至所述輸出級，并被構(gòu)造和配置用于控制所述偏置電流以響應(yīng)所述輸入信號的幅值。
74.一種操作具有偏置電流的輸出級的方法，所述方法包括自適應(yīng)地控制所述偏置電流以響應(yīng)施加于所述輸出級的輸入信號的幅值。
75.一種放大器，其包括一個(gè)前級；和一個(gè)輸出級，其連接至所述前級，并被構(gòu)造和配置用于產(chǎn)生一輸出信號以響應(yīng)一個(gè)來自所述前級的輸入信號，其中所述輸出級具有一偏置電流；和用于自適應(yīng)地控制所述偏置電流的裝置用以響應(yīng)所述輸入信號的幅值。
全文摘要
一種可變衰減系統(tǒng)，其包括一操控核心，其連續(xù)地導(dǎo)引一信號至具有多個(gè)輸入端的衰減器。一個(gè)具有從分立器件構(gòu)造的衰減器的實(shí)施例在該衰減器各單個(gè)輸入端之間連接地插入一個(gè)信號。若干分立輸入端之間的連續(xù)的插入也可用于連續(xù)結(jié)構(gòu)的衰減器。在一個(gè)全集成的實(shí)施例中，通過沿著連續(xù)的衰減器移動一個(gè)載波域，獲得連續(xù)的輸入控制。一個(gè)分離的輸出級采用自適應(yīng)偏置以減小不必要的電流消耗。
文檔編號H01P1/22GK1830138SQ200480019395
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月7日
發(fā)明者巴里·吉爾伯特 申請人:美國模擬器件公司