專(zhuān)利名稱(chēng)：差分電路、差分放大器、混頻器、振蕩器和無(wú)線(xiàn)電電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高頻電路、放大器、混頻器和以及使用它們的無(wú)線(xiàn)電電路，尤其涉及高頻差分電路、差分放大器、差分混頻器、差分振蕩器和以及使用它們的無(wú)線(xiàn)電電路。
(2)背景技術(shù)在高頻電路中使用的差分放大器中，必需增強(qiáng)其反向絕緣特性，以不降低功率放大系數(shù)。這里使用的所謂增強(qiáng)反向絕緣是指抑制所謂的從輸出反饋到輸入的降低輸入信號(hào)電平的負(fù)反饋效應(yīng)。常規(guī)上，配置采用共射共基放大器的差分放大器被認(rèn)為是能夠有效地增強(qiáng)反向絕緣特性(參見(jiàn)TakeshiYasunaga等人的“用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的完全集成PLL頻率合成器LSI”(A fullyintegrated PLL frequency synthesizer LSI for mobile communication system)，2001IEEE Radio Frequency Integrated Circuit Symposium，(IEEE無(wú)線(xiàn)電頻率集成電路研討會(huì))，IEEE服務(wù)中心，美國(guó)，2001年5月20日，卷1，65-68頁(yè))。
圖21是包括共射共基放大器的常規(guī)差分放大器的電路圖。在圖21中，差分放大器包括晶體管91a和91b、晶體管92a和92b、電阻93、負(fù)載電阻94a和94b、恒流源95、正壓源96、接地97以及偏壓源98。
晶體管91a和91b組成用于放大的差分對(duì)。相互反相的信號(hào)輸入至晶體管91a和91b的基極。
晶體管92a的發(fā)射極連接到晶體管91a的集電極，由此形成了一個(gè)共射共基放大器。類(lèi)似地，晶體管92b的發(fā)射極連接到晶體管91b的集電極，由此形成了一個(gè)共射共基放大器。
電阻93連接在晶體管91a和91b的發(fā)射極之間。恒流源95連接在電阻93的接頭和接地97的之間。
晶體管92a和92b的基極連接在一起。偏壓源98連接在晶體管92a和92b的基極之間來(lái)提供恒偏壓。
晶體管92a的集電極連接到負(fù)載電阻94a的一端。類(lèi)似地，晶體管92b的集電極連接到負(fù)載電阻94b的一端。正壓源96連接到負(fù)載電阻94a和94b的另外一端。連接在晶體管92a和負(fù)載電阻94a之間的是輸出終端99a。連接在晶體管92b和負(fù)載電阻94b之間的是輸出終端99b。相互反相的信號(hào)從輸出終端99a和99b輸出。
晶體管92a和92b降低了由信號(hào)電流引起的組成用于放大的差分對(duì)的晶體管91a和91b的集電極電壓的變化。因此，能夠?qū)⒕w管91a和91b的密勒效應(yīng)最小化，從而增強(qiáng)差分放大器的反向絕緣特性。
如上所述，通過(guò)在差分放大器中提供共射共基放大器，使得增強(qiáng)差分放大器的反向絕緣特性成為可能，借此能夠防止增益在高頻區(qū)段內(nèi)的減小。
然而，即使在包括共射共基放大器的差分放大器中，其反向絕緣特性在高于100MHz的頻率區(qū)段內(nèi)降低，主要是由于在輸入和輸出端之間存在著的寄生電容引起的。
例如，當(dāng)差分放大器在移動(dòng)電話(huà)中被用作連接在天線(xiàn)和混頻器之間的RF放大器時(shí)，如果RF放大器的反向絕緣特性降低，則從混頻器衍生出的一個(gè)信號(hào)通過(guò)RF放大器泄漏進(jìn)入天線(xiàn)一側(cè)。同樣，當(dāng)差分放大器用作連接在本地振蕩器和混頻器之間的本地放大器時(shí)，如果本地放大器的反向絕緣特性降低，則從混頻器衍生出的一個(gè)信號(hào)通過(guò)本地放大器泄漏進(jìn)本地振蕩器，使本地振蕩器的噪聲特性惡化。
因此，在高頻區(qū)段內(nèi)的反向絕緣特性方面，還沒(méi)有令人滿(mǎn)意的常規(guī)差分放大器。
上述問(wèn)題不局限于差分放大器，也出現(xiàn)在高頻差分電路中，比如包括差分放大器的差分混頻器、差分振蕩器等等。
(3)發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供一種高頻差分電路，即使在高頻區(qū)段內(nèi)它也能夠保持令人滿(mǎn)意的反向絕緣特性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種由上述高頻差分電路實(shí)現(xiàn)的差分放大器、差分混頻器和差分振蕩器。
本發(fā)明的再一目的是提供一種無(wú)線(xiàn)電電路，其中包括有由上述高頻差分電路實(shí)現(xiàn)的差分放大器、差分混頻器和差分振蕩器。
本發(fā)明具有以下特征來(lái)達(dá)到上述目的。
本發(fā)明的第一方面針對(duì)依照兩信號(hào)間的電位差運(yùn)作的高頻差分電路，該電路包括差分放大電路，用于放大輸入至第一和第二輸入端的兩個(gè)相互反相的輸入信號(hào)間的電位差，并用于從第一和第二輸出端輸出兩個(gè)相互反相的輸出信號(hào)；連接在第一輸入端和第二輸出端之間的第一無(wú)源元件電路；以及連接在第二輸入端和第一輸出端之間的第二無(wú)源元件電路。
在第一方面中，一個(gè)與由于在晶體管的輸入和輸出之間存在著的寄生電容而從差分電路的輸出端反饋到輸入側(cè)的反饋信號(hào)反相的信號(hào)被輸入至差分電路的輸入端，從而抵消了反饋信號(hào)。因此，能夠增強(qiáng)反向絕緣特性。
例如，高頻差分電路可以是差分放大器。
較佳地，差分放大電路可包括兩個(gè)共射共基放大器。
如此，共射共基放大器進(jìn)一步地增強(qiáng)了反向絕緣特性。
較佳地，第一和第二無(wú)源元件電路可以是電容器。
如此，電容器用作第一和第二無(wú)源元件電路，由此可以在特定頻帶內(nèi)增強(qiáng)反向絕緣特性。
較佳地，可以設(shè)定每一電容的電容量，以傳輸一個(gè)正相信號(hào)，該信號(hào)具有足夠的強(qiáng)度來(lái)抵消因差分放大電路中包括的晶體管的輸入和輸出之間存在的寄生電容而出現(xiàn)的反饋信號(hào)。
如此，能夠抵消反饋信號(hào)。
較佳地，每一電容器的電容量可以等于差分放大電路中包括的晶體管的輸入和輸出之間存在的寄生電容。
如此，正相信號(hào)傳輸?shù)捷斎虢K端，該信號(hào)具有足夠強(qiáng)度來(lái)抵消因差分放大電路中包含的輸入和輸出之間存在的寄生電容而出現(xiàn)的反饋信號(hào)，從而抵消了反饋信號(hào)。
較佳地，第一無(wú)源元件電路可以等效于由第一輸入端和第一輸出端之間存在的寄生組件形成的等效電路，第二無(wú)源元件電路可以等效于由第二輸入端和第二輸出端之間存在的寄生組件形成的等效電路。
這樣，第一和第二無(wú)源元件電路各自等效于由寄生組件形成的等效電路，因此在很大的頻帶范圍內(nèi)，可以將用于抵消反饋信號(hào)的信號(hào)輸入到輸入終端，借此可以在很大的頻帶范圍內(nèi)增強(qiáng)反向絕緣特性。
較佳地，第一無(wú)源元件電路可以等效于由第一輸入端和第一輸出端之間存在的寄生組件形成的等效電路的一部分，第二無(wú)源元件電路可以等效于由第二輸入端和第二輸出端之間存在的寄生組件形成的等效電路的一部分。
這樣，第一和第二無(wú)源元件電路各自等效于由寄生組件形成的等效電路的一部分，因此在很大的頻帶范圍內(nèi)，可以將用于抵消反饋信號(hào)的信號(hào)輸入到輸入終端，借此可以在很大的頻帶范圍內(nèi)增強(qiáng)反向絕緣特性。
較佳地，高頻差分電路可以進(jìn)一步包括連接在第一和第二無(wú)源元件電路之間的第三無(wú)源元件電路。
較佳地，與高頻差分電路的輸入和輸出之間的阻抗相比較，第三無(wú)源元件電路的阻抗在一預(yù)定的頻帶內(nèi)為高阻抗，在其它頻帶內(nèi)為低阻抗。
如此，第三無(wú)源元件電路在特定頻帶內(nèi)實(shí)質(zhì)上具有開(kāi)路阻抗，并且在其它頻帶內(nèi)實(shí)質(zhì)上具有短路阻抗。因此，在期望增強(qiáng)反向絕緣特性的頻帶之外的頻帶內(nèi)，沒(méi)有信號(hào)通過(guò)第一和第二無(wú)源元件電路反饋，借此可以避免由正反饋引起的異常振蕩的出現(xiàn)。
較佳地，第三無(wú)源元件電路可以是并聯(lián)電路，其中電感和電容是并聯(lián)連接的。
如此，可以配置第三無(wú)源元件電路，使其在特定的頻帶內(nèi)實(shí)質(zhì)上具有開(kāi)路阻抗，并在其它頻帶內(nèi)實(shí)質(zhì)上具有短路阻抗。因此，在期望增強(qiáng)反向絕緣特性的頻帶之外的頻帶內(nèi)，沒(méi)有信號(hào)通過(guò)第一和第二無(wú)源元件電路反饋，借此可以避免由正反饋引起的異常振蕩的出現(xiàn)。
例如，差分放大電路包括第一、第二、第三和第四晶體管，第一晶體管的發(fā)射極連接到第二晶體管的發(fā)射極，第一晶體管的集電極連接到第三晶體管的發(fā)射極，第三晶體管的基極連接到第四晶體管的基極，第二晶體管的集電極連接到第四晶體管的發(fā)射極，第一無(wú)源元件電路包括設(shè)置在第一晶體管的基極和第四晶體管的集電極之間的第一電容，第二無(wú)源元件電路包括設(shè)置在第二晶體管的基極和第三晶體管的集電極之間的第二電容。
可選擇地，差分放大電路包括第一和第二晶體管，第一晶體管的基極連接到第二晶體管的基極，第一無(wú)源元件電路包括設(shè)置在第一晶體管的發(fā)射極和第二晶體管的集電極之間的第一電容，第二無(wú)源元件電路包括設(shè)置在第二晶體管的發(fā)射極和第一晶體管的集電極之間的第二電容。
再者，高頻差分電路還可包括其發(fā)射極連接到差分放大電路的第一輸出端的第一晶體管對(duì)；以及其發(fā)射極連接到差分放大電路的第二輸出端的第二晶體管對(duì)，并且高頻差分電路可以用作差分混頻器。
這樣，可提供一種具有增強(qiáng)反向絕緣特性的差分混頻器。
例如，當(dāng)高頻差分電路用作差分混頻器時(shí)，差分放大電路包括其發(fā)射極連接在一起的第一和第二晶體管，第一晶體管對(duì)由其發(fā)射極連接在一起的第三和第四晶體管組成，第二晶體管對(duì)由其發(fā)射極連接在一起的第五和第六晶體管組成，第一晶體管的集電極連接到第三和第四晶體管的發(fā)射極，第三和第六晶體管的基極連接在一起，第四和第五晶體管的基極連接在一起，第三和第五晶體管的集電極連接在一起，第四和第六晶體管的集電極連接在一起，第一無(wú)源元件電路包括設(shè)置在第一晶體管的集電極和第二晶體管的基極之間的第一電容，第二無(wú)源元件電路包括設(shè)置在第二晶體管的集電極和第一晶體管的基極之間的第二電容。
可選擇地，當(dāng)高頻差分電路用作差分混頻器時(shí)，差分放大電路包括第一、第二、第三和第四晶體管，第一晶體管對(duì)由其發(fā)射極連接在一起的第五和第六晶體管組成，第二晶體管對(duì)由其發(fā)射極連接在一起的第七和第八晶體管組成，第一晶體管的發(fā)射極連接到第二晶體管的發(fā)射極，第一晶體管的集電極連接到第三晶體管的發(fā)射極，第三晶體管的基極連接到第四晶體管的基極，第三晶體管的集電極連接到第五和第六晶體管的發(fā)射極，第四晶體管的集電極連接到第七和第八晶體管的發(fā)射極，第五和第八晶體管的基極連接在一起，第六和第七晶體管的基極連接在一起，第五和第七晶體管的集電極連接在一起，第六和第八晶體管的集電極連接在一起，第五無(wú)源元件電路包括設(shè)置在第一晶體管的基極和第四晶體管的集電極之間的第一電容，第二無(wú)源元件電路包括設(shè)置在第二晶體管的基極和第三晶體管的集電極之間的第二電容。
再者，高頻差分電路還可包括連接在差分放大電路的第一和第二輸入端之間的差分振蕩電路，差分振蕩電路可以通過(guò)第一電容連接到第一輸入端，并通過(guò)第二電容連接到第二輸入端，高頻差分電路可以用作差分振蕩器。
如此，能夠提供一種具有增強(qiáng)反向絕緣特性的差分振蕩器。
例如，當(dāng)高頻差分電路用作差分振蕩器時(shí)，差分放大電路包括其發(fā)射極連接在一起的第一和第二晶體管，差分振蕩電路包括第一FET、第二FET、第三電容、第四電容、第一電感和第二電感，第一FET的漏極連接到第二FET的柵極，第二FET的漏極連接到第一FET的柵極，第二和第三電容串聯(lián)地連接在第一和第二FET的漏極之間，第一和第二電感串聯(lián)地連接在第一和第二FET的漏極之間，第一FET的漏極通過(guò)第一電容連接到第一晶體管的基極，第二FET的漏極通過(guò)第二電容連接到第二晶體管的基極，第一無(wú)源元件電路包括設(shè)置在第一晶體管的集電極和第二晶體管的基極之間的第五電容，第二無(wú)源元件電路包括設(shè)置在第二晶體管的集電極和第一晶體管的基極之間的第六電容。
可選擇地，當(dāng)高頻差分電路用作差分振蕩器時(shí)，差分放大電路包括第一、第二、第三和第四晶體管，差分振蕩電路包括第一FET、第二FET、第三電容、第四電容、第一電感和第二電感，第一FET的漏極連接到第二FET的柵極，第二FET的漏極連接到第一FET的柵極，第二和第三電容串聯(lián)地連接在第一和第二FET的漏極之間，第一和第二電感串聯(lián)地連接在第一和第二FET的漏極之間，第一FET的漏極通過(guò)第一電容連接到第一晶體管的基極，第二FET的漏極通過(guò)第二電容連接到第二晶體管的基極，第一晶體管的發(fā)射極連接到第二晶體管的發(fā)射極，第一晶體管的集電極連接到第三晶體管的發(fā)射極，第三晶體管的基極連接到第四晶體管的基極，第二晶體管的集電極連接到第四晶體管的發(fā)射極，第一無(wú)源元件電路包括設(shè)置在第一晶體管的基極和第四晶體管的集電極之間的第五電容，第二無(wú)源元件電路包括設(shè)置在第二晶體管的基極和第三晶體管的集電極之間的第六電容。
本發(fā)明的第二方面針對(duì)用于發(fā)送和接受無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的無(wú)線(xiàn)電電路，包括放大器、混頻器和振蕩器，并且至少放大器、混頻器和振蕩器的其中之一包括高頻差分電路，包括差分放大電路，用于放大輸入到第一和第二輸入端的兩個(gè)相互反相的輸入信號(hào)之間的電位差，并用于從第一和第二輸出端輸出兩個(gè)相互反相的輸出信號(hào)；連接在第一輸入端和第二輸出端之間的第一無(wú)源元件電路；以及連接在第二輸入端和第一輸出端之間的無(wú)源元件電路。
例如，放大器放大天線(xiàn)接收到的接收信號(hào)，振蕩器振蕩本地信號(hào)，混頻器使用從振蕩器輸出的本地信號(hào)來(lái)向下降頻由放大器放大的接收信號(hào)，并且放大器包括高頻差分電路。
這樣，可防止本地信號(hào)泄漏進(jìn)天線(xiàn)側(cè)。
例如，振蕩器振蕩本地信號(hào)，放大器放大從振蕩器輸出的本地信號(hào)，混頻器使用放大器放大的本地信號(hào)來(lái)向下降頻天線(xiàn)接收的接收信號(hào)，并且放大器包括高頻差分電路。
這樣，可防止接收到的大輸入信號(hào)流進(jìn)振蕩器。
例如，振蕩器振蕩本地信號(hào)，放大器放大從振蕩器輸出的本地信號(hào)，混頻器使用由放大器放大的本地信號(hào)來(lái)向上升頻IF信號(hào)，并且放大器包括高頻差分電路。
這樣，可防止電路內(nèi)反射的信號(hào)流進(jìn)振蕩器。
例如，振蕩器振蕩本地信號(hào)，混頻器使用從振蕩器輸出的本地信號(hào)來(lái)將IF信號(hào)向上升頻為RF信號(hào)，放大器放大從混頻器輸出的RF信號(hào)，并包括高頻差分電路。
這樣，可防止電路內(nèi)反射的信號(hào)正反饋到放大器，引起放大器的異常振蕩或故障。
例如，放大器放大天線(xiàn)接收到的接收信號(hào)，振蕩器振蕩本地信號(hào)，混頻器使用從振蕩器輸出的本地信號(hào)向下降頻由放大器放大的接收信號(hào)，并包括高頻差分電路。
可選擇地，放大器放大天線(xiàn)接收到的接收信號(hào)，振蕩器振蕩本地信號(hào)，混頻器使用從振蕩器輸出的本地信號(hào)來(lái)向下降頻由放大器放大的接收信號(hào)，并且振蕩器包括高頻差分電路。
另可選擇地，振蕩器振蕩本地信號(hào)，混頻器使用從振蕩器輸出的本地信號(hào)來(lái)將IF信號(hào)向上升頻到RF信號(hào)，放大器放大從混頻器輸出的RF信號(hào)，并且混頻器包括高頻差分電路。
還可選擇地，振蕩器振蕩本地信號(hào)，混頻器使用從振蕩器輸出的本地信號(hào)來(lái)將IF信號(hào)向上升頻到RF信號(hào)，放大器放大從混頻器輸出的RF信號(hào)，并且振蕩器包括高頻差分電路。
這樣，在本發(fā)明中，一個(gè)與由于晶體管的輸出和輸入之間存在的寄生電容而從差分電路的輸出端反饋到輸入端的反饋信號(hào)反相的信號(hào)被輸入到差分電路的輸入終端，從而抵消反饋信號(hào)。因此，能夠提供一種具有增強(qiáng)反向絕緣特性的差分放大器、差分混頻器和差分振蕩器，也可提供一種在其中引入了具有增強(qiáng)反向絕緣特性的差分放大器、差分混頻器和差分振蕩器的無(wú)線(xiàn)電電路。
結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的以下詳細(xì)描述，可以更清楚本發(fā)明的這些以及其它目標(biāo)、特點(diǎn)、方面以及優(yōu)點(diǎn)。
(4)


圖1是依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的共射共基型差分放大器的電路圖；圖2是用于解釋圖1所示的差分放大器的返回路徑的概念的結(jié)構(gòu)圖；圖3是顯示對(duì)圖1所示的差分放大器的反饋電容7a和7b的不同電容量所測(cè)得的反向絕緣(dB)和最大可用功率增益(dB)的曲線(xiàn)圖；圖4是基極接地的差分放大器的電路圖；圖5是用于解釋圖4所示的差分放大器的返回路徑的概念的結(jié)構(gòu)圖；圖6是依照本發(fā)明的第二實(shí)施例的共射共基型差分放大器的電路圖；圖7是顯示無(wú)源元件電路407a和407b的電路結(jié)構(gòu)的具體例圖；圖8是說(shuō)明晶體管1a的基極和晶體管2a的集電極之間存在的寄生電容、寄生電阻和寄生電感的圖；圖9是用于解釋圖6所示的差分放大器的返回路徑的概念的結(jié)構(gòu)圖；圖10是依照本發(fā)明的第三實(shí)施例的共射共基型差分放大器的電路圖；圖11是說(shuō)明無(wú)源元件電路807a和807b以及并聯(lián)共振電路808的電路結(jié)構(gòu)的具體例圖；圖12是用于解釋圖10所示的差分放大器的返回路徑的概念的結(jié)構(gòu)圖；圖13是說(shuō)明依照本發(fā)明的第四實(shí)施例的無(wú)線(xiàn)電電路結(jié)構(gòu)的圖；圖14是用于解釋當(dāng)依照第一到第三實(shí)施例之一的差分放大器用作本地放大器1208時(shí)所達(dá)到的效果的圖15是說(shuō)明依照本發(fā)明的第五實(shí)施例的無(wú)線(xiàn)電電路的結(jié)構(gòu)的圖；圖16是用于解釋當(dāng)功率放大器1212和/或激勵(lì)放大器1214由依照第一到第三實(shí)施例之一的差分放大器實(shí)現(xiàn)時(shí)所得到的效果的圖；圖17是依照本發(fā)明的第六實(shí)施例的差分下混頻器的電路圖；圖18是說(shuō)明包括共射共基放大器的差分混頻器的結(jié)構(gòu)的圖；圖19是依照本發(fā)明的第七實(shí)施例的差分振蕩器的電路圖；圖20是說(shuō)明包括共射共基放大器的差分振蕩器的結(jié)構(gòu)的圖；以及圖21是包括共射共基放大器的常規(guī)差分放大器的電路圖。
(5)具體實(shí)施方式
(第一實(shí)施例)圖1是依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的共射共基型差分放大器的電路圖。在圖1中，差分放大器包括晶體管1a和1b、晶體管2a和2b、電感3a和3b、偏壓源4、電感5a和5b、電感6、正源7、反饋電容7a和7b以及接地8。
晶體管1a和1b組成用于放大的差分對(duì)。相互反相的信號(hào)輸入到連接至晶體管1a的基極的端口1和連接到晶體管1b的基極的端口2。
晶體管2a的發(fā)射極連接到晶體管1a的集電極，由此形成了一個(gè)共射共基放大器。類(lèi)似地，晶體管2b的發(fā)射極連接到晶體管1b的集電極，由此形成了一個(gè)共射共基放大器。
電感5a和5b串聯(lián)地連接在晶體管1a和1b的發(fā)射極之間。電感6的一端連接在電感5a和5b之間。電感6的另一端連接至接地8。
晶體管2a和2b的基極連接在一起。偏壓源4連接在晶體管2a和2b的基極之間，以提供恒定偏壓。
電感3a和3b串聯(lián)地連接在晶體管2a和2b的集電極之間。正壓源7連接在電感3a和3b之間。在晶體管2a和電感3a之間連接的是端口4，它是輸出終端。連接在晶體管2b和電感3b之間的是端口3，它輸出終端。相互反相的信號(hào)從端口3和端口4輸出。
反饋電容7a連接在晶體管1b的基極和晶體管2a的集電極之間。反饋電容7a具有與在晶體管1b的輸入和晶體管2b的輸出之間存在的寄生電容的電容值相等的電容值。反饋電容7b連接在晶體管1a的基極和晶體管2b的集電極之間。電容7b具有與在晶體管1a的輸入和晶體管2a的輸出之間存在的寄生電容的電容值相等的電容值。特別地，設(shè)定反饋電容7a的電容值，以傳輸一個(gè)正相信號(hào)，使該信號(hào)具有足夠的強(qiáng)度來(lái)抵消由在晶體管1b的輸入和晶體管2b的輸出之間存在的寄生電容所引起的反饋信號(hào)。設(shè)定反饋電容7b的值，以傳輸一個(gè)正相信號(hào)，使該信號(hào)具有足夠的強(qiáng)度來(lái)抵消由在晶體管1a的輸入和晶體管2a的輸出之間存在的寄生電容所引起的反饋信號(hào)。
如果差分輸入信號(hào)輸入到組成用于放大的差分對(duì)的晶體管1a和1b的基極之間，該輸入信號(hào)被晶體管1a、1b、2a和2b放大。差分輸出信號(hào)從共射共基連接的晶體管2a和2b的集電極之間得到。
下面描述圖1所示的差分放大器能夠有效地增強(qiáng)反向絕緣特性的原因。
首先，討論關(guān)于從差分放大器的輸出終端輸出的信號(hào)被防止返回至輸入終端。向晶體管1a和2a的基極的輸入信號(hào)相互反相，因此從晶體管2a和2b的集電極的輸出信號(hào)也相互反相。
輸入到晶體管1a的基極的信號(hào)被放大，并從晶體管2a的集電極輸出。由于晶體管1a的輸入和晶體管2a的輸出之間存在著寄生電容，從晶體管2a的集電極輸出的信號(hào)被反饋到晶體管1a的基極。另一方面，從晶體管2b的集電極輸出的信號(hào)通過(guò)反饋電容7b輸入到晶體管1a的基極。從晶體管2a的集電極輸出的信號(hào)與從晶體管2b的集電極輸出的信號(hào)反相，因此反饋到晶體管1a的信號(hào)被通過(guò)反饋電容7b輸入到晶體管1a的基極的信號(hào)所抵消。
類(lèi)似地，輸入到晶體管1b的基極的信號(hào)被放大，并從晶體管2b的集電極輸出。由于在晶體管1b的輸入和晶體管2b的輸出之間存在著寄生電容，從晶體管2b的集電極輸出的信號(hào)被反饋到晶體管1b的基極。另一方面，從晶體管2a的集電極輸出的信號(hào)通過(guò)反饋電容7a輸入到晶體管1b的基極。從晶體管2a的集電極輸出的信號(hào)與從晶體管2b的集電極輸出的信號(hào)反相，因此反饋到晶體管1b的信號(hào)被通過(guò)反饋電阻7a輸入到晶體管1b的基極的信號(hào)所抵消。在這一方式下，在圖1所示差分放大器中，從晶體管2a和2b輸出的信號(hào)通過(guò)反饋電容分別輸入到晶體管1a和1b，用來(lái)抵消反饋信號(hào)。因此，能夠防止從差分放大器的輸出終端輸出的信號(hào)返回到輸入終端一邊。
接下來(lái)，考慮外部信號(hào)直接施加到差分放大器的輸出終端的情況。其中結(jié)合有差分放大器的無(wú)線(xiàn)電電路完全以差分模式運(yùn)作。因此，直接施加到差分放大器的輸出終端的信號(hào)是差分信號(hào)。如果差分信號(hào)從外部施加到端口4，則信號(hào)流入晶體管2a的集電極，并通過(guò)在晶體管1a的輸入和晶體管2a的輸出之間存在的寄生電容反饋到晶體管1a的基極。另一方面如果差分信號(hào)從外部施加到端口3，信號(hào)通過(guò)反饋電阻7b流過(guò)晶體管2b的集電極到晶體管1a的基極。因此，施加到晶體管2a和2b的相互反相的差分信號(hào)分量相互抵消。而且，由于在晶體管1b的輸入和晶體管2b的輸出之間存在的寄生電容，流到晶體管2b的集電極的信號(hào)反饋到晶體管1b的基極。另一方面，流到晶體管2a的集電極的信號(hào)通過(guò)反饋電容7a輸入到晶體管1b的基極。從而，施加到晶體管2b和2a的集電極的相互反相的差分信號(hào)分量相互抵消。因此，可防止直接施加到差分放大器的輸出終端的信號(hào)返回到輸入終端一邊。
從以上描述中可以理解，該差分放大器能夠有效地增強(qiáng)反向絕緣特性。
圖2是用于解釋圖1所示的差分放大器的返回路徑的概念的結(jié)構(gòu)圖。在圖2中，與圖1所示相同的元件用相同的標(biāo)記來(lái)表示。在圖2中，差分放大電路10包括晶體管1a、1b、2a和2b。差分放大電路10的端口1是作為晶體管1a的基極終端來(lái)服務(wù)的輸入終端。差分放大電路10的端口2是作為晶體管1b的基極終端來(lái)服務(wù)的輸入終端。差分放大電路10的端口3是作為晶體管2b的集電極終端來(lái)服務(wù)的輸出終端。差分放大電路10的端口4是作為晶體管2a的集電極終端來(lái)服務(wù)的輸出終端。反饋電容7a位于端口1和端口4之間。反饋電容7b位于端口2和端口3之間。
首先，討論關(guān)于如何防止從差分放大器的輸出終端輸出的信號(hào)返回到輸入終端一邊。相互反相的信號(hào)被輸入到差分放大電路10的端口1和端口2。相互反相的信號(hào)從差分放大電路10的端口3和端口4輸出。晶體管1a、1b、2a和2b包括倒相放大器，因此從端口3輸出的信號(hào)與輸入到端口1的信號(hào)反相。從端口3反饋到端口1的信號(hào)與施加到端口4的信號(hào)反相，并且施加到端口4的信號(hào)流過(guò)反饋電容7a到端口1，借此抵消了從端口3反饋到端口1的信號(hào)。類(lèi)似地，從端口4反饋到端口2的信號(hào)與施加到端口3的信號(hào)反相，并且施加到端口3的信號(hào)流過(guò)反饋電容7b到端口2，借此抵消了從端口4反饋到端口2的信號(hào)。
接下來(lái)，考慮外部信號(hào)直接施加到差分放大電路10的輸出終端的情況。這里，直接施加到差分放大電路的端口3和端口4的差分信號(hào)中包含的反相分量簡(jiǎn)單地描述為信號(hào)。從端口3通過(guò)寄生電容反饋到端口1的信號(hào)和從端口4通過(guò)反饋電容7a輸入到端口1的信號(hào)相互反相，因此直接施加到端口3的信號(hào)被從端口4通過(guò)反饋電容7a輸入到端口1的信號(hào)抵消。類(lèi)似地，從端口4通過(guò)寄生電容反饋到端口2的信號(hào)和從端口3通過(guò)反饋電容7b輸入到端口2的信號(hào)相互反相，因此直接施加到端口4的信號(hào)被從端口3通過(guò)反饋電容7b輸入到端口2的信號(hào)抵消。
圖3是顯示對(duì)圖1所示的差分放大器的反饋電容7a和7b的不同電容值所測(cè)得的反向絕緣(dB)和最大可用功率增益(MAG)(dB)的曲線(xiàn)圖。注意，測(cè)量是在5GHz的頻率下進(jìn)行的。在圖3中，橫坐標(biāo)表示對(duì)數(shù)的反饋電容7a和7b的電容值(pF)，左邊的縱坐標(biāo)表示反向絕緣(dB)，右邊的縱坐標(biāo)表示最大可用功率增益(dB)。
在測(cè)量中，反向絕緣在從差分輸出終端到差分輸入終端的差分信號(hào)的泄漏Sdd12的基礎(chǔ)上得到。由圖3可知，在差分放大器沒(méi)有包括反饋電容的情況下，反向絕緣約為-31.3dB(見(jiàn)0.007pF附近的電容值上的反向絕緣)。還可理解，如果差分放大器具有電容值在0.05pF到0.07pF范圍內(nèi)的反饋電容，則反向絕緣改善到約-45dB。在圖3中，盡管隨著反饋電容的電容值的增加，最大可用功率增益下降了大約0.5dB，這一下降不是什么實(shí)際問(wèn)題。
如上所述，在第一實(shí)施例中，與因寄生電容而反饋的反饋信號(hào)反相的信號(hào)通過(guò)反饋電容被輸入至輸入終端。因此，即使在高于數(shù)百M(fèi)Hz的高頻區(qū)段內(nèi)，反饋信號(hào)也被抵消，并且因此可以增強(qiáng)反向絕緣特性，借此可提供能夠?qū)ζ湓O(shè)定高截止頻率的差分放大器。當(dāng)這類(lèi)差分放大器用作RF放大器或者通信設(shè)備如移動(dòng)電話(huà)的本地放大器時(shí)，是非常有利的，并且能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的工業(yè)效果。
再者，在第一實(shí)施例中，電容位于共射共基放大器的輸出和輸入終端之間(即，端口1和端口3之間，以及端口2和端口4之間)。如上所述，共射共基放大器本質(zhì)上具有令人滿(mǎn)意的反向絕緣特性，因此端口1和端口4之間以及端口2和端口3之間的寄生電容較小。從而，可以為分別在端口1和端口3以及端口2和端口4之間提供的反饋電容7a和7b設(shè)定一個(gè)較小的電容值來(lái)抵消反饋信號(hào)。因此，本發(fā)明能夠提供小場(chǎng)強(qiáng)(small-footprint)差分放大器。
注意，只要輸入到第一和第二輸入終端的相互反相的兩個(gè)輸入信號(hào)之間的電位差被放大，并且兩個(gè)相互反相的合成輸出信號(hào)從第一和第二輸入終端輸出，差分放大電路10就不一定非要包括共射共基放大器。這類(lèi)不配置共射共基放大器的差分放大電路的一個(gè)示例是基極接地差分放大器。圖4是一個(gè)基極接地差分放大器的電路圖。圖5是用于解釋圖4所示的差分放大器的返回路徑的概念的結(jié)構(gòu)圖。在圖4中，晶體管11a和11b包括基極接地不倒相放大器10a。相互反相的差分輸入信號(hào)輸入至端口1和端口2。由于晶體管11a和11b包括不倒相放大器10a，差分輸入信號(hào)未倒相地從端口4和端口4輸出。從而，從端口3和端口4輸出的信號(hào)也相互反相。因此，從端口3反饋到端口1的信號(hào)與施加到端口4的信號(hào)反相，并且施加到端口4的信號(hào)流過(guò)反饋電容7a到端口1，從而抵消了從端口3反饋到1的信號(hào)。類(lèi)似地，從端口4反饋到端口2的信號(hào)與施加到端口3的信號(hào)反相，并且施加到端口3的信號(hào)流過(guò)反饋電容7b到端口2，從而抵消了從端口4反饋到端口2的信號(hào)。上述內(nèi)容同樣也可以用來(lái)描述外部差分信號(hào)直接輸入到端口3和端口4的情況。這樣，可以提供具有增強(qiáng)反向絕緣特性的差分放大器。
注意，從以上描述可以清楚，能夠抑制信號(hào)從輸入終端泄漏到輸出終端。
(第二實(shí)施例)圖6是依照本發(fā)明的第二實(shí)施例的共射共基差分放大器的電路圖。在圖6中，與依照第一實(shí)施例的差分放大器相似的元件用相同的標(biāo)記來(lái)表示，并省略對(duì)它們的詳細(xì)描述。從圖6可以清楚，依照第二實(shí)施例的差分放大器包括無(wú)源元件電路407a和407b，每一無(wú)源元件電路由無(wú)源元件如電容、電阻、電感等等組成，而未包括依照第一實(shí)施例的差分放大器中所包括的反饋電容。
圖7是顯示無(wú)源元件電路407a和407b的電路結(jié)構(gòu)的具體例圖。無(wú)源元件電路407a和407b的電路結(jié)構(gòu)是相同的，因此以下描述僅針對(duì)無(wú)源元件電路407a的電路結(jié)構(gòu)。
在圖7中，無(wú)源元件電路407a包括電容501、504a和504b，電阻502、505a和505b，以及電感503。電容501、電阻502和電感503串聯(lián)地連接在晶體管1b的基極和晶體管2a的集電極之間。電容504b和電阻505b并聯(lián)地連接在晶體管1b的基極和電容501之間。電阻505b的一端接地。電容504a和電阻505a并聯(lián)地連接在晶體管2a的集電極和電感503之間。電阻505a的一端接地。
圖8是說(shuō)明晶體管1a的基極和晶體管2a的集電極之間存在的寄生組件，如寄生電容、寄生電阻和寄生電感的圖。晶體管1b的基極和晶體管2b的集電極之間存在的寄生組件與圖8所說(shuō)明的組件相似，因此在圖中未示出。
在圖8中，晶體管1a的輸出和晶體管2a的輸出之間存在的寄生電容、寄生電阻602如導(dǎo)線(xiàn)以及寄生電感603如導(dǎo)線(xiàn)，串聯(lián)地連接在晶體管1a的基極和2a的集電極之間。再者，導(dǎo)線(xiàn)和硅基(silicone substrate)之間存在的寄生電容604a以及硅基上的寄生電阻605a并聯(lián)地連接在晶體管2a的集電極和寄生電容601之間。此外，導(dǎo)線(xiàn)和硅基之間存在的寄生電容604b以及硅基上的寄生電阻605b并聯(lián)地連接在晶體管1a的基極和寄生電感603之間。
從晶體管2a的集電極到晶體管1a的基極的無(wú)源元件電路用圖8所示的等效電路來(lái)表示。因此，在與圖8所示的等效電路等效的圖7所示的無(wú)源元件電路407a連接在晶體管2b的集電極和晶體管1a的基極之間的情況下，從晶體管2a的集電極到晶體管1a的基極的反饋信號(hào)與從晶體管2b的集電極輸入通過(guò)無(wú)源元件電路407a到晶體管1a的信號(hào)在振幅上相等并且相互反相。從而。抵消了從晶體管2a的集電極到晶體管1a的基極反饋信號(hào)。因此，可以提供具有增強(qiáng)反向絕緣特性的差分放大電路。
圖9是用于解釋圖6所示的差分放大器的返回路徑的概念的結(jié)構(gòu)圖。在圖9中，與圖6所示的差分放大器的元件類(lèi)似的元件用相同的標(biāo)記來(lái)表示。在圖9中，寄生元件電路407a連接在端口1和端口4之間，無(wú)源元件電路407b連接在端口2和端口3之間。
差分放大電路10的端口1和端口2接收振幅相等并相互反相的信號(hào)。差分放大電路10的端口3和端口4輸出振幅相等并相互反相的信號(hào)。從端口3反饋到端口1的信號(hào)與施加到端口4的信號(hào)在振幅上相等并相互反相，并且施加到端口4的信號(hào)通過(guò)無(wú)源元件電路407a輸入到端口1，借此抵消了從端口3反饋到端口1的信號(hào)。類(lèi)似地，從端口4反饋到端口2的信號(hào)與施加到端口3的信號(hào)在振幅上相等并相互反相，并且施加到端口3的信號(hào)通過(guò)無(wú)源407b輸入到端口2，借此抵消了從端口4反饋到端口2的信號(hào)。
如上所述，在依照第二實(shí)施例的差分放大器中，相對(duì)于通過(guò)寄生電容等反饋的反饋信號(hào)具有相等振幅且相反相位的信號(hào)通過(guò)無(wú)源元件電路輸入到差分放大器的輸入終端。因此，與依照第一實(shí)施例的通過(guò)反饋電容僅抵消特定頻帶內(nèi)的反饋信號(hào)的差分放大器不同，在依照第二實(shí)施例的差分放大器中，即使在高于幾百M(fèi)Hz的頻帶內(nèi)，也可以得到振幅相等且相互反相的差分信號(hào)，因此能夠抵消很大頻率范圍內(nèi)的反饋信號(hào)。從而，可以增強(qiáng)反向絕緣特性，借此可以提供能夠?qū)ζ湓O(shè)定高截止頻率的差分放大器。當(dāng)這類(lèi)差分放大器用作RF放大器或者通信裝置如移動(dòng)電話(huà)的本地放大器時(shí)，是非常有利的，并且能實(shí)現(xiàn)顯著的工業(yè)效果。
注意，即使使用圖8所示的電路的一部分，而不是使用無(wú)源元件電路407a或407b，也可以達(dá)到第二實(shí)施例所描述的相同的效果。
當(dāng)然，第二實(shí)施例中描述的無(wú)源電路也可以以圖4所示的不包括共射共基放大器的差分放大電路來(lái)提供。
(第三實(shí)施例)在RF放大器或者本地放大器中，有必要在有限的預(yù)定頻帶內(nèi)增強(qiáng)反向絕緣特性。因此，有必要提供一種電路以在有限頻帶內(nèi)控制無(wú)源元件電路的帶通振幅和相位特性，還有必要防止因有限頻帶之外的頻帶內(nèi)的正反饋而產(chǎn)生的異常振蕩。
圖10是依照本發(fā)明的第三實(shí)施例的共射共基差分放大器的電路圖。在圖10中，與依照第一實(shí)施例的差分放大器的元件類(lèi)似的元件用相同的標(biāo)記來(lái)表示，并因此省略了對(duì)它們的描述。從圖10可以清楚，在第三實(shí)施例中，使用了由電容和電阻組成的無(wú)源元件電路807a和807b以及由電容和電感組成的并聯(lián)共振電路，而不是使用第一實(shí)施例中描述的反饋電容。
圖11是說(shuō)明無(wú)源元件電路807a和807b以及并聯(lián)共振電路808的電路結(jié)構(gòu)的具體示例圖。在圖11中，無(wú)源元件電路807a包括相互串聯(lián)連接的電容912a和電阻911a，無(wú)源元件電路807b包括相互串聯(lián)連接的電容912b和電阻911b，并聯(lián)共振電路808包括相互并聯(lián)連接的電容913和電感914。并聯(lián)共振電路808的一端連接在電容912a和電阻911a之間，其另一端連接在電容912b和電阻911b之間。
并聯(lián)共振電路808的共振頻率設(shè)定在需要增強(qiáng)反向絕緣特性的預(yù)定頻帶范圍之內(nèi)。因此，并聯(lián)共振電路808在需要增強(qiáng)反向絕緣特性的預(yù)定頻帶內(nèi)基本上具有開(kāi)路阻抗，并且在其它頻帶內(nèi)基本上具有短路阻抗。從而，與并聯(lián)共振電路808的輸入和輸出之間的阻抗相比，并聯(lián)共振電路808的阻抗在預(yù)定頻帶內(nèi)為高阻抗，在其它頻帶內(nèi)為低阻抗。
因此，在需要增強(qiáng)反向絕緣特性的預(yù)定頻帶內(nèi)，施加到晶體管2b的集電極的信號(hào)被反饋到晶體管1a的基極，并且施加到晶體管2a的集電極的信號(hào)被反饋到晶體管1b的基極，借此增強(qiáng)了反向絕緣特性。
另一方面，在非預(yù)定頻帶的頻帶內(nèi)，沒(méi)有信號(hào)通過(guò)無(wú)源元件電路807a和807b反饋。而且，電阻911a和911b中的每一個(gè)都用作阻尼電阻，借此避免了因正反饋而出現(xiàn)的異常振蕩。
圖12是用于解釋圖10所示的差分放大器的返回路徑的概念的結(jié)構(gòu)圖。在圖12中，與圖10所示的差分放大器的元件相似的元件用相同的標(biāo)記來(lái)表示。在圖12中，無(wú)源元件電路807a連接在端口1和端口4之間。無(wú)源元件電路807b連接在端口2和端口3之間。并聯(lián)共振電路808連接在無(wú)源元件電路807a和807b之間。
如上所述，在第三實(shí)施例中，可僅抵消有限預(yù)定頻率范圍內(nèi)的反饋信號(hào)，由此防止了在預(yù)定頻率范圍以外的頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)的異常振蕩。
注意，盡管第三實(shí)施例是針對(duì)使用并聯(lián)共振電路的情況來(lái)描述的，本發(fā)明并非局限于此?？梢圆捎萌魏螣o(wú)源元件電路，只要它在需要增強(qiáng)反向絕緣特性的頻帶內(nèi)具有開(kāi)路阻抗，并且在其它頻帶內(nèi)具有短路阻抗。
注意，盡管第三實(shí)施例是針對(duì)電感連接到晶體管2a和2b中的每一個(gè)的情況來(lái)描述的，也可以通過(guò)連接電阻而不是連接電感來(lái)達(dá)到相同的效果。
注意，盡管第三實(shí)施例是針對(duì)使用雙極型晶體管的情況來(lái)描述的，也可以使用MOSFET來(lái)達(dá)到相同的效果。
注意，不言而喻的是，第三實(shí)施例中描述的電路可以用圖4所示的不包括共射共基放大器的差分放大電路來(lái)提供。
(第四實(shí)施例)圖13是說(shuō)明依照本發(fā)明的第四實(shí)施例的無(wú)線(xiàn)電電路的結(jié)構(gòu)的圖。在圖13中，無(wú)線(xiàn)電電路包括天線(xiàn)1201、雙工器1202、低噪聲放大器(LNA)1203、帶通濾波器1204、下混頻器1207、本地放大器1208以及振蕩器1209。
天線(xiàn)1201接收的信號(hào)通過(guò)雙工器1202輸入到LNA 1203。LNA 1203放大并通過(guò)帶通濾波器1204輸出接收信號(hào)到下混頻器1205。下混頻器使用從振蕩器1209輸出并被本地放大器1208放大的本地信號(hào)，向下降頻從LNA 1203輸出的放大信號(hào)，而得到的信號(hào)通過(guò)帶通濾波器1206輸入到解調(diào)器1206。
在第四實(shí)施例中，依照第一到第三實(shí)施例的其中之一的差分放大器被用作LNA 1203。
如圖13所示的從下混頻器1205泄漏的本地信號(hào)流向LNA 1203的輸出。LNA 1203具有高反向絕緣特性，因此防止了泄漏的本地信號(hào)返回到LNA 1203的輸入。從而，可降低從天線(xiàn)1201再輻射出的泄漏本地信號(hào)的電平。
注意，可以使用依照第一到第三實(shí)施例的其中之一的差分放大器作為本地放大器1208。圖14是用于解釋當(dāng)使用依照第一到第三實(shí)施例的其中之一的差分放大器作為本地放大器1208時(shí)所得到的效果的圖。
如圖14所示的天線(xiàn)1201接收到的大輸入信號(hào)從下混頻器1205向本地放大器1208泄漏。本地放大器1208具有高反向絕緣特性，因此防止了泄漏的信號(hào)反饋到本地放大器1208的輸入端。從而，可降低輸入到振蕩器1209的大輸入信號(hào)的電平，借此可最大限度地降低將因大輸入信號(hào)輸入到振蕩器1209而引起的振蕩器的噪聲特性的惡化。
(第五實(shí)施例)圖15是說(shuō)明依照本發(fā)明的第五實(shí)施例的無(wú)線(xiàn)電電路的結(jié)構(gòu)的圖。在圖15中，無(wú)線(xiàn)電電路包括天線(xiàn)1201、雙工器1202、接收電路1211、功率放大器1212、帶通濾波器1213、激勵(lì)放大器1214、上混頻器1215、低通濾波器1216、編碼器1217、緩沖放大器1218以及振蕩器1219。
從振蕩器1219輸出的本地信號(hào)由緩沖放大器1218放大并輸入到上混頻器1215。上混頻器1215上變頻通過(guò)低通濾波器1216從編碼器1217接收的IF信號(hào)。上變頻后的信號(hào)由激勵(lì)放大器1214放大，流過(guò)帶通濾波器1213到功率放大器1212，并進(jìn)一步由功率放大器1212放大。放大的信號(hào)流過(guò)雙工器1202，并從天線(xiàn)1201輸出。
在常規(guī)放大器用作緩沖放大器1218的情況下，可能會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題。從上混頻器1215輸出的RF信號(hào)的一部分在激勵(lì)放大器1214的輸入處反射。反射的部分通過(guò)上混頻器1215從RF輸出終端泄漏到LO輸入終端，并進(jìn)一步流過(guò)緩沖放大器1218到振蕩器1219。這一信號(hào)惡化了從振蕩器輸出的本地信號(hào)的噪聲特性，導(dǎo)致調(diào)制從發(fā)射電路輸出的信號(hào)的調(diào)制精確度的惡化。而且，從振蕩器1219輸出的信號(hào)的噪聲特性的惡化會(huì)導(dǎo)致從發(fā)射電路輸出的信號(hào)的帶外噪聲特性的惡化，使得來(lái)自天線(xiàn)1202的不良輻射超標(biāo)。
因此，在第五實(shí)施例中，使用依照第一到第三實(shí)施例的其中之一的差分放大器作為緩沖放大器1218。
緩沖放大器1218具有高反向絕緣特性，因此防止了如圖15所示從激勵(lì)放大器1214反射的信號(hào)返回到緩沖放大器1218的輸入端。從而，可以降低向振蕩器1219的RF信號(hào)泄漏，借此可以降低振蕩器1219的噪聲特性的惡化。
注意，功率放大器1212和/或激勵(lì)放大器可以由依照第一到第三實(shí)施例的其中之一的差分放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖16是用于解釋當(dāng)功率放大器1212和/或激勵(lì)放大器1214由依照第一到第三實(shí)施例的其中之一的差分放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)所獲得的效果的圖。
如果從功率放大器1212輸出的RF信號(hào)從雙工器1202反射，并正反饋到功率放大器1212的輸入，可能會(huì)引起功率放大器1212的異常振蕩或故障。因此，使用依照第一到第三實(shí)施例的其中之一的差分放大器作為功率放大器1212和/或激勵(lì)放大器1214。結(jié)果，正反饋的RF信號(hào)被功率放大器1212和/或激勵(lì)放大器1214放大，但被反饋電容的作用抵消。從而，可以提供無(wú)異常振蕩和故障的發(fā)射電路。
(第六實(shí)施例)圖17是依照本發(fā)明的第六實(shí)施例的差分下混頻器的電路圖。在圖17中，差分下混頻器包括晶體管1301、1302、1303、1304、1305和1306，反饋電容1307和1308，以及電阻1310和1311。
晶體管1301和1302的發(fā)射極連接在一起并接地。晶體管1301的集電極通過(guò)反饋電容1308連接到晶體管1302的基極。晶體管1301的集電極也連接到晶體管1303和1304的發(fā)射極。晶體管1301的基極通過(guò)反饋電容1307連接到晶體管1302的集電極。晶體管1302的集電極連接到晶體管1305和1306的發(fā)射極。晶體管1301和1302的基極連接到RF信號(hào)輸入終端RFIN。
晶體管1303和1306的基極一起連接到本地信號(hào)輸入終端LOIN。晶體管1304和1305的基極一起連接到本地信號(hào)輸入終端LOIN。晶體管1303和1305的集電極通過(guò)電阻1310一起連接到功率源電壓Vcc，并連接到IF信號(hào)輸出終端IFOUT。晶體管1304和1306的集電極通過(guò)電阻1311一起連接到功率源電壓Vcc，并連接到IF信號(hào)輸出終端IFOUT。
例如，如圖13所示由天線(xiàn)1201接收的信號(hào)輸入到RF信號(hào)輸入終端RFIN，并且從振蕩器1209輸出的本地信號(hào)輸入到本地信號(hào)輸入終端LOIN。結(jié)果，具有與這些信號(hào)之間的差異相應(yīng)的頻率的信號(hào)從IF信號(hào)輸出終端IFOUT輸出。
在圖17所示的電路結(jié)構(gòu)中，盡管本地信號(hào)的差分分量通過(guò)晶體管1301和1302的寄生電容反饋，但是，反饋信號(hào)中包含的反相分量被反饋電容1307和1309的作用抵消。因此，降低了泄漏進(jìn)RF信號(hào)輸入終端一邊的本地信號(hào)的電平。結(jié)果，降低了從天線(xiàn)再輻射的本地信號(hào)的電平。
注意，盡管圖17所示的電路結(jié)構(gòu)使用了包括晶體管1301和1302的發(fā)射極接地差分電路，本發(fā)明并非局限于此?？梢允褂萌我獠罘蛛娐?，只要提供了反饋電容來(lái)抵消反饋信號(hào)中包含的反相分量。圖18是說(shuō)明包括共射共基放大器的差分混頻器的結(jié)構(gòu)的圖。在圖18中，與圖17所示的元件相似的元件用相同的參考數(shù)字來(lái)表示。從圖18可以清楚，使用了共射共基連接的晶體管1301a和1301b，以及共射共基連接的晶體管1302a和1302b。晶體管1301a的基極通過(guò)反饋電容1307連接到晶體管1302b的集電極，并且晶體管1302a的基極通過(guò)反饋電容1308連接到晶體管1301b的集電極。這抵消了泄漏進(jìn)共射共基放大器輸出端的本地信號(hào)中包含的反相分量，因此降低了向RF信號(hào)輸入終端泄漏的本地信號(hào)的電平。結(jié)果，降低了從天線(xiàn)再輻射的本地信號(hào)的電平。而且，可以通過(guò)采用圖18所示的電路結(jié)構(gòu)來(lái)降低反饋電容的電容量，借此可以降低差分混頻器的場(chǎng)強(qiáng)(footprint)。
注意，圖17或18所示的差分放大器可以用作差分上混頻器。
再者，圖17或18所示的差分放大器可以用作圖13和14所示的下混頻器1205。
此外，圖17或18所示的差分下混頻器可以用作圖15和16所示的上差分混頻器。
(第七實(shí)施例)圖19是依照本發(fā)明的第七實(shí)施例的差分振蕩器的電路圖。在圖19中，差分振蕩器包括恒流源1401、FET 1402a和1402b、電容1403a和1403b、電感1404a和1404b、電容1405a和1405b、晶體管1406a和1406b、反饋電容1407a和1407b、電感1408a和1408b以及電容1409a和1409b。
FET 1402a的柵極連接到FET 1402b的漏極。FET 1402a和1402b的源極連接在一起并通過(guò)恒流源1401接地。FET 1402a的漏極連接到FET 1402b的源極。連接在FET 1042a和1402b之間的是串聯(lián)連接的電容1403a和1403b，以及串聯(lián)連接的電感1404a和1404b。連接在電感1404a和1404b之間的是晶體管1406a和1406b的發(fā)射極。晶體管1406a的基極通過(guò)電容1405a連接到FET1402a的漏極。晶體管1406a的基極也通過(guò)反饋電容1407a連接到晶體管1406b的集電極。晶體管1406b的基極通過(guò)電容1405b連接到FET 1402b的漏極。晶體管1406b的基極也通過(guò)反饋電容1407連接到晶體管1406a的集電極。連接在晶體管1406a和1406b的集電極之間的是串聯(lián)連接的電感1408a和1408b。晶體管1406a的集電極通過(guò)電容1409b連接到輸出終端OUT2。晶體管1406b的集電極通過(guò)電容1409a連接到輸出終端OUT1。連接在電感1408a和1408b之間的是功率源電壓Vcc。
差分振蕩電路由FET 1402a和1402b、電容1403a和1403b以及電感1404a和1404b組成。
FET 1402a產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)電容1405a輸入到晶體管1406a的基極。類(lèi)似地，F(xiàn)ET 1402b產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)電容1405b輸入到晶體管1406b的基極。從晶體管1406a的集電極輸出的信號(hào)流過(guò)電容1409a到輸出終端OUT1。類(lèi)似地，從晶體管1406b的集電極輸出的信號(hào)流過(guò)電容1409b到輸出終端OUT2。
在圖19所示的電路結(jié)構(gòu)中，從輸出終端OUT1和OUT2輸入的差分干擾信號(hào)被晶體管1406a和1406b的寄生電容反饋。然而，差分干擾信號(hào)中包含的反相分量被反饋電容1407a和1407b的作用抵消。因此可以防止差分干擾信號(hào)泄漏進(jìn)FET 1402a和1402b，借此可以避免差分振蕩器的噪聲特性的惡化。
注意，實(shí)現(xiàn)放大功能的晶體管連接并不局限于圖19所示的。圖20是說(shuō)明包含共射共基放大器的差分振蕩器的結(jié)構(gòu)的圖。在圖20中，與圖19所示的元件類(lèi)似的元件用相同的標(biāo)記來(lái)表示。從圖20可以清楚，采用了共射共基連接的晶體管1401c和1401d，以及共射共基連接的1402c和1402d。晶體管1401c的基極通過(guò)反饋電容1407a連接到晶體管1402d的集電極，并且晶體管1402c的基極通過(guò)反饋電容1407b連接到晶體管1401d的集電極。這導(dǎo)致從輸出終端OUT1和OUT2輸入的差分干擾信號(hào)通過(guò)晶體管1401c、1401d、1402c和1402d的寄生電容被反饋。然而，差分干擾信號(hào)中包含的反相分量被反饋電容1407a和1407b的作用抵消。因此，可以避免干擾信號(hào)泄漏進(jìn)晶體管1402a和1402b，借此可以避免差分振蕩器的噪聲特性的惡化。而且，通過(guò)采用圖20所示的電路結(jié)構(gòu)，可以降低反饋電容的電容量，因此可以降低差分振蕩器的場(chǎng)強(qiáng)(footprint)。
注意，如上所述的差分振蕩器可以用作圖13或圖14所示的振蕩器1209，或者可以用作圖15或圖16所示的振蕩器1219。
注意，第一到第三、第六和第七實(shí)施例中描述的差分混頻器和差分振蕩器具有包括高頻差分電路的共性，它包括差分放大電路，用于放大輸入到第一和第二輸入終端的兩個(gè)相互反相的輸入信號(hào)之間的電位差，并用于從第一和第二輸出終端輸出兩個(gè)相互反相的輸出信號(hào)；連接在第一輸入終端和第二輸出終端之間的第一無(wú)源元件電路；連接在第二輸入終端和第一輸出終端之間的第二無(wú)源元件電路。這類(lèi)高頻差分電路具有高反向絕緣特性。
如上所述，本發(fā)明提供了高頻差分電路，以及使用該電路的差分放大器、差分混頻器、差分振蕩器和無(wú)線(xiàn)電電路，它們統(tǒng)統(tǒng)都具有令人滿(mǎn)意的反向絕緣特性，并且當(dāng)用在例如無(wú)線(xiàn)電通信的領(lǐng)域時(shí)是有利的。
盡管詳細(xì)描述了本發(fā)明，但以上描述不論在哪個(gè)方面都是說(shuō)明性的，而非限制的。可以理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以作出許多其它改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種依照兩信號(hào)間的電位差來(lái)運(yùn)作的高頻差分電路，其特征在于，所述電路包括差分放大電路(10)，用于放大輸入到第一和第二輸入端的兩個(gè)相互反相的輸入信號(hào)之間的電位差，并用于從第一和第二輸出端輸出兩個(gè)相互反相的輸出信號(hào)；連接在第一輸入端和第二輸出端之間的第一無(wú)源元件電路(7a)；以及連接在第二輸入端和第一輸出端之間的第二無(wú)源元件電路(7b)。
2.如權(quán)利要求1所述的高頻差分電路，其特征在于，所述差分放大電路包括兩個(gè)共射共基放大器(1a、1b、2a和2b)。
3.如權(quán)利要求1所述的高頻差分電路，其特征在于，所述第一和第二無(wú)源元件電路是電容器(7a和7b)。
4.如權(quán)利要求3所述的高頻差分電路，其特征在于，所述每一電容的電容量被設(shè)定成得以傳輸一正相信號(hào)，該信號(hào)具有足夠的強(qiáng)度來(lái)抵消因包括在差分放大電路中的晶體管的輸入和輸出之間存在的寄生電容而出現(xiàn)的反饋信號(hào)。
5.如權(quán)利要求3所述的高頻差分電路，其特征在于，所述每一電容的電容量等于差分放大電路中包括的晶體管的輸入和輸出之間存在的寄生電容。
6.如權(quán)利要求1所述的高頻差分電路，其特征在于，所述第一無(wú)源元件電路等效于由第一輸入端和第一輸出端之間存在的寄生組件(601-603、604a、604b、605a和605b)組成的等效電路，并且其中，所述第二無(wú)源元件電路等效于由第二輸入端和第二輸出端之間存在的寄生組件組成的等效電路。
7.如權(quán)利要求1所述的高頻差分電路，其特征在于，所述第一無(wú)源元件電路等效于由第一輸入端和第一輸出端之間存在的寄生組件(601-603、604a、604b、605a和605b)組成的等效電路的一部分，并且其中，所述第二無(wú)源元件電路等效于由第二輸入端和第二輸出端之間存在的寄生組件組成的等效電路的一部分。
8.如權(quán)利要求1所述的高頻差分電路，其特征在于，它還包括連接在所述第一和第二無(wú)源元件電路之間的第三無(wú)源元件電路(808)。
9.如權(quán)利8所述的高頻差分電路，其特征在于，與所述高頻差分電路的輸入和輸出之間的阻抗相比，所述第三無(wú)源元件電路在預(yù)定頻帶內(nèi)為高阻抗，在其它頻帶內(nèi)為低阻抗。
10.如權(quán)利要求8所述的高頻差分電路，其特征在于，所述第三無(wú)源元件電路是并聯(lián)電路，其中電感(914)和電容(918)并聯(lián)連接。
11.如權(quán)利要求1所述的高頻差分電路，其特征在于，所述差分放大電路包括第一、第二、第三和第四晶體管(1a、1b、2a和2b)，其中，所述第一晶體管(1a)的發(fā)射極連接到所述第二晶體管(1b)的發(fā)射極，其中，所述第一晶體管的集電極連接到所述第三晶體管(2a)的發(fā)射極，其中，所述第三晶體管的基極連接到所述第四晶體管(2b)的基極，其中，所述第二晶體管的集電極連接到所述第四晶體管的發(fā)射極，其中，所述第一無(wú)源元件電路包括設(shè)置在所述第一晶體管的基極和所述第四晶體管的集電極之間的第一電容(7b)，并且其中，所述第二無(wú)源元件電路包括設(shè)置在所述第二晶體管的基極和所述第三晶體管的集電極之間的第二電容(7a)。
12.如權(quán)利要求1所述的高頻差分電路，其特征在于，所述差分放大電路包括第一和第二晶體管(11a和11b)，其中，所述第一晶體管(11a)的基極連接到所述第二晶體管(11b)的基極，其中，所述第一無(wú)源元件電路包括設(shè)置在所述第一晶體管的發(fā)射極和所述第二晶體管的集電極之間的第一電容器(7b)，并且其中，所述第二無(wú)源元件電路包括設(shè)置在所述第二晶體管的發(fā)射極和所述第一晶體管的集電極之間的第二電容器(7a)。
13.如權(quán)利要求1所述的高頻差分電路，其特征在于，它還包括其發(fā)射極連接到所述差分放大電路的第一輸出端的第一晶體管對(duì)(1303和1304)；以及其發(fā)射極連接到所述差分放大電路的第二輸出端的第二晶體管對(duì)(1305和1306)，其中，所述高頻差分電路用作差分混頻器。
14.如權(quán)利要求13所述的高頻差分電路，其特征在于，所述差分放大電路包括其發(fā)射極連接在一起的第一和第二晶體管(1301和1302)，其中，所述第一晶體管對(duì)由其發(fā)射極連接在一起的第三和第四晶體管(1303和1304)組成，其中，所述第二晶體管對(duì)由其發(fā)射極連接在一起的第五和第六晶體管(1305和1306)組成，其中，所述第一晶體管的集電極連接到所述第三和第四晶體管的發(fā)射極，其中，所述第二晶體管的集電極連接到所述第五和第六晶體管的發(fā)射極，其中，所述第三和第六晶體管的基極連接在一起，其中，所述第四和第五晶體管的基極連接在一起，其中，所述第三和第五晶體管的集電極連接在一起，其中，所述第四和第六晶體管的集電極連接在一起，其中，所述第一無(wú)源元件電路包括設(shè)置在所述第一晶體管的集電極和所述第二晶體管的基極之間的第一電容器(1308)，并且其中，所述第二無(wú)源元件電路包括設(shè)置在所述第二晶體管的集電極和所述第一晶體管的基極之間的第二電容器(1307)。
15.如權(quán)利要求13所述的高頻差分電路，其特征在于，所述差分放大電路包括第一、第二、第三和第四晶體管(1301a、1302a、1301b和1302b)，其中，所述第一晶體管對(duì)由其發(fā)射極連接在一起的第五和第六晶體管(1303和1304)組成，其中，所述第二晶體管對(duì)由其發(fā)射極連接在一起的第七和第八晶體管(1305和1306)組成，其中，所述第一晶體管(1301a)的發(fā)射極連接到所述第二晶體管(1302a)的發(fā)射極，其中，所述第一晶體管的集電極連接到所述第三晶體管(1301b)的發(fā)射極，其中，所述第三晶體管的基極連接到所述第四晶體管(1302b)的基極，其中，所述第二晶體管的集電極連接到第四晶體管的發(fā)射極，其中，所述第三晶體管的集電極連接到所述第五和第六晶體管的發(fā)射極，其中，所述第四晶體管的集電極連接到所述第七和第八晶體管的發(fā)射極，其中，所述第五和第八晶體管的基極連接在一起，其中，所述第六和第七晶體管的基極連接在一起，其中，所述第五和第七晶體管的集電極連接在一起，其中，所述第六和第八晶體管的集電極連接在一起，其中，所述第一無(wú)源元件電路包括設(shè)置在所述第一晶體管的基極和所述第四晶體管的集電極之間的第一電容器(1307)，并且其中，所述第二無(wú)源元件電路包括設(shè)置在所述第二晶體管的基極和所述第三晶體管的集電極之間的第二電容器(1308)。
16.如權(quán)利要求1所述的高頻差分電路，其特征在于，它還步包括連接在所述差分放大電路的第一和第二輸入端之間的差分振蕩電路(1402a、1402b、1403a、1403b、1404a和1404b)，所述差分振蕩電路通過(guò)第一電容(1405a)連接到所述第一輸入端，并通過(guò)第二電容(1405b)連接到所述第二輸入端，其中，所述高頻差分電路用作差分振蕩器。
17.如權(quán)利要求16所述的高頻差分電路，其特征在于，所述差分放大電路包括其發(fā)射極連接在一起的第一和第二晶體管(1406a和1406b)，其中，所述差分振蕩電路包括第一FET(1402a)、第二FET(1402b)、第三電容(1403a)、第四電容(1403b)、第一電感(1404a)以及第二電感(1404b)，其中，所述第一FET的漏極連接到所述第二FET的柵極，其中，所述第二FET的漏極連接到所述第一FET的柵極，其中，所述第二和第三電容器串聯(lián)地連接在所述第一和第二FET的漏極之間，其中，所述第一和第二電感串聯(lián)地連接在所述第一和第二FET的漏極之間，其中，所述第一FET的漏極通過(guò)第一電容(1405a)連接到所述第一晶體管的基極，其中，所述第二FET的漏極通過(guò)第二電容(1405b)連接到所述第二晶體管的基極，其中，所述第一無(wú)源元件電路包括設(shè)置在所述第一晶體管的集電極和所述第二晶體管的基極之間的第五電容器(1407b)，并且其中，所述第二無(wú)源元件電路包括設(shè)置在所述第二晶體管的集電極和所述第一晶體管的基極之間的第六電容器(1407a)。
18.如權(quán)利要求16所述的高頻差分電路，其特征在于，所述差分放大電路包括第一、第二、第三和第四晶體管(1401c、1402c、1401d和1402d)，其中，所述差分振蕩電路包括第一FET(1402a)、第二FET(1402b)、第三電容(1403a)、第四電容(1403b)、第一電感(1404a)和第二電感(1404b)，其中，所述第一FET的漏極連接到所述第二FET的柵極，其中，所述第二FET的漏極連接到所述第一FET的柵極，其中，所述第二和第三電容串聯(lián)地連接在所述第一和第二FET的漏極之間，其中，所述第一和第二電感串聯(lián)地連接在所述第一和第二FET的漏極之間，其中，所述第一FET的漏極通過(guò)第一電容(1405a)連接到所述第一晶體管(1401c)的基極，其中，所述第二FET的漏極通過(guò)第二電容(1405b)連接到所述第二晶體管(1402c)的基極，其中，所述第一晶體管的發(fā)射極連接到所述第二晶體管的發(fā)射極其中，所述第一晶體管的集電極連接到所述第三晶體管(1401d)的發(fā)射極，其中，所述第三晶體管的基極連接到所述第四晶體管(1402d)的基極，其中，所述第二晶體管的集電極連接到所述第四晶體管的發(fā)射極，其中，所述第一無(wú)源元件電路包括設(shè)置在所述第一晶體管的基極和所述第四晶體管的集電極之間的第五電容(1407a)，并且其中，所述第二無(wú)源元件電路包括設(shè)置在所述第二晶體管的基極和所述第三晶體管的集電極之間的第六電容(1407b)。
19.一種用于發(fā)送并接收無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的無(wú)線(xiàn)電電路，包括放大器(1203、1208、1212、1214或1218)、混頻器(1205或1215)以及振蕩器(1209或1219)，其中，所述放大器、混頻器和振蕩器中的至少一個(gè)包括高頻差分電路，包括差分放大電路，用于放大輸入到第一和第二輸入端的兩個(gè)相互反相的輸入信號(hào)之間的電位差，并用于從第一和第二輸出端輸出兩個(gè)相互反相的輸出信號(hào)；連接在第一輸入端和第二輸出端之間的第一無(wú)源元件電路；以及連接在第二輸入端和第一輸出端之間的第二無(wú)源元件電路。
20.如權(quán)利要求19所述的無(wú)線(xiàn)電電路，其特征在于，所述放大器(1203)放大由天線(xiàn)所接收的接收信號(hào)，其中，所述振蕩器(1209)振蕩本地信號(hào)，其中，所述混頻器(1205)使用從所述振蕩器輸出的本地信號(hào)以下降頻由所述放大器放大的接收信號(hào)，并且其中，所述放大器包括所述高頻差分電路。
21.如權(quán)利要求19所述的無(wú)線(xiàn)電電路，其特征在于，其中，所述振蕩器(1209)振蕩本地信號(hào)，其中，所述放大器(1208)放大從所述振蕩器輸出的本地信號(hào)，其中，所述混頻器使用由所述放大器放大的本地信號(hào)以下降頻由天線(xiàn)接收的接收信號(hào)，并且其中，所述放大器包括所述高頻差分電路。
22.如權(quán)利要求19所述的無(wú)線(xiàn)電電路，其特征在于，所述振蕩器(1219)振蕩本地信號(hào)，其中，所述放大器(1218)放大從所述振蕩器輸出的本地信號(hào)，其中，所述混頻器(1215)使用由所述放大器放大的本地信號(hào)以上升頻IF信號(hào)，并且其中，所述放大器包括所述高頻差分電路。
23.如權(quán)利要求19所述的無(wú)線(xiàn)電電路，其特征在于，其中，所述振蕩器(1219)振蕩本地信號(hào)，其中，所述混頻器(1215)使用從所述振蕩器輸出的本地信號(hào)以將IF信號(hào)上升頻為RF信號(hào)，其中，所述放大器(1212或1214)放大從所述混頻器的輸出RF信號(hào)，并包括所述高頻差分電路。
24.如權(quán)利要求19所述的無(wú)線(xiàn)電電路，其特征在于，其中，所述放大器(1203)放大由天線(xiàn)接收的接收信號(hào)，其中，所述振蕩器(1209)振蕩本地信號(hào)，并且其中，所述混頻器使用從所述振蕩器輸出的本地信號(hào)以下降頻由所述放大器放大的接收信號(hào)，并包括所述高頻差分電路。
25.如權(quán)利要求19所述的無(wú)線(xiàn)電電路，其特征在于，所述放大器(1203)放大由天線(xiàn)接收的接收信號(hào)，其中，所述振蕩器(1209)振蕩本地信號(hào)，其中，所述混頻器(1205)使用從所述振蕩器輸出的本地信號(hào)以下降頻由所述放大器放大的接收信號(hào)，并且其中，所述振蕩器包括所述高頻差分電路。
26.如權(quán)利要求19所述的無(wú)線(xiàn)電電路，其特征在于，其中，所述振蕩器(1219)振蕩本地信號(hào)，其中，所述混頻器(1215)使用從所述振蕩器輸出的本地信號(hào)以將IF信號(hào)向上升頻為RF信號(hào)，其中，所述放大器(1212或1214)放大從所述混頻器輸出的RF信號(hào)，并且其中，所述混頻器包括所述高頻差分電路。
27.如權(quán)利要求19所述的無(wú)線(xiàn)電電路，其特征在于，其中，所述振蕩器(1219)振蕩本地信號(hào)，其中，所述混頻器(1215)使用從所述振蕩器輸出的本地信號(hào)以將IF信號(hào)向上升頻為RF信號(hào)，其中，所述放大器(1212或1214)放大從所述混頻器輸出的RF信號(hào)，并且其中，所述振蕩器包括所述高頻差分電路。
全文摘要
為了增強(qiáng)用作例如RF放大器或移動(dòng)電話(huà)的本地放大器的差分放大器的反向絕緣特性，本發(fā)明提供了一種差分放大器，它包括差分放大電路10，用于放大輸入到端口1和端口2的兩個(gè)相互反相的輸入信號(hào)之間的電位差，并用于從端口3和端口4輸出兩個(gè)相互反相的輸出信號(hào)；連接在端口1和端口4之間的反饋電容7a；以及連接在端口2和端口3之間的反饋電容7b。用于抵消反饋信號(hào)的信號(hào)被分別通過(guò)反饋電容7a和7b輸入到輸入終端，借此可以增強(qiáng)差分放大器的反向絕緣特性。
文檔編號(hào)H03F3/45GK1574612SQ200410045640
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月22日
發(fā)明者中谷俊文, 足立壽史 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社