專利名稱：具有集成式濾波器的放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來(lái)說(shuō)涉及電路，且更具體來(lái)說(shuō)涉及放大器。
背景技術(shù)：
通常將放大器用于各種電子裝置中以提供信號(hào)放大。不同類型的放大器可用于不同 用途。舉例來(lái)說(shuō)，無(wú)線裝置(例如蜂窩式電話)可包括用于雙向通信的發(fā)射器及接收器。 所述發(fā)射器可利用功率放大器(PA)，所述接收器可利用低噪聲放大器(LNA)，且所述 發(fā)射器及所述接收器可利用可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)。
通常將LNA用于接收器中以放大經(jīng)由通信信道所接收的低振幅信號(hào)。所述LNA通 常是所述所接收信號(hào)所遇到的第一有效電路，且因此在若干個(gè)關(guān)鍵區(qū)對(duì)接收器的性能具 有較大影響。首先，LNA對(duì)噪聲性能具有較大影響，因?yàn)長(zhǎng)NA的噪聲被直接注入所接 收信號(hào)中，且隨后的級(jí)的噪聲通過(guò)LNA的增益而被有效降低。第二， LNA應(yīng)能夠處置 可能來(lái)自外部源及/或內(nèi)部源的大干擾信號(hào)(或人為干擾)。這些干擾信號(hào)可引起互調(diào)失 真，此可在所要的信號(hào)帶寬內(nèi)并可使接收器性能降級(jí)。
因此在此項(xiàng)技術(shù)中需要一種具有良好的噪聲性能且能夠處置大干擾信號(hào)的放大器
發(fā)明內(nèi)容
本文中描述一種具有集成式濾波器且具有良好噪聲性能并能夠處置大干擾信號(hào)的 放大器。在一個(gè)設(shè)計(jì)中，具有集成式濾波器的放大器(例如，LNA)可包括增益級(jí)及濾 波級(jí)。所述增益級(jí)可提供用于輸入信號(hào)的信號(hào)放大。所述濾波級(jí)可耦合到所述增益級(jí)， 且可提供用于輸入信號(hào)的濾波以使干擾信號(hào)衰減。所述放大器可進(jìn)一步包括可耦合到濾 波級(jí)且用于緩沖來(lái)自濾波級(jí)的經(jīng)濾波信號(hào)的緩沖級(jí)。所述增益級(jí)、所述濾波級(jí)及所述緩 沖級(jí)可堆疊并耦合于電源電壓與電路接地之間。
所述放大器可進(jìn)一步包括第二濾波級(jí)及第二緩沖級(jí)。所述第二濾波級(jí)可耦合到緩沖 級(jí)，且可提供針對(duì)輸入信號(hào)的額外濾波以進(jìn)一步使干擾信號(hào)衰減。所述第二緩沖級(jí)可耦 合到第二濾波級(jí)且用于緩沖來(lái)自所述第二濾波級(jí)的第二經(jīng)濾波信號(hào)。所有所述級(jí)可堆疊 并耦合于所述電源電壓與電路接地之間。
所述濾波級(jí)可實(shí)施橢圓形低通濾波器或某一其它類型的濾波器。每一濾波級(jí)可包括 電感器及電容器，所述電感器及所述電容器可并聯(lián)耦合以形成諧振器槽(resonator tank)。
此槽可傳遞所要信號(hào)并使干擾信號(hào)衰減。每一濾波級(jí)可進(jìn)-一步包括分路電容器，其耦合 到電感器的一端(或每一端)以在高頻率下形成低阻抗路徑。
具有集成式濾波器的放大器可以單端設(shè)計(jì)或差動(dòng)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)施。下文進(jìn)一步詳細(xì)描述 了本發(fā)明的各種方面及特征。


圖1展示廣播接收器的框圖。
圖2展示用于接收器的帶外信號(hào)衰減標(biāo)準(zhǔn)的曲線。
圖3A展示具有一個(gè)集成式濾波級(jí)的LNA的框圖。
圖3B展示具有兩個(gè)集成式濾波級(jí)的LNA的框圖。
圖4A展示具有一個(gè)集成式濾波級(jí)的單端LNA。
圖4B展示具有一個(gè)集成式濾波級(jí)的另一單端LNA。
圖4C展示圖4B中的LNA的小信號(hào)模型。
圖5展示具有兩個(gè)集成式濾波級(jí)的單端LNA。
圖6展示具有一個(gè)集成式濾波級(jí)的差動(dòng)LNA。
圖7展示具有兩個(gè)集成式濾波級(jí)的差動(dòng)LNA。
圖8展示圖7中的LNA中的四個(gè)電感器的設(shè)計(jì)。
圖9展示具有多個(gè)增益模式的三個(gè)LNA的框圖。
圖IO展示具有集成式濾波器及多個(gè)增益模式的差動(dòng)LNA。圖11展示兩個(gè)濾波級(jí)的頻率響應(yīng)的曲線。
具體實(shí)施例方式
可將本文中所描述的具有集成式濾波器的放大器用于各種電子裝置(例如廣播接收 器、蜂窩式電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、手持式裝置、無(wú)線調(diào)制解調(diào)器、膝上型計(jì)算 機(jī)、無(wú)繩電話、消費(fèi)者電子裝置等)。還可將放大器用于各種通信系統(tǒng)，例如碼分多址 (CDMA)系統(tǒng)、時(shí)分多址(TDMA)系統(tǒng)、頻分多址(FDMA)系統(tǒng)、正交FDMA(OFDMA) 系統(tǒng)、單載波FDMA (SC-FDMA)系統(tǒng)、無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)、廣播系統(tǒng)、衛(wèi)星定 位系統(tǒng)等。
為清晰起見(jiàn)，下文描述了具有集成式濾波器的放大器在廣播接收器中的使用。所述 廣播接收器可支持MediaFLOTM、手持式裝置的數(shù)字視頻廣播(DVB-H)、陸地電視廣播 的集成服務(wù)數(shù)字廣播(ISDB-T)及/或其它陸地廣播系統(tǒng)。MediaFLOTM系統(tǒng)可在698到 746 MHz的頻率范圍中以6兆赫(MHz)帶寬操作。DVB-H系統(tǒng)可在470到860 MHz 的頻率范圍中以5、 6、 7或8MHz帶寬操作。ISDB-T系統(tǒng)可在470到770 MHz的頻率 范圍中以6MHz帶寬操作。在標(biāo)題為"用于陸地移動(dòng)多媒體多播的僅前向鏈路空中接口 規(guī)范(Forward Link Only Air Interface Specification for Terrestrial Mobile Multimedia Multicast)"的文獻(xiàn)TIA-1099 (標(biāo)注日期為2006年8月)中描述了 MediaFLO 。在標(biāo) 題為"數(shù)字視頻廣播(DVB);用于數(shù)字陸地電視的成幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制(Digital Video Broadcasting (DVB); Framing Structure, Channel Coding and Modulation for Digital Terrestrial Television)"的文獻(xiàn)ETSI EN 300 744 (標(biāo)注日期為2004年11月)中描述了 DVB-H。在標(biāo)題為"用于數(shù)字陸地電視廣播的傳輸系統(tǒng)(Transmission System for Digital Terrestrial Television Broadcasting)"的文獻(xiàn)ARIB STD-B31 (標(biāo)注日期為2003年7月) 中描述了ISDB-T。這些文獻(xiàn)是公開(kāi)可用的。
圖1展示廣播接收器100的設(shè)計(jì)的框圖。在此設(shè)計(jì)中，廣播接收器ioo包括可用于 多個(gè)頻帶及多個(gè)模式的三個(gè)LNA 120a、 120b及120c。在一個(gè)設(shè)計(jì)中，LNA 120a支持 DVB-H及/或ISDB-T， LNA 120b支持從719到746 MHz的高頻帶MediaFLO ,且LNA 120c支持從698到719 MHz的低頻帶MediaFLOTM。通常，接收器可包括用于任何數(shù)目 的頻帶及任何數(shù)目的模式的任何數(shù)目的LNA。每一 LNA可支持一個(gè)或一個(gè)以上模式及 一個(gè)或一個(gè)以上頻帶。
接收器可實(shí)施有超外差架構(gòu)或直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)。在超外差架構(gòu)中，所接收信號(hào)在多個(gè) 級(jí)中從射頻(RF)降頻轉(zhuǎn)換到基帶，例如，在一個(gè)級(jí)中從RF降頻轉(zhuǎn)換到中間頻率(IF)，且接著在另一級(jí)中從IF降頻轉(zhuǎn)換到基帶。在直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)(其也被稱作零IF架構(gòu))中， 所接收信號(hào)在一個(gè)級(jí)中從RF降頻轉(zhuǎn)換到基帶。超外差架構(gòu)及直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)可使用不同 電路塊及/或具有不同要求。以下描述假定廣播接收器100實(shí)施直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)。
在廣播接收器100中，天線110從廣播臺(tái)接收廣播信號(hào)，并將所接收信號(hào)提供到天 線接口單元112。單元112可包括一個(gè)或一個(gè)以上開(kāi)關(guān)、濾波器、平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器 (balim)等。每一濾波器可在指定頻率范圍中傳遞信號(hào)分量，且可以表面聲波(SAW) 濾波器、陶瓷濾波器或某一其它類型的濾波器來(lái)實(shí)施。如果多個(gè)濾波器存在于單元112 內(nèi)，則可選擇所述濾波器中的一者以供使用，且開(kāi)關(guān)可將天線110耦合到所述選定濾波 器。可將平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器用于單端到差動(dòng)轉(zhuǎn)換、阻抗變換、濾波等。
在圖l中所示的設(shè)計(jì)中，LNA 120a是差動(dòng)放大器，而LNA 120b及LNA 120c是單 端放大器。通常，可基于系統(tǒng)要求及/或其它考慮因素(例如設(shè)計(jì)復(fù)雜性、功率消耗、成 本等)來(lái)針對(duì)每一 LNA作出單端或差動(dòng)設(shè)計(jì)的選擇。當(dāng)選擇DVB-H或ISDB-T模式時(shí)， 單元112可處理所接收信號(hào)并在線Vmp及V,^上提供差動(dòng)LNA輸入信號(hào)。LNA 120a可 放大所述差動(dòng)LNA輸入信號(hào)，并在線V。帥及V。utm上提供差動(dòng)LNA輸出信號(hào)。當(dāng)選擇 高頻帶MediaFLO 模式時(shí)，單元112可處理所接收信號(hào)并在線Vmp上提供單端LNA輸 入信號(hào)。LNA 120b可放大所述LNA輸入信號(hào)，并在線V。utp上提供LNA輸出信號(hào)。當(dāng) 選擇低頻帶MediaFLO 模式時(shí)，單元112可處理所接收信號(hào)并在線Vinm上提供單端 LNA輸入信號(hào)。LNA 120c可放大所述LNA輸入信號(hào)，并在線V。utm上提供LNA輸出信 號(hào)。
輸出級(jí)130可在線V。叫及/或線V?？辖邮誏NA輸出信號(hào)，且可將差動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào) 提供到混頻器140a及140b。輸出級(jí)130可包括用于單端到差動(dòng)轉(zhuǎn)換的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換 器及一個(gè)或一個(gè)以上可編程衰減器、緩沖器、放大器等?；祛l器140a可用來(lái)自LO產(chǎn)生 器144的同相(I)本機(jī)振蕩器(LO)信號(hào)來(lái)降頻轉(zhuǎn)換所述經(jīng)調(diào)節(jié)信號(hào)，并提供I降頻 轉(zhuǎn)換信號(hào)。低通濾波器142a可對(duì)所述I降頻轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行濾波，并將I基帶信號(hào)(Ibb) 提供到數(shù)據(jù)處理器150。類似地，混頻器140b可用來(lái)自LO產(chǎn)生器144的正交(Q) LO 信號(hào)來(lái)降頻轉(zhuǎn)換來(lái)自輸出級(jí)130的經(jīng)調(diào)節(jié)信號(hào)，并提供Q降頻轉(zhuǎn)換信號(hào)。低通濾波器 142b可對(duì)Q降頻轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行濾波，并將Q基帶信號(hào)(Qbb)提供到數(shù)據(jù)處理器150。
LO產(chǎn)生器144可產(chǎn)生分別用于混頻器140a及140b的I LO信號(hào)及Q LO信號(hào)。LO 產(chǎn)生器144可包括一個(gè)或一個(gè)以上壓控振蕩器(VCO)、鎖相環(huán)路(PLL)、參考振蕩器 等。
圖l展示示范性接收器設(shè)計(jì)。通常，可由一個(gè)或一個(gè)以上放大器、濾波器、混頻器等來(lái)執(zhí)行接收器中的信號(hào)的調(diào)節(jié)。這些電路塊可不同于圖1中所示的配置而布置。此外， 可使用圖1中未展示的其它電路塊來(lái)調(diào)節(jié)接收器中的信號(hào)。可將所述接收器的全部或一 部分實(shí)施于一個(gè)或一個(gè)以上RF集成電路(RFIC)、混合信號(hào)IC等上。舉例來(lái)說(shuō)，可將 廣播接收器100中的LNA120a、 120b及120c以及隨后的模擬電路實(shí)施于通用廣播調(diào)制 解調(diào)器(UBM)芯片中。
數(shù)據(jù)處理器150可包括各種用于數(shù)據(jù)接收及其它功能的處理單元。舉例來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù) 處理器150可包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC)處理器、中央 處理單元(CPU)等?？刂破?處理器160可控制廣播接收器IOO處的操作。存儲(chǔ)器162 可存儲(chǔ)用于廣播接收器100的程序碼及數(shù)據(jù)?？蓪?shù)據(jù)處理器150、控制器/處理器160 及/或存儲(chǔ)器162實(shí)施于一個(gè)或一個(gè)以上專用集成電路(ASIC)及/或其它IC上。
來(lái)自天線110的所接收信號(hào)可包括所要信號(hào)以及干擾信號(hào)，所述干擾信號(hào)可能來(lái)自 其它通信系統(tǒng)，例如全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)、通用移動(dòng)電信系統(tǒng)(UMTS)、 WLAN 等。LNA120a、 120b或120c可放大所接收信號(hào)，并經(jīng)由輸出級(jí)130而將經(jīng)放大信號(hào)提 供到混頻器140a及140b?；祛l器140a及140b可用具有基頻fL0的LO信號(hào)來(lái)降頻轉(zhuǎn)換 所述經(jīng)放大信號(hào)，所述基頻fu)可為所要信號(hào)的中心頻率。可接著通過(guò)LO信號(hào)的基頻 而將所述所要信號(hào)降頻轉(zhuǎn)換到基帶。然而，位于LO信號(hào)的第三諧波(或3/i0)及LO 信號(hào)的第五諧波(或5/io)附近的干擾信號(hào)也可經(jīng)降頻轉(zhuǎn)換且可在所要的信號(hào)帶寬內(nèi)。 歸因于LO信號(hào)的諧波相互混頻所產(chǎn)生的帶內(nèi)失真分量可使接收器性能降級(jí)。
干擾信號(hào)可比所要信號(hào)大得多，且如果所述干擾信號(hào)來(lái)自與接收器IOO共處一地的 發(fā)射器，則所述干擾信號(hào)可尤為強(qiáng)大(在多用途無(wú)線裝置中可為此狀況)。經(jīng)降頻轉(zhuǎn)換 為所要信號(hào)帶寬的大干擾信號(hào)可"堵塞(swamp out)"所要信號(hào)。所要信號(hào)由互調(diào)失真 所產(chǎn)生的此減敏通常被通稱為"阻塞"。
可以若干方式來(lái)對(duì)抗歸因于大干擾信號(hào)所產(chǎn)生的潛在不利效應(yīng)。首先，可在所接收 信號(hào)被傳遞到LNA之前對(duì)其進(jìn)行濾波。然而，此預(yù)先LNA濾波還可使所要信號(hào)衰減并 使噪聲性能降級(jí)。此外，所述預(yù)先LNA濾波可能不能夠提供對(duì)大干擾信號(hào)的充分衰減。 第二，混頻器可設(shè)計(jì)有高線性以便降低歸因于LO諧波的相互混頻所產(chǎn)生的失真分量的 量值。然而，高線性要求可使混頻器的設(shè)計(jì)復(fù)雜化，且還可產(chǎn)生較高的功率消耗。
在一方面中，可使用具有集成式濾波器的LNA來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的噪聲性能及衰減可使 接收器性能降級(jí)的干擾信號(hào)?？芍苯訉⑺邮招盘?hào)傳遞到LNA且可在所述所接收信號(hào) 被傳遞到所述LNA之前對(duì)其進(jìn)行濾波。所述LNA可經(jīng)設(shè)計(jì)以提供用于接收器的所要噪 聲性能。集成式濾波器可經(jīng)設(shè)計(jì)以提供對(duì)干擾信號(hào)的所要衰減?？梢愿鞣N設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)施具
11有集成式濾波器的LNA,如下文所描述。
圖2展示在接收DVB-H信號(hào)時(shí)用于接收器100的帶外信號(hào)衰減標(biāo)準(zhǔn)的曲線。所要 DVB-H信號(hào)可位于750 MHz附近。在GSM 850頻帶(約880 MHz)、 DCS或GSM 1800 頻帶(約1.8 GHz)、 PCS或UMTS頻帶II (約2 GHz)、用于WLAN的ISM頻帶(約 2.4GHz)、 GSM 850頻帶的第三諧波(約2.7 GHz)等中可存在干擾信號(hào)。
圖2展示根據(jù)一個(gè)設(shè)計(jì)的針對(duì)每一頻帶中的干擾信號(hào)的所需的衰減量。在此設(shè)計(jì)中， 可將GSM 850頻帶中的干擾信號(hào)衰減6分貝(dB)，可將GSM 1800頻帶中的干擾信號(hào) 衰減71 dB等。如果混頻器140a及140b以可在GSM 1800頻帶中提供25 dB的抑制的 諧波抑制混頻器來(lái)實(shí)施，則可將GSM 1800頻帶中的干擾信號(hào)衰減46 dB而非71 dB。 圖2中給出了在具有及不具有諧波抑制混頻器的情況下每一頻帶的衰減量。
通常，每一頻帶的衰減量可取決于各種因素(例如所要的信號(hào)功率、干擾信號(hào)功率、 通過(guò)單元112的損耗量、所要信號(hào)與干擾信號(hào)之間的天線隔離量、基頻及諧波下混頻器 的轉(zhuǎn)換增益的差異、所要信號(hào)的所需信噪比(SNR)、所要邊限等)。在任何狀況下，可 使用具有集成式濾波器的LNA來(lái)滿足帶外信號(hào)衰減標(biāo)準(zhǔn)(例如，圖2中所示的標(biāo)準(zhǔn))。
圖3A展示具有一個(gè)集成式濾波級(jí)的單端LNA 320a的設(shè)計(jì)的框圖?？蓪NA 320a 用于圖1中的LNA 120b或120c。 LNA 320a包括增益級(jí)330、濾波級(jí)340及緩沖級(jí)350。 增益級(jí)330從線V呵或Vmm接收LNA輸入信號(hào)Vm，以固定或可變?cè)鲆鎭?lái)放大所述LNA 輸入信號(hào)，并提供放大信號(hào)。濾波級(jí)340通過(guò)濾波器響應(yīng)來(lái)對(duì)所述經(jīng)放大信號(hào)進(jìn)行濾波 并提供經(jīng)濾波信號(hào)。緩沖級(jí)350對(duì)所述經(jīng)濾波信號(hào)進(jìn)行緩沖并在線V。叫或V。wm上提供 LNA輸出信號(hào)V。ut。
圖3B展示具有兩個(gè)集成式濾波級(jí)的單端LNA 320b的設(shè)計(jì)的框圖。還可將LNA 320b 用于圖1中的LNA120b或120c。 LNA 320b包括圖3A中所示的增益級(jí)330、第一濾波 級(jí)340及第一緩沖級(jí)350。 LNA320b進(jìn)一步包括第二濾波級(jí)360及第二緩沖級(jí)370。增 益級(jí)330對(duì)LNA輸入信號(hào)Vin進(jìn)行放大并提供經(jīng)放大信號(hào)。濾波級(jí)340通過(guò)第一濾波器 響應(yīng)來(lái)對(duì)所述經(jīng)放大信號(hào)進(jìn)行濾波并提供第一經(jīng)濾波信號(hào)。緩沖級(jí)350緩沖所述第一經(jīng) 濾波信號(hào)并提供經(jīng)緩沖信號(hào)。濾波級(jí)360通過(guò)第二濾波器響應(yīng)來(lái)對(duì)所述經(jīng)緩沖信號(hào)進(jìn)行 濾波并提供第二經(jīng)濾波信號(hào)。緩沖級(jí)370對(duì)所述第二經(jīng)濾波信號(hào)進(jìn)行緩沖并提供LNA 輸出信號(hào)V。ut。
通常，LNA可包括任何數(shù)目的增益級(jí)、任何數(shù)目的濾波級(jí)、任何數(shù)目的緩沖級(jí)及/ 或其它級(jí)。增益級(jí)及濾波級(jí)的數(shù)目可取決于系統(tǒng)要求及/或其它考慮因素(例如設(shè)計(jì)復(fù)雜 性、硅面積、功率消耗等)。每一增益級(jí)可提供固定增益或可變?cè)鲆?。每一濾波級(jí)可具有合適的濾波器響應(yīng)。如果存在多個(gè)濾波級(jí)，則這些濾波級(jí)的頻率響應(yīng)可(i)共同地 確定以實(shí)現(xiàn)所要的總濾波器響應(yīng)，或(ii)針對(duì)每一級(jí)獨(dú)立確定而不考慮其它級(jí)?？倿V 波器響應(yīng)可為橢圓形濾波器響應(yīng)、契比雪夫(Chebyshev)濾波器響應(yīng)等?？蓪⒕彌_級(jí) 插入于濾波級(jí)之間、插入于最后濾波級(jí)之后等。
可以類似于具有集成式濾波器的單端LNA的方式來(lái)實(shí)施具有集成式濾波器的差動(dòng) LNA?？蓪⒉顒?dòng)電路用于差動(dòng)LNA而非單端電路。舉例來(lái)說(shuō)，具有一個(gè)集成式濾波級(jí) 的差動(dòng)LNA可以差動(dòng)增益級(jí)、差動(dòng)濾波級(jí)及差動(dòng)緩沖級(jí)來(lái)實(shí)施。具有兩個(gè)集成式濾波 級(jí)的差動(dòng)LNA可以差動(dòng)增益級(jí)、第一差動(dòng)濾波級(jí)、第一差動(dòng)緩沖級(jí)、第二差動(dòng)濾波級(jí) 及第二差動(dòng)緩沖級(jí)來(lái)實(shí)施。
圖4A展示具有一個(gè)集成式濾波級(jí)的單端LNA 420a的示意圖。LNA 420a是圖3A 中的LNA320a的一個(gè)設(shè)計(jì)，且可用于圖1中的LNA 120b或120c。 LNA420a包括增益 級(jí)430、濾波級(jí)440、緩沖級(jí)450及負(fù)載電路480。
增益級(jí)430包括N溝道場(chǎng)效晶體管(N-FET) 432，所述N-FET 432使其源極耦合 到電路接地、使其柵極接收LNA輸入信號(hào)Vin，且使其漏極提供經(jīng)放大信號(hào)。濾波級(jí)440 包括電感器442及電容器444與446。電感器442使一端耦合到N-FET 432的漏極，且 使另一端耦合到緩沖級(jí)450中的N-FET452的源極。電容器444與電感器442并聯(lián)耦合。 電容器446使一端耦合到N-FET 432的漏極，且使另一端耦合到電路接地。緩沖級(jí)450 包括N-FET 452，所述N-FET 452使其柵極接收偏壓Vbl且使其漏極提供LNA輸出信號(hào) V。ut。負(fù)載電路480耦合于N-FET 452的漏極與電源電壓VDD之間。
N-FET 432提供針對(duì)輸入信號(hào)Vm的信號(hào)放大。N-FET 452提供針對(duì)N-FET 432的負(fù) 載隔離并驅(qū)動(dòng)負(fù)載電路480。負(fù)載電路480提供用于N-FET 452的負(fù)載，且可執(zhí)行其它 功能(例如輸出阻抗匹配)。負(fù)載電路480可包括一個(gè)或一個(gè)以上電阻器、電感器、電 容器、晶體管等。
濾波級(jí)440提供針對(duì)LNA 420a的所要頻率響應(yīng)。電感器442及電容器444形成諧 振器槽。可將此槽的諧振頻率設(shè)定于需要最多衰減的頻率(例如，對(duì)于圖2中所示的設(shè) 計(jì)為約1.8 GHz)下。諧振器槽在諧振頻率下提供高阻抗，且在所要的信號(hào)頻率及其它 頻率下提供低阻抗。電容器446在所要的信號(hào)頻率下提供高阻抗且在高于所述所要的信 號(hào)頻率的高頻率下提供低阻抗。電感器442及電容器444與446可經(jīng)設(shè)計(jì)以獲得所要信 號(hào)的所要低通特性以及干擾信號(hào)的所要阻帶特性。
圖4B展示具有一個(gè)集成式濾波級(jí)的單端LNA 420b的示意圖。LNA 420b為圖3A 中的LNA320a的另一設(shè)計(jì)，且還可用于圖1中的LNA 120b或120c。 LNA420b包括圖4A中的LNA 420a中的所有電路組件。LNA 420b進(jìn)一步包括電容器448，所述電容器 448使一端耦合到濾波級(jí)440的輸出且使另一端耦合到電路接地。電容器448在高頻率 下提供另一低阻抗路徑并改進(jìn)干擾信號(hào)的衰減。
圖4C展示圖4B中的LNA 420b的小信號(hào)模型422的示意圖。在增益級(jí)430中，N-FET 432以電流源434及電阻器436而模型化，所述電流源434及所述電阻器436并聯(lián)耦合 并位于增益級(jí)輸出與電路接地之間。電阻器436具有值R。，所述值R。為N-FET 432的 輸出電阻。在濾波級(jí)440中，電感器442以與理想電感器并聯(lián)耦合的電阻器443而模型 化。電阻器443將電感器442的電阻損耗模型化并具有值Rp，所述值Rp取決于串聯(lián)電 阻及電感器442的質(zhì)量因數(shù)(Q)。電感器442具有值L，電容器446具有值d，且電容 器448具有值C2。在緩沖級(jí)450中，N-FET452以耦合于濾波級(jí)輸出與電路接地之間的 電阻器454而模型化。電阻器454具有值&=1/^2,其中g(shù)w為N-FET452的跨導(dǎo)。
可將濾波級(jí)440的傳遞函數(shù)H (s)表示為
1
-+ zr w +-
方程式(1)
其中&。 =1/7 。為N-FET432的輸出電阻的跨導(dǎo), Z,(力為諧振器槽的阻抗， /, 0)為到濾波級(jí)440的輸入電流，及 J。",("為來(lái)自濾波級(jí)440的輸出電流。 可將諧振器槽的阻抗表示為
方程式(2)
可將濾波級(jí)440的3 dB帶寬fbw表示為:
g 。 + g )2
2;r(C' +C2)
方程式(3)圖11展示根據(jù)一個(gè)設(shè)計(jì)的濾波級(jí)440的頻率響應(yīng)的曲線1112。在此設(shè)計(jì)中，濾波 級(jí)440具有約為960 MHz的帶寬，其比最高DVB-H頻率高100 MHz以便減少歸因于IC 工藝變化所產(chǎn)生的帶內(nèi)增益下降的量。濾波級(jí)440在諧振器槽的諧振頻率下具有凹口 。 此凹口對(duì)于圖2中所示的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)可位于1.8 GHz處，以在此頻率下實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)的高 衰減。
返回參看圖4C,可基于所要的諧振頻率(其可為1.8GHz)來(lái)選擇諧振器槽的電感 L及電容Cp。電容C!及C2提供低通濾波器特性?？苫贜-FET 432的輸出阻抗R。來(lái) 選擇電容d?？苫跂抨幏糯笃?cascode) N-FET 452的源極阻抗= 1/^2來(lái)選擇電
容C2。
圖5展示具有兩個(gè)集成式濾波級(jí)的單端LNA 520的示意圖。LNA520為圖3B中的 LNA320b的一個(gè)設(shè)計(jì)，且可用于圖1中的LNA120b或120c。 LNA 520包括增益級(jí)530、 第一濾波級(jí)540、第一緩沖級(jí)550、第二濾波級(jí)560、第二緩沖級(jí)570及負(fù)載電路580。
增益級(jí)530包括N-FET 532，濾波級(jí)540包括電感器542及電容器544、 546及548， 且緩沖級(jí)550包括N-FET 552，以上所有均如上文針對(duì)圖4B中的LNA 420b所描述而耦 合。濾波級(jí)560包括電感器562及電容器564、 566及568。電感器562使一端耦合到 N-FET 552的漏極，且使另一端耦合到緩沖級(jí)570中的N-FET 572的源極。電容器564 與電感器562并聯(lián)耦合。電容器566使一端耦合到N-FET 552的漏極，且使另一端耦合 到電路接地。電容器568使一端耦合到N-FET 572的源極，且使另 一端耦合到電路接地。 緩沖級(jí)570包括N-FET 572,所述N-FET 572使其柵極接收偏壓Vb2且使其漏極提供LNA 輸出信號(hào)V。ut。負(fù)載電路580耦合于N-FET 572的漏極與電源電壓V加之間。
N-FET 532提供針對(duì)LNA輸入信號(hào)Vln的信號(hào)放大。N-FET 552提供緩沖。N-FET 572 提供負(fù)載隔離并驅(qū)動(dòng)負(fù)載電路580。
濾波級(jí)540及560可經(jīng)設(shè)計(jì)以提供針對(duì)LNA 520的所要總濾波器響應(yīng)。電感器542 及電容器544形成第一諧振器槽，且電感器562及電容器564形成第二諧振器槽?？蓪?這兩個(gè)槽的諧振頻率設(shè)定于相同頻率(例如，1.8 GHz)以改進(jìn)此頻率下的衰減。或者， 可將所述兩個(gè)槽的諧振頻率設(shè)定于不同頻率(例如，1.8 GHz及2.0 GHz)以針對(duì)兩個(gè)頻 率而實(shí)現(xiàn)良好衰減。所要的總濾波器響應(yīng)可通過(guò)選擇用于濾波級(jí)540及560中的電感器 及電容器的合適值來(lái)獲得。
圖U展示根據(jù)一個(gè)設(shè)計(jì)的濾波級(jí)540及560的頻率響應(yīng)的曲線。在此設(shè)計(jì)中，濾 波級(jí)540具有由曲線1112展示的頻率響應(yīng)，且濾波級(jí)560具有由曲線1114展示的頻率響應(yīng)。濾波級(jí)540及560的總頻率響應(yīng)由曲線1116展示。如圖ll中所示，可通過(guò)級(jí)聯(lián) 多個(gè)濾波級(jí)來(lái)改進(jìn)帶外衰減。
每一濾波級(jí)歸因于諧振器槽而具有凹口 。所述凹口的深度確定在凹口頻率下的衰減 量。凹口深度取決于電感器的Q。通常，可通過(guò)電感器的較高Q來(lái)實(shí)現(xiàn)較深凹口及較陡 峭滾降(roll-off)。
圖6展示具有一個(gè)集成式濾波級(jí)的差動(dòng)LNA 620的示意圖，所述差動(dòng)LNA 620可 用于圖1中的LNA 120b。 LNA620包括增益級(jí)630、濾波級(jí)640、緩沖級(jí)650及負(fù)載級(jí) 680。
增益級(jí)630包括N-FET 632a及632b以及電流源634。 N-FET 632a及632b使其源 極耦合到電流源634的一端，且使其柵極分別耦合到線Vmp及Vlnm。電流源634的另一 端耦合到電路接地。N-FET 632a及632b的源極還可直接耦合到電路接地，且可省略電 流源634。
濾波級(jí)640包括電感器642a及642b以及電容器644a、 644b、 646及648。電感器 642a及電容器644a并聯(lián)耦合并形成耦合于N-FET 632a的漏極與緩沖級(jí)650中的N-FET 652a的源極之間的第一諧振器槽。電感器642b及電容器644b并聯(lián)耦合并形成耦合于 N-FET 632b的漏極與緩沖級(jí)650中的N-FET 652b的源極之間的第二諧振器槽。電容器 646耦合于N-FET 632a及632b的漏極之間。電容器648耦合于N-FET 652a及652b的 源極之間。
緩沖級(jí)650包括N-FET 652a及652b， N-FET 652a及652b使其柵極接收偏壓Vbl 且使其漏極分別耦合到線V。啤及V。utm。負(fù)載電路680a及680b分別耦合于N-FET 652a 及652b的漏極與電源電壓VDD之間。
增益級(jí)630、濾波級(jí)640及緩沖級(jí)650分別以類似于圖4B中的增益級(jí)430、濾波級(jí) 440及緩沖級(jí)450的方式而操作。圖6中的差動(dòng)LNA設(shè)計(jì)可提供某些優(yōu)點(diǎn)，例如較大的 信號(hào)擺動(dòng)(對(duì)于處理大的干擾信號(hào)來(lái)說(shuō)可為需要的)、對(duì)普通模式噪聲的較佳抗擾性、 經(jīng)改進(jìn)的線性、用于接地連接的寄生接合線的經(jīng)降低效應(yīng)等。
圖7展示具有兩個(gè)集成式濾波級(jí)的差動(dòng)LNA 720的示意圖，所述差動(dòng)LNA 720還 可用于圖1中的LNA 120b。LNA720包括增益級(jí)730、第一濾波級(jí)740、第一緩沖級(jí)750、 第二濾波級(jí)760、第二緩沖級(jí)770及負(fù)載級(jí)780。
增益級(jí)730包括N-FET 732a及732b以及電流源734。濾波級(jí)740包括電感器742a 及742b以及電容器744a、 744b、 746及748。緩沖級(jí)750包括N-FET 752a及752b。這 些電路組件如上文針對(duì)圖6中的LNA 620所描述而耦合。濾波級(jí)760包括電感器762a及762b以及電容器764a、 764b、 766及768，所述電感器及電容器以類似于濾波級(jí)740 中的對(duì)應(yīng)電感器及電容器的方式而耦合。緩沖級(jí)770包括N-FET 772a及772b， N-FET 772a及772b使其柵極接收偏壓Vb2且使其漏極分別耦合到線V。叫及V。utm。負(fù)載電路 780a及780b分別耦合于N-FET 772a及772b的漏極與電源電壓VDD之間。
增益級(jí)730、濾波級(jí)740、緩沖級(jí)750、濾波級(jí)760、緩沖級(jí)770以類似于圖5中的 對(duì)應(yīng)增益級(jí)、濾波級(jí)及緩沖級(jí)的方式而操作。圖7中的差動(dòng)LNA設(shè)計(jì)可提供上文針對(duì) 圖6中的差動(dòng)LNA設(shè)計(jì)所注釋的優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)在LNA中將多個(gè)電感器用于一個(gè)或一個(gè)以上濾波級(jí)時(shí)，在這些電感器之間可存 在磁耦合。當(dāng)將所述電感器制造于RFIC上時(shí)，磁耦合可更為嚴(yán)重。此外，在芯片上電 感器之間可存在襯底耦合。所述電感器之間的耦合可使性能降級(jí)，例如，使諧振頻率移 位、使凹口深度降級(jí)等。
圖8A展示LNA720中的四個(gè)電感器之間的耦合。電感器742a與742b具有耦合因 數(shù)Kp,，電感器762a與762b具有耦合因數(shù)Kp2，電感器742a與762a具有耦合因數(shù)Ksl， 電感器742b與762b具有耦合因數(shù)Ks2，電感器742a與762b具有耦合因數(shù)Kxl,且電感 器742b與762a具有耦合因數(shù)Kx2。耦合因數(shù)Kpl及Kp2可為強(qiáng)大的，因?yàn)椴顒?dòng)電路的布 局應(yīng)為緊密的。
兩個(gè)電感器可相長(zhǎng)性地耦合且使其點(diǎn)位于所述電感器的相同末端處(圖7中未展 示)。兩個(gè)電感器還可相消性地耦合且使其點(diǎn)位于所述兩個(gè)電感器的相對(duì)末端處(如圖7 中針對(duì)電感器742a及742b且還針對(duì)電感器762a及762b所示)。并聯(lián)電感器的相長(zhǎng)性 耦合可改進(jìn)Q、延伸凹口深度及改進(jìn)抑制。然而，相長(zhǎng)性耦合可增強(qiáng)其它電感器的磁場(chǎng)， 此可導(dǎo)致對(duì)外部耦合的敏感性較大。相消性耦合可消除外部磁場(chǎng)，此可導(dǎo)致對(duì)其它電感 器的耦合的敏感性較小。在圖7及圖8A中所示的一個(gè)設(shè)計(jì)中，將相消性耦合用于每一 濾波級(jí)中的并聯(lián)電感器以便降低對(duì)外部耦合的敏感性。可通過(guò)充分間隔這些電感器而使 其離得很遠(yuǎn)來(lái)降低不同濾波級(jí)中的電感器之間的耦合。
圖8B展示圖7中的LNA 720內(nèi)的電感器742a、 742b、 762a及762b的設(shè)計(jì)。在此 設(shè)計(jì)中，用于濾波級(jí)740的電感器742a及742b以螺旋電感器842a及842b來(lái)實(shí)施，其 中電感器842a在順時(shí)針?lè)较蛏下菪译姼衅?42b在逆時(shí)針?lè)较蛏下菪?。通過(guò)使一個(gè)電 感器在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)且使另一電感器在另一方向上旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)相消性耦合。類似地， 用于濾波級(jí)760的電感器762a及762b以螺旋電感器862a及862b來(lái)實(shí)施，其中電感器 862a在順時(shí)針?lè)较蛏下菪译姼衅?62b在逆時(shí)針?lè)较蛏下菪?br> 電感器842a及842b被間隔開(kāi)一距離Dp，且電感器862a及862b也被間隔開(kāi)一距離
17Dp。電感器842a及842b與電感器862a及862a分離一距離Ds。在一個(gè)設(shè)計(jì)中，Dp為約 40微米(pm)，且Ds為約200微米。還可使用其它間隔距離以在電感器之間實(shí)現(xiàn)所要 的隔離量?？稍诿恳浑姼衅髦?chē)纬杀Ｗo(hù)環(huán)以改進(jìn)隔離。
電感器842a及842b可經(jīng)設(shè)計(jì)以分別獲得電感器742a及742b的所要電感及Q。電 感器862a及862b可經(jīng)設(shè)計(jì)以分別獲得電感器762a及762b的所要電感及Q。對(duì)于圖2 中所示的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，Q可從1.5 GHz最大化到2.4 GHz以在此頻率范圍中實(shí)現(xiàn)干擾 信號(hào)的良好衰減。
盡管圖8B中未予以展示，但電容器744a、 744b、 764a及764b可分別形成于電感 器842a、 842b、 862a及862b的內(nèi)部。這些電容器中的每一者可以可經(jīng)調(diào)諧以計(jì)及芯片 上電容器的IC工藝變化的可變電容器來(lái)實(shí)施。對(duì)于每一諧振器槽來(lái)說(shuō)，將電容器放置 于電感器內(nèi)部可減小電容器與電感器之間的距離，此可降低寄生電感及電阻。電容器可 以金屬絕緣體金屬(MiM)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)施。循環(huán)電流可存在于用于位于電感器內(nèi)部的電容 器的金屬板上且可降低電感?？蓪⒋私饘侔宸指顬檩^小的互連板以減少循環(huán)電流。
圖l中的LNA120a、 120b及/或120c可具有相對(duì)較寬的增益范圍(例如，約50到 60 dB的增益范圍)以便處理廣泛范圍的用于所要信號(hào)以及潛在的大千擾信號(hào)的接收功 率?？墒褂枚鄠€(gè)增益模式來(lái)支持廣泛的增益范圍，其中每一增益模式覆蓋總增益范圍的 一部分。舉例來(lái)說(shuō)，可使用六個(gè)增益模式來(lái)支持60dB的增益范圍，其中每一增益模式 覆蓋約10dB。鄰近增益模式可重疊以提供連續(xù)的增益覆蓋。
圖9展示具有多個(gè)增益模式的LNA 920a、 920b及920c的設(shè)計(jì)的框圖?？蓪NA 920a、 920b及920c分別用于圖1中的LNA120a、 120b及120c。在此設(shè)計(jì)中，LNA 920a 包括兩個(gè)集成式濾波級(jí)，而LNA920b及920c并不包括集成式濾波器。通常，每一 LNA 可取決于系統(tǒng)要求及/或其它考慮因素而包括或不包括集成式濾波器。
在圖9中所示的設(shè)計(jì)中，LNA 920a包括高增益級(jí)930a、第一濾波級(jí)940a、第一緩 沖級(jí)950a、第二濾波級(jí)960a、第二緩沖級(jí)970a、輸入可編程衰減器922a、低增益級(jí)932a 及緩沖級(jí)952a。級(jí)930a、 940a及950a用于高增益路徑。級(jí)922a、 932a及952a用于低 增益路徑。級(jí)960a及970a共同用于高增益路徑及低增益路徑兩者。
如果LNA 920a經(jīng)啟用，則可取決于針對(duì)LNA 920a的所要增益而選擇增益級(jí)930a 或932a以供使用。如果經(jīng)啟用，則高增益級(jí)930a以固定高增益來(lái)放大線Vmp及Vmm上 的差動(dòng)LNA輸入信號(hào)并提供第一經(jīng)放大信號(hào)。此經(jīng)放大信號(hào)由濾波級(jí)940a濾波、由緩 沖級(jí)950a緩沖并被提供到濾波級(jí)960a。衰減器922a使所述差動(dòng)LNA輸入信號(hào)衰減并 將經(jīng)衰減信號(hào)提供到低增益級(jí)932a。如果經(jīng)啟用，則低增益級(jí)932a以固定低增益放大
18所述經(jīng)衰減信號(hào)并將第二經(jīng)放大信號(hào)提供到濾波級(jí)960a。濾波級(jí)960a對(duì)其輸入信號(hào)進(jìn) 行濾波并提供經(jīng)濾波信號(hào)。緩沖級(jí)970a對(duì)所述經(jīng)濾波信號(hào)進(jìn)行緩沖并在線V。w及V。utm 上提供差動(dòng)LNA輸出信號(hào)。
LNA 920b包括輸入可編程衰減器922b、低增益級(jí)932b、高增益級(jí)930b及緩沖級(jí) 950b與952b。如果LNA920b經(jīng)啟用，則可取決于針對(duì)LNA 920b的所要增益而選擇增 益級(jí)930b或932b以供使用。如果經(jīng)啟用，則高增益級(jí)930b以固定高增益而放大線Vinp 上的LNA輸入信號(hào)。緩沖級(jí)950b對(duì)來(lái)自高增益級(jí)930b的經(jīng)放大信號(hào)進(jìn)行緩沖并在線 V。叫上提供LNA輸出信號(hào)。衰減器922b使LNA輸入信號(hào)衰減并將經(jīng)衰減信號(hào)提供到 低增益級(jí)932b。如果經(jīng)啟用，則低增益級(jí)932b以固定低增益而放大所述經(jīng)衰減信號(hào)。 緩沖級(jí)952b對(duì)來(lái)自低增益級(jí)932b的經(jīng)放大信號(hào)進(jìn)行緩沖并在線V。utp上提供LNA輸出 信號(hào)。
LNA 920c包括輸入可編程衰減器922c、低增益級(jí)932c、高增益級(jí)930c及緩沖級(jí) 950c與952c，以上裝置以類似于LNA 920b中的衰減器922b、增益級(jí)930b及932b以及 緩沖級(jí)950b及952b的方式而耦合及操作。
圖9還展示圖1中的輸出級(jí)130的設(shè)計(jì)。在此設(shè)計(jì)中，輸出級(jí)130包括平衡-不平衡 轉(zhuǎn)換器980及輸出可編程衰減器990。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器990使兩個(gè)輸入耦合到線V。utp 及V。utm，且使兩個(gè)輸出耦合到衰減器9卯。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器980執(zhí)行來(lái)自LNA920b 及920c的輸出信號(hào)的單端到差動(dòng)轉(zhuǎn)換且還可執(zhí)行帶通濾波。衰減器9卯使來(lái)自平衡-不 平衡轉(zhuǎn)換器980的信號(hào)衰減，并提供用于輸出級(jí)130的差動(dòng)輸出信號(hào)。輸出級(jí)130還可 包括一個(gè)或一個(gè)以上放大器、緩沖器、濾波器等?？蓪⑤敵黾?jí)130看作為L(zhǎng)NA 920a、 920b及920c所共用的LNA部分。
在一個(gè)設(shè)計(jì)中，LNA920a具有六個(gè)增益模式及一約為60 dB的總增益范圍?？蓪⒏?增益級(jí)930a及輸出可編程衰減器9卯用于三個(gè)最高增益模式，所述最高增益模式可覆 蓋約+24到-6 dB的增益范圍?？蓪⒌驮鲆婕?jí)932a及輸入可編程衰減器922a用于三個(gè)最 低增益模式，所述最低增益模式可覆蓋約-6到-36dB的增益范圍。通常，LNA 920a、 920b 及920c中的每一者可具有任何數(shù)目的增益模式及任何總增益范圍。所述三個(gè)LNA可具 有相同數(shù)目或不同數(shù)目的增益模式以及相同或不同的總增益范圍。對(duì)于每一LNA來(lái)說(shuō)， 低增益級(jí)可經(jīng)偏置而具有比高增益級(jí)小的電流以便降低功率消耗。
在圖9中所示的設(shè)計(jì)中，可在每一LNA920的前部使用衰減器922以對(duì)抗大干擾信 號(hào)。每一衰減器922可以電阻梯、分壓器網(wǎng)絡(luò)等來(lái)實(shí)施。衰減器922及990以及增益級(jí) 930及932的使用允許每一LNA920實(shí)現(xiàn)寬增益范圍。圖9展示具有多個(gè)增益模式及集成式濾波器的LNA 920a的示范性設(shè)計(jì)。通常，LNA 可包括任何數(shù)目的增益級(jí)、濾波級(jí)、緩沖級(jí)、衰減器等，以上裝置可不同于圖9中所示 的配置而布置。舉例來(lái)說(shuō)，可級(jí)聯(lián)耦合多個(gè)增益級(jí)，且當(dāng)未被選擇時(shí)每一增益級(jí)可被繞 過(guò)。LNA還可包括其它電路塊。
圖10展示圖9中的LNA 920a的設(shè)計(jì)的示意圖。在LNA 920a內(nèi)，高增益級(jí)930a 包括N-FET 1032a及1032b，所述N-FET 1032a及1032b使其源極耦合到電路接地，使 其柵極分別耦合到線V,^及Vinp，且使其漏極耦合到濾波級(jí)940a的差動(dòng)輸入。隔離開(kāi) 關(guān)1034a及1034b使一端分別耦合到N-FET 1032a及1032b的漏極，且使另一端耦合到 電路接地。緩沖級(jí)950a包括N-FET 1052a及1052b，所述N-FET 1052a及1052b使其源 極耦合到濾波級(jí)940a的差動(dòng)輸出，使其柵極接收偏壓Vbl ，且使其漏極耦合到濾波級(jí)960a 的差動(dòng)輸入。緩沖級(jí)970a包括N-FET 1072a及1072b,所述N-FET 1072a及1072b使其 源極耦合到濾波級(jí)960a的差動(dòng)輸出，使其柵極接收偏壓Vb2，且使其漏極分別耦合到線 V一及V outm g
低增益級(jí)932a包括N-FET 1036a及1036b，所述N-FET 1036a及1036b使其源極耦 合到電路接地且使其柵極從衰減器922a接收經(jīng)衰減信號(hào)。隔離開(kāi)關(guān)1038a及1038b使 一端分別耦合到N-FET 1036a及1036b的漏極，且使另一端耦合到電路接地。緩沖級(jí)952a 包括N-FET 1054a及1054b，所述N-FET 1054a及1054b使其源極分別耦合到N-FET 1036a及1036b，使其柵極接收偏壓Vb3，且使其漏極耦合到濾波級(jí)960a的差動(dòng)輸入。
濾波級(jí)940a及960a可各自以諧振器槽及一個(gè)或兩個(gè)分路電容器(例如，如圖6或 圖7中所示)來(lái)實(shí)施。電容器1074a及1074b可分別耦合于線V。啤及V?？c電路接地 之間。電容器1074a及1074b以及平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器980可提供針對(duì)DVB-H的濾波。
當(dāng)針對(duì)LNA 920a而選擇低增益模式時(shí)，低增益級(jí)932a中的N-FET 1036a及1036b 以及緩沖級(jí)952a中的N-FET 1054a及1054b可接通。可切斷隔離開(kāi)關(guān)1038a及1038b 以允許操作低增益級(jí)932a。高增益級(jí)930a中的N-FET 1032a及1032b以及緩沖級(jí)950a 中的N-FET 1052a及1052b可斷開(kāi)。然而，可存在經(jīng)由N-FET 1032a及1032b的寄生柵 極-漏極電容Cgd以及N-FET 1052a及1052b的寄生源極-漏極電容Cds的泄漏路徑?？山?通隔離開(kāi)關(guān)1034a及1034b以將任何泄漏信號(hào)短接到電路接地并提供與高增益級(jí)930a 的良好隔離。
當(dāng)選擇高增益模式時(shí)，可接通高增益級(jí)930a及緩沖級(jí)950a中的N-FET，且可斷開(kāi) 低增益級(jí)932a及緩沖級(jí)952a中的N-FET。可切斷隔離開(kāi)關(guān)1034a及1034b，且可接通 隔離開(kāi)關(guān)1038a及1038b以提供與低增益級(jí)932a的良好隔離。如果斷開(kāi)低增益級(jí)932a及緩沖級(jí)952a中的N-FET可在高增益模式中提供充分隔離，則可省略隔離開(kāi)關(guān)1038a 及1038b。
通常，具有集成式濾波器的放大器可包括增益級(jí)及濾波級(jí)。所述增益級(jí)可提供針對(duì) 輸入信號(hào)的信號(hào)放大。所述濾波級(jí)可耦合到增益級(jí)且可提供針對(duì)所述輸入信號(hào)的濾波以 使干擾/不當(dāng)信號(hào)衰減。放大器可進(jìn)一步包括耦合到濾波級(jí)的緩沖級(jí)。所述緩沖級(jí)可對(duì)來(lái) 自濾波級(jí)的經(jīng)濾波信號(hào)進(jìn)行緩沖。增益級(jí)、濾波級(jí)及緩沖級(jí)可堆疊并耦合于電源電壓與 電路接地之間(例如，如圖4A、圖4B及圖6中所示)。
放大器可進(jìn)一步包括第二濾波級(jí)及第二緩沖級(jí)。所述第二濾波級(jí)可耦合到緩沖級(jí)， 且可提供針對(duì)輸入信號(hào)的額外濾波以進(jìn)一步使干擾信號(hào)衰減。所述第二緩沖級(jí)可耦合到 第二濾波級(jí)，且可對(duì)來(lái)自所述第二濾波級(jí)的第二經(jīng)濾波信號(hào)進(jìn)行緩沖。所有所述級(jí)可堆 疊并耦合于電源電壓與電路接地之間(例如，如圖5及圖7中所示)。
所述濾波級(jí)可實(shí)施橢圓形低通濾波器或某一其它類型的濾波器。每一濾波級(jí)可包括 電感器及電容器，所述電感器及所述電容器可并聯(lián)耦合以形成諧振器槽。所述諧振器槽 可傳遞所要信號(hào)并在諧振頻率附近使干擾信號(hào)衰減。放大器可在特定頻率(例如，1.8 GHz)下具有最大信號(hào)衰減標(biāo)準(zhǔn)，且所述諧振器槽可在此頻率附近提供凹口。每一濾波 級(jí)可進(jìn)一步包括耦合到電感器的一端(或每一端)的分路電容器。每一分路電容器可在 高頻率下形成低阻抗路徑。
對(duì)于差動(dòng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)， 一個(gè)諧振器槽可耦合到增益級(jí)的反相輸出，且另一諧振器槽可 耦合到增益級(jí)的非反相輸出。電容器可耦合于所述兩個(gè)諧振器槽的一端(或每一端)之 間。所述兩個(gè)諧振器槽中的電感器可經(jīng)形成以實(shí)現(xiàn)相消性耦合。舉例來(lái)說(shuō)， 一個(gè)電感器 可以在順時(shí)針?lè)较蛏系牡谝宦菪姼衅鱽?lái)實(shí)施，且另一電感器可以在逆時(shí)針?lè)较蛏系牡?二螺旋電感器來(lái)實(shí)施。
具有集成式濾波器的放大器可為L(zhǎng)NA或某一其它類型的放大器。輸入信號(hào)可為 DVB-H、 ISDB-T、 MediaFLO 等的廣播信號(hào)。所述輸入信號(hào)還可用于無(wú)線通信系統(tǒng)(例 如CDMA2000、 UMTS、 GSM等)。
具有集成式濾波器的放大器(例如，LNA)還可具有多個(gè)增益路徑。第一增益路徑 可包括第一增益級(jí)、第一濾波級(jí)及第一緩沖級(jí)。所述第一增益級(jí)在被啟用時(shí)可提供針對(duì) 輸入信號(hào)的信號(hào)放大(例如，高增益)，且可輸出第一經(jīng)放大信號(hào)。所述第一濾波級(jí)可 耦合到第一增益級(jí)且可提供針對(duì)所述第一經(jīng)放大信號(hào)的濾波。所述第一緩沖級(jí)可耦合到 第一濾波級(jí)，且可對(duì)來(lái)自第一濾波級(jí)的經(jīng)濾波信號(hào)進(jìn)行緩沖。所述第一增益級(jí)可包括一 個(gè)或一個(gè)以上開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)耦合于第一增益級(jí)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)與AC接地之間，且在被停用時(shí)用于隔離第一增益級(jí)。
第二增益路徑可包括第二增益級(jí)及第二緩沖級(jí)。所述第二增益級(jí)在被啟用時(shí)可提供 針對(duì)輸入信號(hào)的信號(hào)放大(例如，低增益)且可輸出第二經(jīng)放大信號(hào)。所述第二緩沖級(jí) 可耦合到第二增益級(jí)，且可對(duì)所述第二經(jīng)放大信號(hào)進(jìn)行緩沖。所述第二增益路徑可進(jìn)一 步包括衰減器，所述衰減器可使輸入信號(hào)并將經(jīng)衰減信號(hào)提供到第二增益級(jí)。
放大器可進(jìn)一步包括第二濾波級(jí)及第三緩沖級(jí)。所述第二濾波級(jí)可耦合到第一緩沖 級(jí)及第二緩沖級(jí)，且可提供針對(duì)第一經(jīng)放大信號(hào)或第二經(jīng)放大信號(hào)的濾波。第三緩沖級(jí) 可耦合到第二濾波級(jí)，且可緩沖來(lái)自第二濾波級(jí)的第二經(jīng)濾波信號(hào)。
己在上文描述了具有集成式濾波器的放大器的各種設(shè)計(jì)?？蓪⑺龇糯笃饔糜诟鞣N 應(yīng)用(例如通信、網(wǎng)絡(luò)連接、計(jì)算、消費(fèi)者電子裝置等)?？蓪⑺龇糯笃饔糜趶V播接 收器、蜂窩式電話、PDA、無(wú)線裝置、手持式裝置、無(wú)線調(diào)制解調(diào)器、膝上型計(jì)算機(jī)、 無(wú)繩電話等)。還可將所述放大器用于各種通信系統(tǒng)(例如，CDMA2000系統(tǒng)、寬帶CDMA (W-CDMA)系統(tǒng)、GSM系統(tǒng)、WLAN、廣播系統(tǒng)等)。還可將所述放大器用于藍(lán)牙裝 置、全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器等。
可將本文中所描述的具有集成式濾波器的放大器實(shí)施于IC、 RFIC、混合信號(hào)IC、 ASIC、印刷電路板(PCB)、電子裝置等內(nèi)。還可通過(guò)各種IC工藝技術(shù)(例如互補(bǔ)金屬 氧化物半導(dǎo)體(CMOS)、 N溝道MOS (N-MOS)、 P溝道MOS (P-MOS)、雙極結(jié)型晶 體管(BJT)、雙極CMOS (BiCMOS)、鍺化硅(SiGe)、砷化鎵(GaAs)等)來(lái)制造放 大器。
實(shí)施本文中所描述的具有集成式濾波器的放大器的設(shè)備可為獨(dú)立裝置或可為較大
裝置的一部分。裝置可為(i)獨(dú)立IC; (ii) 一組一個(gè)或一個(gè)以上IC，其可包括用于存
儲(chǔ)數(shù)據(jù)及/或指令的存儲(chǔ)器IC; (iii) RFIC，例如RF接收器(RFR)或RF發(fā)射器/接收 器(RTR); (iv) ASIC，例如移動(dòng)臺(tái)調(diào)制解調(diào)器(MSM); (v)可嵌入于其它裝置內(nèi)的 模塊；(vi)接收器、蜂窩式電話、無(wú)線裝置、手機(jī)或移動(dòng)單元；(vii)等。
提供本發(fā)明的先前描述以使任何所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明。所屬 領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于了解本發(fā)明的各種修改，且可在不背離本發(fā)明的范圍的情況下將 本文中所定義的一般原理應(yīng)用于其它變化。因此，不希望將本發(fā)明限于本文中所描述的 實(shí)例及設(shè)計(jì)而是將賦予其與本文中所揭示的原理及新穎特征一致的最廣泛范圍。
權(quán)利要求
1.一種集成電路，其包含放大器，其經(jīng)配置以接收輸入信號(hào)并提供輸出信號(hào)，所述放大器包含增益級(jí)，其經(jīng)配置以提供針對(duì)所述輸入信號(hào)的信號(hào)放大，以及濾波級(jí)，其耦合到所述增益級(jí)且經(jīng)配置以提供針對(duì)所述輸入信號(hào)的濾波。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述放大器進(jìn)一步包含緩沖級(jí)，其耦合到所述濾波級(jí)且經(jīng)配置以對(duì)來(lái)自所述濾波級(jí)的經(jīng)濾波信號(hào)進(jìn)行緩 沖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其中所述增益級(jí)、所述濾波級(jí)及所述緩沖級(jí)堆疊 并耦合于電源電壓與電路接地之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其中所述放大器進(jìn)一步包含第二濾波級(jí)，其耦合到所述緩沖級(jí)且經(jīng)配置以提供針對(duì)所述輸入信號(hào)的額外濾 波。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電路，其中所述濾波級(jí)及所述第二濾波級(jí)形成橢圓形低通濾波器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電路，其中所述放大器進(jìn)一步包含第二緩沖級(jí)，其耦合到所述第二濾波級(jí)且經(jīng)配置以對(duì)來(lái)自所述第二濾波級(jí)的第二 經(jīng)濾波信號(hào)進(jìn)行緩沖。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成電路，其中所述增益級(jí)、所述濾波級(jí)、所述緩沖級(jí)、所述第二濾波級(jí)及所述第二緩沖級(jí)堆疊并耦合于電源電壓與電路接地之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述增益級(jí)包含晶體管，其經(jīng)配置以放大所述輸入信號(hào)并驅(qū)動(dòng)所述濾波級(jí)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述濾波級(jí)包含-電感器，其耦合到所述增益級(jí)的輸出，以及第一電容器，其與所述電感器并聯(lián)耦合，所述電感器及所述第一電容器形成諧振 器槽，所述諧振器槽用于傳遞所要信號(hào)并在所述諧振器槽的諧振頻率附近使干擾信 號(hào)衰減。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成電路，其中所述濾波級(jí)進(jìn)一步包含.-第二電容器，其耦合到所述電感器的第一端且在高頻率下形成低阻抗路徑。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的集成電路，其中所述濾波級(jí)進(jìn)一步包含第三電容器，其耦合到所述電感器的第二端且在高頻率下形成第二低阻抗路徑。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成電路，其中所述放大器在特定頻率下具有最大信號(hào)衰減 標(biāo)準(zhǔn)，且其中所述諧振器槽在所述特定頻率附近提供凹口 。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述增益級(jí)經(jīng)配置以提供反相輸出及非反相輸出，且其中所述濾波級(jí)包含第一電感器及第一電容器，其并聯(lián)耦合并耦合到所述增益級(jí)的所述反相輸出，以及第二電感器及第二電容器，其并聯(lián)耦合并耦合到所述增益級(jí)的所述非反相輸出。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成電路，其中所述濾波級(jí)進(jìn)一步包含第三電容器，其耦合于所述增益級(jí)的所述反相與非反相輸出之間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成電路，其中所述第一及第二電感器經(jīng)形成以實(shí)現(xiàn)相消 性耦合。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成電路，其中所述第一電感器以在順時(shí)針?lè)较蛏系牡谝?螺旋電感器來(lái)實(shí)施且所述第二電感器以在逆時(shí)針?lè)较蛏系牡诙菪姼衅鱽?lái)實(shí)施。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述增益級(jí)經(jīng)配置以放大手持式裝置的數(shù)字 視頻廣播(DVB-H)、陸地電視廣播的集成服務(wù)數(shù)字廣播(ISDB-T)或MediaFLO 的廣播信號(hào)。
18. —種設(shè)備，其包含放大器，其經(jīng)配置以接收輸入信號(hào)并提供輸出信號(hào)，所述放大器包含 增益級(jí)，其經(jīng)配置以提供針對(duì)所述輸入信號(hào)的信號(hào)放大，以及 濾波級(jí)，其耦合到所述增益級(jí)且經(jīng)配置以提供針對(duì)所述輸入信號(hào)的濾波。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述放大器進(jìn)一步包含緩沖級(jí)，其耦合到所述濾波級(jí)且經(jīng)配置以對(duì)來(lái)自所述濾波級(jí)的經(jīng)濾波信號(hào)進(jìn)行緩 沖。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述增益級(jí)、所述濾波級(jí)及所述緩沖級(jí)堆疊并 耦合于電源電壓與電路接地之間。
21. —種設(shè)備，其包含第一增益級(jí)，其經(jīng)配置以在被啟用時(shí)提供針對(duì)輸入信號(hào)的信號(hào)放大且輸出第一經(jīng) 放大信號(hào)；第一濾波級(jí)，其耦合到所述第一增益級(jí)且經(jīng)配置以提供針對(duì)所述第一經(jīng)放大信號(hào) 的濾波；以及第二增益級(jí)，其經(jīng)配置以在被啟用時(shí)提供針對(duì)所述輸入信號(hào)的信號(hào)放大且輸出第 二經(jīng)放大信號(hào)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述第一增益級(jí)提供第一增益，且所述第二增 益級(jí)提供小于所述第一增益的第二增益。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含-第一緩沖級(jí)，其耦合到所述第一濾波級(jí)且經(jīng)配置以對(duì)來(lái)自所述第一濾波級(jí)的經(jīng)濾 波信號(hào)進(jìn)行緩沖；以及第二緩沖級(jí)，其耦合到所述第二增益級(jí)且經(jīng)配置以對(duì)所述第二經(jīng)放大信號(hào)進(jìn)行緩 沖。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含第二濾波級(jí)，其耦合到所述第一及第二緩沖級(jí)且經(jīng)配置以提供針對(duì)所述第一或第二經(jīng)放大信號(hào)的濾波。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含第三緩沖級(jí)，其耦合到所述第二濾波級(jí)且經(jīng)配置以對(duì)來(lái)自所述第二濾波級(jí)的第二 經(jīng)濾波信號(hào)進(jìn)行緩沖。
26. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含衰減器，其經(jīng)配置以接收所述輸入信號(hào)并提供經(jīng)衰減信號(hào)，其中所述第二增益級(jí) 經(jīng)配置以在被啟用時(shí)放大所述經(jīng)衰減信號(hào)且輸出所述第二經(jīng)放大信號(hào)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述第一及第二增益級(jí)以及所述第一濾波級(jí)形 成低噪聲放大器(LNA)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述第一增益級(jí)包含至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，其耦合于所述第一增益級(jí)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)與交流電(AC)接地之間 且經(jīng)配置以在被啟用時(shí)隔離所述第一增益級(jí)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述第一及第二增益級(jí)以及所述第一濾波級(jí)以 差動(dòng)電路來(lái)實(shí)施。
30. —種方法，其包含以增益級(jí)來(lái)放大輸入信號(hào)以獲得經(jīng)放大信號(hào)；以及以濾波級(jí)來(lái)對(duì)所述經(jīng)放大信號(hào)進(jìn)行濾波以獲得經(jīng)濾波信號(hào)，所述增益級(jí)及所述濾 波級(jí)是具有集成式濾波器的放大器的一部分。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其進(jìn)一步包含-以緩沖級(jí)來(lái)對(duì)所述經(jīng)濾波信號(hào)進(jìn)行緩沖以獲得經(jīng)緩沖信號(hào)，所述緩沖級(jí)是所述具 有集成式濾波器的放大器的一部分。
32. —種設(shè)備，其包含用于放大輸入信號(hào)以獲得經(jīng)放大信號(hào)的裝置；以及用于對(duì)所述經(jīng)放大信號(hào)進(jìn)行濾波以獲得經(jīng)濾波信號(hào)的裝置，所述用于放大的裝置及所述用于濾波的裝置是具有集成式濾波器的放大器的一部分。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于對(duì)所述經(jīng)濾波信號(hào)進(jìn)行緩沖以獲得經(jīng)緩沖信號(hào)的裝置，所述用于緩沖的裝置 是所述具有集成式濾波器的放大器的一部分。
全文摘要
本發(fā)明描述一種具有集成式濾波器的放大器(例如LNA)。在一個(gè)設(shè)計(jì)中，所述放大器可包括增益級(jí)(330)、濾波級(jí)(340)及緩沖級(jí)(350)。所述增益級(jí)(330)可提供針對(duì)輸入信號(hào)(Vin)的信號(hào)放大。所述濾波級(jí)(340)可提供針對(duì)所述輸入信號(hào)的濾波。所述緩沖級(jí)(350)可對(duì)來(lái)自所述濾波級(jí)(340)的經(jīng)濾波信號(hào)進(jìn)行緩沖。所述放大器可進(jìn)一步包括第二濾波級(jí)(360)及第二緩沖級(jí)(370)。所述第二濾波級(jí)(360)可提供針對(duì)所述輸入信號(hào)的額外濾波。所述第二緩沖級(jí)(370)可對(duì)來(lái)自所述第二濾波級(jí)的第二經(jīng)濾波信號(hào)進(jìn)行緩沖。所有所述級(jí)可堆疊并耦合于電源電壓與電路接地之間。所述濾波級(jí)可實(shí)施橢圓形低通濾波器。每一濾波級(jí)可包括并聯(lián)耦合并形成諧振器槽以使干擾信號(hào)衰減的電感器及電容器。
文檔編號(hào)H03F1/22GK101617469SQ200880005567
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月23日
發(fā)明者古爾坎瓦爾·辛格·薩霍塔, 蓋伊·克萊門(mén)斯, 肯尼思·查爾斯·巴尼特, 蘇尚塔·森古普塔, 金泰旭 申請(qǐng)人:高通股份有限公司