專利名稱：具有可編程關(guān)斷電壓的放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電子器件，且更具體來(lái)說(shuō)，涉及一種放大器。
背景技術(shù)：
放大器通常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)，例如蜂窩式電話的無(wú)線通信裝置可包括用于雙向通信的發(fā)射器和接收器。 發(fā)射器可利用驅(qū)動(dòng)器放大器(DA)和功率放大器(PA)，接收器可利用低噪聲放大器(LNA)， 且發(fā)射器和接收器可利用可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)。亞微米互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)制造工藝通常用于無(wú)線裝置和其它電子裝置中的射頻(RF)電路，以便降低成本和改進(jìn)集成。然而，以亞微米CMOS工藝制造的晶體管通常具有小的物理尺寸，且更易受到歸因于大的信號(hào)擺幅的應(yīng)力。所述應(yīng)力可不利地影響用這些晶體管實(shí)施的放大器的可靠性。迫切需要具有良好性能和良好可靠性的放大器。


圖1展示無(wú)線通信裝置的方框圖。圖2展示放大器的示意圖。圖3展示具有改進(jìn)的可靠性的放大器的示意圖。圖4展示氧化物壽命對(duì)漏極到柵極電壓(Vdg)的曲線圖。圖5展示可編程關(guān)斷電壓對(duì)輸出信號(hào)電平。圖6展示關(guān)斷電壓產(chǎn)生器的示意圖。圖7展示用于操作放大器的過(guò)程。
具體實(shí)施例方式本文中將詞“示范性”用以指“充當(dāng)一實(shí)例、例子或說(shuō)明”。本文中描述為“示范性” 的任何設(shè)計(jì)沒(méi)有必要解釋為比其它設(shè)計(jì)優(yōu)選或有利。具有良好性能和改進(jìn)的可靠性的放大器描述于本文中。放大器可用于各種電子裝置，例如，無(wú)線通信裝置、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、廣播接收器、藍(lán)牙裝置、消費(fèi)型電子裝置等。為清楚起見(jiàn)，在下文中描述放大器在可為蜂窩式電話或某一其它裝置的無(wú)線裝置中的使用。圖1展示無(wú)線通信裝置100的示范性設(shè)計(jì)的方框圖。在此示范性設(shè)計(jì)中，無(wú)線裝置100包括數(shù)據(jù)處理器110和收發(fā)器120。收發(fā)器120包括支持雙向無(wú)線通信的發(fā)射器130 和接收器150。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)線裝置100可包括用于任何數(shù)目個(gè)通信系統(tǒng)和任何數(shù)目個(gè)頻帶的任何數(shù)目個(gè)發(fā)射器和任何數(shù)目個(gè)接收器。在發(fā)射路徑中，數(shù)據(jù)處理器110處理待發(fā)射的數(shù)據(jù)且將模擬輸出信號(hào)提供到發(fā)射器130。在發(fā)射器130內(nèi)，模擬輸出信號(hào)由放大器(Amp) 132放大，由低通濾波器134濾波以移除由數(shù)/模轉(zhuǎn)換造成的圖像，由VGA 136放大，且由混頻器138從基帶上變頻到RF。經(jīng)上變頻的信號(hào)由濾波器140濾波以移除由上變頻造成的圖像，進(jìn)一步由驅(qū)動(dòng)器放大器 (DA) 142和功率放大器(PA) 144放大，經(jīng)由雙工器/開(kāi)關(guān)146路由，且經(jīng)由天線148發(fā)射。在接收路徑中，天線148接收來(lái)自基站的信號(hào)且提供所接收的信號(hào)，所述所接收的信號(hào)經(jīng)由雙工器/開(kāi)關(guān)146路由且被提供給接收器150。在接收器150內(nèi)，所接收的信號(hào)由LNA 152放大，由帶通濾波器154濾波，且由混頻器156從RF下變頻到基帶。經(jīng)下變頻的信號(hào)由VGA 158放大，由低通濾波器160濾波且由放大器162放大以獲得被提供到數(shù)據(jù)處理器110的模擬輸入信號(hào)。圖1展示實(shí)施直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)的發(fā)射器130和接收器150，所述直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)在一個(gè)級(jí)中將信號(hào)在RF與基帶之間進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。發(fā)射器130和/或接收器150還可實(shí)施超外差架構(gòu)，所述超外差架構(gòu)在多個(gè)級(jí)中將信號(hào)在RF與基帶之間進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。本機(jī)振蕩器 (LO)產(chǎn)生器170產(chǎn)生發(fā)射LO信號(hào)和接收LO信號(hào)，且將其分別提供到混頻器138和156。鎖相環(huán)路(PLL) 172接收來(lái)自數(shù)據(jù)處理器110的控制信息，且將控制信號(hào)提供到LO產(chǎn)生器170 以產(chǎn)生適當(dāng)頻率下的發(fā)射LO信號(hào)和接收LO信號(hào)。圖1展示示范性收發(fā)器設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)射器130和接收器150中的信號(hào)的調(diào)節(jié)可由放大器、濾波器、混頻器等的一個(gè)或一個(gè)以上級(jí)執(zhí)行。這些電路塊可與圖1中所展示的配置不同地布置。此外，圖1中未展示的其它電路塊也可用以調(diào)節(jié)發(fā)射器和接收器中的信號(hào)。還可省略圖1中的一些電路塊?？稍谀M集成電路(IC)、RF IC(RFIC)、復(fù)合信號(hào)IC 等上實(shí)施收發(fā)器120的全部或一部分。舉例來(lái)說(shuō)，可在RFIC上實(shí)施發(fā)射器130中的放大器 132到驅(qū)動(dòng)器放大器142，而可在所述RFIC外部實(shí)施功率放大器144。數(shù)據(jù)處理器110可執(zhí)行無(wú)線裝置100的各種功能，例如，對(duì)所發(fā)射和所接收的數(shù)據(jù)的處理。存儲(chǔ)器112可存儲(chǔ)用于數(shù)據(jù)處理器110的程序代碼和數(shù)據(jù)?？稍谝粋€(gè)或一個(gè)以上專用集成電路(ASIC)和/或其它IC上實(shí)施數(shù)據(jù)處理器110。如圖1中所展示，發(fā)射器和接收器可包括各種放大器?？梢愿鞣N方式實(shí)施每一放大器。圖2展示可用于圖1中的DA 142、PA 144、LNA 152、VGA 136和158和/或其它放大器的放大器200的示意圖。放大器200包括并聯(lián)耦合的K個(gè)放大器級(jí)210a到210k，其中K可為任何整數(shù)值。還可將放大器級(jí)稱作分支等。在每一放大器級(jí)210內(nèi)，N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)晶體管212的源極耦合到電路接地，且其柵極接收輸入信號(hào)Vin。常?？苫Q地使用術(shù)語(yǔ)“晶體管”和“裝置”。NMOS晶體管214的源極耦合到NMOS晶體管212 的漏極，且其漏極耦合到提供輸出信號(hào)Vout的節(jié)點(diǎn)X。NMOS晶體管212為在其柵極處接收 Vin信號(hào)、放大所述Vin信號(hào)且在其漏極處提供經(jīng)放大的信號(hào)的增益晶體管。NMOS晶體管 214為其柵極耦合到AC接地的共源共柵晶體管。NMOS晶體管214在其源極處接收經(jīng)放大的信號(hào)，且在其漏極處提供Vout信號(hào)。反相器220的輸入接收Bk控制信號(hào)，且其輸出提供用于NMOS晶體管214的控制電壓，其中ke {1，...，K}。可使用P溝道MOS (PMOS)晶體管和NMOS晶體管來(lái)實(shí)施反相器 220，所述晶體管的柵極耦合在一起并形成反相器輸入，且其漏極耦合在一起并形成反相器輸出。PMOS晶體管的源極可耦合到電源Vdd，且NMOS晶體管的源極可耦合到電路接地，如圖2中所展示。電阻器222耦合于反相器220的輸出與NMOS晶體管214的柵極之間。電感器230耦合于節(jié)點(diǎn)X與Vdd供應(yīng)電壓之間。電感器230提供用于所有經(jīng)啟用的放大器級(jí)中的NMOS晶體管212和214的偏置電流。電感器230還可用于輸出阻抗匹配?？山?jīng)由相應(yīng)Bk控制信號(hào)個(gè)別地啟用或停用K個(gè)放大器級(jí)210a到210k中的每一者。對(duì)于第k個(gè)放大器級(jí)來(lái)說(shuō)，當(dāng)Bk控制信號(hào)處于邏輯低時(shí)，反相器220在其輸出處提供 Vdd, NMOS晶體管214開(kāi)啟，且所述放大器級(jí)經(jīng)啟用。相反地，當(dāng)Bk控制信號(hào)處于邏輯高時(shí)， 反相器220在其輸出處提供0伏(V)，NM0S晶體管214關(guān)閉，且所述放大器級(jí)被停用。每一放大器級(jí)在經(jīng)啟用時(shí)提供信號(hào)增益。K個(gè)放大器級(jí)210a到210k可提供相等量的增益(例如，在所有K個(gè)放大器級(jí)具有相同晶體管大小的情況下)或可提供不同量的增益(例如，在所述K個(gè)放大器級(jí)具有不同晶體管大小的情況下)。舉例來(lái)說(shuō)，放大器級(jí)1中的NMOS晶體管212和214的大小(和增益)可為放大器級(jí)2中的NMOS晶體管212和214的兩倍，放大器級(jí)2中的NMOS晶體管212和214的大小可為下一放大器級(jí)中的NMOS晶體管212和214 的兩倍，等等?？赏ㄟ^(guò)啟用適當(dāng)放大器級(jí)來(lái)獲得放大器200的所要總增益。輸出信號(hào)電平可視放大器200的總增益而定(例如，可與放大器200的總增益成比例)。放大器200如下操作。對(duì)于經(jīng)啟用的每一放大器級(jí)，NMOS晶體管212放大Vin信號(hào)且提供經(jīng)放大的信號(hào)。NMOS晶體管212還執(zhí)行電壓到電流轉(zhuǎn)換。NMOS晶體管214緩沖經(jīng)放大的信號(hào)，提供為一的電流增益，且為Vout信號(hào)提供信號(hào)驅(qū)動(dòng)。電阻器222為RF阻斷電阻器，其在NMOS晶體管214的柵極處阻斷Vout信號(hào)中的RF信號(hào)分量。使用通常用于無(wú)線發(fā)射器中的驅(qū)動(dòng)器放大器的開(kāi)放漏極架構(gòu)來(lái)實(shí)施放大器200。 放大器200使用耦合于Vdd供應(yīng)電壓與所有K個(gè)放大器級(jí)210a到210k中的共源共柵晶體管214之間的電感器230。電感器230允許Vout信號(hào)擺動(dòng)高于Vdd電壓，這可有益于為放大器200獲得較高的1分貝(dB)壓縮點(diǎn)以及較好的鄰近溝道泄漏抑制(ACLR)和鄰近溝道功率抑制(ACPR)性能。然而，較大的Vout信號(hào)擺幅也可能給共源共柵晶體管214的可靠性帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)Vout信號(hào)高于Vdd時(shí)，所有K個(gè)放大器級(jí)210中的共源共柵晶體管214可觀察到可對(duì)這些共源共柵晶體管施加應(yīng)力的大電壓。對(duì)于經(jīng)啟用的每一放大器級(jí)210，可通過(guò)將Vdd施加到每一經(jīng)啟用的共源共柵晶體管的柵極而跨共源共柵晶體管214和增益晶體管212分?jǐn)俈out信號(hào)的電壓擺幅。然而， 當(dāng)(例如)在需要較小輸出信號(hào)電平的情況下由自動(dòng)增益控制(AGC)關(guān)閉共源共柵晶體管 214時(shí)，歸因于較大Vout信號(hào)擺幅而引起的應(yīng)力的大部分會(huì)出現(xiàn)。即使當(dāng)共源共柵晶體管 214關(guān)閉，所述共源共柵晶體管214仍連接到輸出節(jié)點(diǎn)X且將接著在其漏極處觀察到Vout 信號(hào)。在關(guān)斷狀態(tài)下，共源共柵晶體管214的柵極經(jīng)由反相器220而被拉到接地，且共源共柵晶體管214的源極還經(jīng)由操作為開(kāi)關(guān)的增益晶體管212而被拉到接地。在關(guān)斷狀態(tài)下， 共源共柵晶體管214的漏極到源極電壓Vds以及漏極到柵極電壓Vdg可大于Vdd (例如，達(dá) Vdd的兩倍)，且可超過(guò)額定裝置電壓。大的Vds和Vdg電壓可對(duì)共源共柵晶體管214施加應(yīng)力，且可不利地影響所述晶體管的可靠性和壽命。當(dāng)放大器200正以高增益/高輸出功率操作且一放大器級(jí)經(jīng)停用以降低增益時(shí)，應(yīng)力可尤其嚴(yán)重。此經(jīng)停用的放大器級(jí)中的共源共柵晶體管可觀察到可遠(yuǎn)高于Vdd的大的Vds和Vdg電壓。圖3展示放大器300的示范性設(shè)計(jì)的示意圖，放大器300具有可編程關(guān)斷電壓以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的可靠性。放大器300可用于圖1中的DA 142,PA 144,LNA 152,VGA 136和158， 和/或其它放大器。放大器300包括并聯(lián)耦合的K個(gè)放大器級(jí)310a到310k。在每一放大器級(jí)310內(nèi)，NMOS晶體管312的源極耦合到電路接地，且其柵極接收Vin信號(hào)。NMOS晶體管314的源極耦合到NMOS晶體管312的漏極，其柵極耦合到節(jié)點(diǎn)Ak，(其中k e {1，...， K})，且其漏極耦合到節(jié)點(diǎn)X。反相器320的輸入接收Bk控制信號(hào)，其上部供應(yīng)節(jié)點(diǎn)耦合到節(jié)點(diǎn)Y，且其下部供應(yīng)節(jié)點(diǎn)耦合到節(jié)點(diǎn)Z。電阻器322耦合于反相器320的輸出與節(jié)點(diǎn)Ak之間。電容器324耦合于節(jié)點(diǎn)Ak與電路接地之間。還可用由級(jí)聯(lián)耦合的多個(gè)(例如，兩個(gè)) 反相器組成的緩沖器來(lái)代替反相器320。Bk控制信號(hào)可視是反相器還是緩沖器用于放大器級(jí)310中而具有不同極性。電感器330耦合于Vdd電源與提供Vout信號(hào)的節(jié)點(diǎn)X之間。Von電壓產(chǎn)生器340 將接通電壓Von提供到節(jié)點(diǎn)Y，且可用電阻器、電容器、晶體管等來(lái)實(shí)施。Von電壓可等于 Vdd或Vdd的分?jǐn)?shù)。當(dāng)啟用放大器級(jí)時(shí)，可選擇Von電壓以提供跨共源共柵晶體管314和增益晶體管312的所要電壓降。還可省略Von電壓產(chǎn)生器340，且節(jié)點(diǎn)Y可直接耦合到Vdd電源。Voff電壓產(chǎn)生器350將關(guān)斷電壓Voff提供到節(jié)點(diǎn)Z，且可如下文所描述來(lái)實(shí)施。圖3 中未展示的另一電壓產(chǎn)生器可產(chǎn)生用于所有K個(gè)放大器級(jí)310中的NMOS晶體管312的柵極的偏置電壓。K個(gè)放大器級(jí)310a到310k中的每一者可經(jīng)由用于那個(gè)級(jí)的Bk控制信號(hào)而經(jīng)個(gè)別地啟用或停用?？赏ㄟ^(guò)對(duì)Bk控制信號(hào)提供邏輯低而啟用第k個(gè)放大器級(jí)，這導(dǎo)致反相器 320經(jīng)由電阻器322將Von電壓提供到NMOS晶體管314的柵極且開(kāi)啟所述NMOS晶體管。 相反地，可通過(guò)對(duì)Bk控制信號(hào)提供邏輯高而停用第k個(gè)放大器級(jí)，這導(dǎo)致反相器320經(jīng)由電阻器322將Voff電壓提供到NMOS晶體管314的柵極且關(guān)閉所述NMOS晶體管。共源共柵放大器300操作如下。對(duì)于經(jīng)啟用的每一放大器級(jí)310，NM0S晶體管312 作為放大Vin信號(hào)的增益晶體管而操作。NMOS晶體管314通過(guò)其柵極處的Von電壓而啟用，作為緩沖來(lái)自NMOS晶體管312的經(jīng)放大的信號(hào)的共源共柵晶體管而操作，且為Vout信號(hào)提供信號(hào)驅(qū)動(dòng)。電阻器322為RF阻斷電阻器，其在NMOS晶體管314的柵極處阻斷Von 電壓中的RF信號(hào)分量。電容器324穩(wěn)定NMOS晶體管314的柵極電壓以改進(jìn)NMOS晶體管 314的增益。對(duì)于經(jīng)停用的每一放大器級(jí)，NMOS晶體管314在其柵極處接收Voff電壓且被關(guān)閉?？墒褂镁哂斜艠O氧化物的薄氧化物NMOS晶體管來(lái)實(shí)施NMOS晶體管312和314， 以便獲得良好的RF性能。薄氧化物NMOS晶體管的柵極氧化物的可靠性取決于所述NMOS 晶體管在其關(guān)閉時(shí)的Vdg電壓。薄氧化物NMOS晶體管的壽命在柵極氧化物洞穿之前可由時(shí)間相依電介質(zhì)擊穿(TDDB)函數(shù)給出。TDDB函數(shù)可用等式經(jīng)模型化或可經(jīng)由計(jì)算機(jī)仿真來(lái)確定。圖4展示氧化物壽命對(duì)Vdg電壓的曲線圖。水平軸表示Vdg電壓且以線性標(biāo)度給出。垂直軸線表示氧化物壽命且以對(duì)數(shù)標(biāo)度給出。曲線410展示薄氧化物NMOS晶體管的氧化物壽命對(duì)Vdg電壓。曲線420展示薄氧化物PMOS晶體管的氧化物壽命對(duì)Vdg電壓。虛線430表示目標(biāo)氧化物壽命，其可為如圖4中所展示的10年或某一其它持續(xù)時(shí)間。如圖4中所展示，可通過(guò)確保NMOS晶體管的Vdg電壓低于Vmaxl電壓而獲得所述 NMOS晶體管的目標(biāo)氧化物壽命?？赏ㄟ^(guò)確保PMOS晶體管的Vdg電壓低于VmaX2電壓而獲得所述PMOS晶體管的目標(biāo)氧化物壽命。曲線410和420以及Vmaxl電壓和Vmax2電壓可依賴于各種因素，例如，IC制造工藝、柵極氧化物厚度、柵極氧化物面積、溫度等。對(duì)于圖3中所展示的示范性設(shè)計(jì)，可將經(jīng)停用的NMOS晶體管314的Vdg電壓給出為Vdg = Vout-Voff0等式(1)Vdg電壓應(yīng)小于Vmaxl，以獲得NMOS晶體管314的所要氧化物壽命。如等式(1)中所展示，可通過(guò)增加Voff電壓來(lái)減小Vdg電壓。較高的Voff電壓可改進(jìn)氧化物壽命，這可為合意的。然而，由于VofT電壓在NMOS晶體管314被停用時(shí)施加到所述NMOS晶體管314 的柵極，因此所述Voff電壓應(yīng)如下受到限制Voff < Vth,等式(2)其中Vth為匪OS晶體管314的閾值電壓。較高的Voff電壓可在匪OS晶體管314 關(guān)閉時(shí)增加穿過(guò)所述NMOS晶體管314的泄漏電流，這可為不合意的?？苫谘趸锟煽啃耘c泄漏電流之間的折衷來(lái)選擇Voff電壓?？蓪dg電壓分解為直流(DC)部分和交流(AC)部分。Vdg電壓的DC部分可視 Voff電壓以及可與(例如，等于)Von相關(guān)的Vout信號(hào)的DC部分而定。Vdg電壓的AC部分可視Vout信號(hào)的AC部分而定。NMOS晶體管314的寄生漏極到柵極電容Cdg可有助于維持Vdg電壓且減少Vout信號(hào)的AC部分的耦合的量。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，Voff電壓可為可視輸出信號(hào)電平而定的可編程值。較大的 Voff電壓可用于較大的輸出信號(hào)電平，且反過(guò)來(lái)也一樣。較大的Voff電壓可導(dǎo)致較多的泄漏電流。然而，可消耗較多電流以便提供較大的輸出信號(hào)電平。較高的泄漏電流可因此為較大的輸出信號(hào)電平下的總電流的小百分比?？舍槍?duì)低輸出信號(hào)電平將Voff電壓設(shè)定到 OV，且泄漏電流在此狀況下將不出現(xiàn)。圖5展示可編程Voff電壓的示范性設(shè)計(jì)。水平軸表示可以相對(duì)于一毫瓦的分貝 (dBm)為單位給出的輸出信號(hào)電平。垂直軸表示可以伏為單位給出的Voff電壓。曲線510 展示Voff電壓對(duì)輸出信號(hào)電平。在圖5中所展示的示范性設(shè)計(jì)中，可基于輸出信號(hào)電平的四個(gè)范圍將Voff電壓設(shè)定到四個(gè)可能值中的一者。具體來(lái)說(shuō)，可針對(duì)Poutl或小于Poutl的輸出信號(hào)電平將VofT 電壓設(shè)定到Voffl，針對(duì)Poutl與Pout2之間的輸出信號(hào)電平將Voff電壓設(shè)定到Voff2， 針對(duì)Pout2與Pout3之間的輸出信號(hào)電平將Voff電壓設(shè)定到Voff3，或針對(duì)Pout3或大于 Pout3的輸出信號(hào)電平將Voff電壓設(shè)定到Voff4?？苫诟鞣N因素(例如，所要氧化物可靠性、NMOS晶體管的Vmax、輸出信號(hào)電平的所需總范圍等)來(lái)選擇Voffl到Voff4和Poutl 到Pout3。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，Voffl可等于OV，Voff2可等于100毫伏(mV)，Voff3可等于200mV，且Voff4可等于300mV。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，Poutl可等于4dBm，Pout2可等于8dBm，且Pout3可等于12dBm。還可將Voffl到Voff4和Poutl到Pout3設(shè)定到其它值。圖5展示針對(duì)輸出信號(hào)電平的不同范圍將Voff電壓設(shè)定到離散值的示范性設(shè)計(jì)。 一般來(lái)說(shuō)，任何數(shù)目個(gè)Voff值可用于輸出信號(hào)電平的任何數(shù)目個(gè)范圍。任何Voff值可用于輸出信號(hào)電平的每一范圍。在另一示范性設(shè)計(jì)中，可基于輸出信號(hào)電平來(lái)連續(xù)地調(diào)整Voff 電壓。對(duì)于兩種示范性設(shè)計(jì)，可基于用于K個(gè)放大器級(jí)310的Bl到BK控制信號(hào)來(lái)確定輸出信號(hào)電平。Bl到BK控制信號(hào)可因此用以產(chǎn)生Voff電壓。圖6展示圖3中的Voff電壓產(chǎn)生器350的示范性設(shè)計(jì)的示意圖。在Voff電壓產(chǎn)生器350內(nèi)，PMOS晶體管610的源極耦合到參考電壓Vref，且其柵極接收啟用信號(hào)Enb。可將Enb信號(hào)設(shè)定到邏輯高以停用Voff電壓產(chǎn)生器350，或設(shè)定到邏輯低以啟用Voff電壓產(chǎn)生器350。電阻器612、614、616和618串聯(lián)耦合且耦合于PMOS晶體管610的漏極與電路接地之間。電阻器612,614和616的底端分別提供Voff4、Voff3和Voff2。開(kāi)關(guān)622,624和 626的一端耦合到節(jié)點(diǎn)Z且其另一端分別接收Voff4、Voff3和Voff2。開(kāi)關(guān)6 耦合于節(jié)點(diǎn)Z與電路接地之間。開(kāi)關(guān)622,624,626和628分別通過(guò)S1、S2、S3和S4控制信號(hào)來(lái)斷開(kāi)和閉合。解碼器630可接收?qǐng)D3中的K個(gè)放大器級(jí)310的Bl到BK控制信號(hào)。解碼器630 可基于可指示輸出信號(hào)電平的Bl到BK控制信號(hào)而產(chǎn)生Sl到S4控制信號(hào)。圖6展示將Voff電壓設(shè)定到四個(gè)可能值中的一者的Voff電壓產(chǎn)生器350的示范性設(shè)計(jì)。電阻器612、614、616和618可具有適當(dāng)選擇的值以獲得四個(gè)所要Voff值。還可使用其它示范性設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)施VofT電壓產(chǎn)生器350。一般來(lái)說(shuō)，一種設(shè)備可包含多個(gè)放大器級(jí)以放大輸入信號(hào)且提供輸出信號(hào)，例如， 如圖3中所展示。所述多個(gè)放大器級(jí)可并聯(lián)耦合且可包含至少一個(gè)可切換放大器級(jí)。每一可切換放大器級(jí)可在接通狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)下操作且可包含耦合到共源共柵晶體管的增益晶體管。增益晶體管可在接通狀態(tài)下放大輸入信號(hào)并提供經(jīng)放大的信號(hào)，且可在關(guān)斷狀態(tài)下不放大所述輸入信號(hào)。共源共柵晶體管可在接通狀態(tài)下緩沖經(jīng)放大的信號(hào)并提供輸出信號(hào)，且可在關(guān)斷狀態(tài)下基于關(guān)斷電壓而被停用。關(guān)斷電壓可大于零伏或可具有多個(gè)可能值中的一者。關(guān)斷電壓還可小于共源共柵晶體管的閾值電壓。每當(dāng)所述設(shè)備正發(fā)射時(shí)，可啟用至少一個(gè)放大器級(jí)。可啟用或停用所述至少一個(gè)可切換放大器級(jí)以獲得目標(biāo)輸出信號(hào)電平。電感器可耦合于所有放大器級(jí)的輸出與供應(yīng)電壓之間。輸出信號(hào)可接著具有低于和高于所述供應(yīng)電壓的電壓擺幅。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，第一電壓產(chǎn)生器可基于輸出信號(hào)電平而產(chǎn)生關(guān)斷電壓。關(guān)斷電壓的所述多個(gè)可能值(其可包括零伏)可與輸出信號(hào)電平的多個(gè)范圍相關(guān)聯(lián)?？蓪㈥P(guān)斷電壓設(shè)定到基于覆蓋當(dāng)前輸出信號(hào)電平的范圍所確定的值。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，第一電壓產(chǎn)生器可接收用于所述至少一個(gè)可切換放大器級(jí)的至少一個(gè)控制信號(hào)，且可基于所述至少一個(gè)控制信號(hào)而產(chǎn)生關(guān)斷電壓。每一控制信號(hào)可將對(duì)應(yīng)的可切換放大器級(jí)設(shè)定到接通狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，第一電壓產(chǎn)生器可包含多個(gè)電阻器，所述多個(gè)電阻器串聯(lián)耦合且提供關(guān)斷電壓的所述多個(gè)可能值，例如，如圖6中所展示。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，每一可切換放大器級(jí)可進(jìn)一步包含反相器(如圖3中所展示)或緩沖器(其可由兩個(gè)反相器的級(jí)聯(lián)構(gòu)成)以接收用于可切換放大器級(jí)的控制信號(hào)且提供用于共源共柵晶體管的控制電壓。反相器/緩沖器可耦合于用以啟用共源共柵晶體管的接通電壓(例如，Vdd或Von)與關(guān)斷電壓之間。每一可切換放大器級(jí)可進(jìn)一步包含(i) 電阻器，其耦合于反相器/緩沖器的輸出與共源共柵晶體管的柵極之間；以及(ii)電容器， 其耦合于共源共柵晶體管的柵極與電路接地之間。第二電壓產(chǎn)生器可接收輸出信號(hào)且產(chǎn)生用于每一可切換放大器級(jí)中的反相器/緩沖器的接通電壓。可使用NMOS晶體管(如圖3中所展示)、PM0S晶體管或其它類型的晶體管來(lái)實(shí)施每一可切換放大器級(jí)的增益晶體管和共源共柵晶體管?？舍槍?duì)不同類型的晶體管將關(guān)斷電壓和接通電壓設(shè)定到不同值。圖7展示用于操作放大器的過(guò)程700的示范性設(shè)計(jì)?？稍诮油顟B(tài)下使用增益晶體管放大輸入信號(hào)以獲得經(jīng)放大的信號(hào)(方框71 ?？稍诮油顟B(tài)下使用共源共柵晶體管緩沖經(jīng)放大的信號(hào)以獲得輸出信號(hào)(方框714)?？稍陉P(guān)斷狀態(tài)下使用關(guān)斷電壓停用共源共柵晶體管，其中關(guān)斷電壓大于零伏或具有多個(gè)可能值中的一者(方框716)。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，可基于輸出信號(hào)電平而產(chǎn)生關(guān)斷電壓(方框718)?？稍谳敵鲂盘?hào)電平低于閾值的情況下將關(guān)斷電壓設(shè)定到零伏，或在輸出信號(hào)電平大于閾值的情況下設(shè)定到大于零伏的值?？稍陉P(guān)斷狀態(tài)下將共源共柵晶體管的控制電壓設(shè)定到關(guān)斷電壓， 或在接通狀態(tài)下設(shè)定到接通電壓。接通電壓可基于輸出信號(hào)而產(chǎn)生，或可被設(shè)定到預(yù)定值 (例如，Vdd)。在一個(gè)示范性設(shè)計(jì)中，可啟用并聯(lián)耦合的多個(gè)放大器級(jí)中的至少一者，且可停用剩余放大器級(jí)。每一放大器級(jí)可包含增益晶體管和共源共柵晶體管?？墒褂藐P(guān)斷電壓停用每一經(jīng)停用的放大器級(jí)中的共源共柵晶體管?？苫谠诙鄠€(gè)放大器級(jí)中啟用哪至少一個(gè)放大器級(jí)而產(chǎn)生關(guān)斷電壓。本文中所描述的放大器可改進(jìn)經(jīng)停用的晶體管的可靠性，所述經(jīng)停用的晶體管可耦合到與經(jīng)啟用的晶體管所耦合到的輸出節(jié)點(diǎn)相同的輸出節(jié)點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，每一經(jīng)停用的晶體管的柵極可在不需要由那個(gè)晶體管進(jìn)行RF放大時(shí)耦合到低Voff電壓(而非電路接地)。Voff電壓可為可編程的(例如，經(jīng)由串行總線接口)，使得較大的Voff值可用于較大的輸出信號(hào)電平，且反過(guò)來(lái)也一樣，例如，如圖5中所展示。針對(duì)圖3中所展示的示范性放大器設(shè)計(jì)而執(zhí)行計(jì)算機(jī)仿真。計(jì)算機(jī)仿真展示在Voff電壓大于OV的情況下在較高的輸出信號(hào)范圍中RF性能降級(jí)可忽略(在增益、功率、線性度和噪聲方面)。放大器可因此在不犧牲RF性能和泄漏電流的情況下改進(jìn)經(jīng)停用的晶體管的可靠性。可在IC、模擬IC、RFIC、復(fù)合信號(hào)IC、ASIC、印刷電路板(PCB)、電子裝置等上實(shí)施本文中所描述的放大器。放大器還可用例如CM0S、NM0S、PM0S、雙極結(jié)晶體管(BJT)、雙極 CMOS (BiCMOS)、硅鍺(SiGe)、砷化鎵(GaAs)等各種IC工藝技術(shù)來(lái)制造。實(shí)施本文中所描述的放大器的設(shè)備可為獨(dú)立裝置或可為較大裝置的部分。裝置可為(i)獨(dú)立IC ； (ii)可包括用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和/或指令的存儲(chǔ)器IC的一個(gè)或一個(gè)以上IC的集合；(iii)例如RF接收器(RFR)或RF發(fā)射器/接收器(RTR)的RFIC ； (iv)例如移動(dòng)臺(tái)調(diào)制解調(diào)器(MSM)的ASIC;(v)可嵌入其它裝置內(nèi)的模塊；(vi)接收器、蜂窩式電話、無(wú)線裝置、手持機(jī)或移動(dòng)單元；(vii)等。在一個(gè)或一個(gè)以上示范性設(shè)平計(jì)中，所描述的功能可以硬件、軟件、固件或其任何組合來(lái)實(shí)施。如果以軟件實(shí)施，則所述功能可作為一個(gè)或一個(gè)以上指令或代碼存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀媒體上或經(jīng)由計(jì)算機(jī)可讀媒體進(jìn)行傳輸。計(jì)算機(jī)可讀媒體包括計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)媒體和通信媒體兩者，通信媒體包括促進(jìn)將計(jì)算機(jī)程序從一處傳遞到另一處的任何媒體。存儲(chǔ)媒體可為可由計(jì)算機(jī)存取的任何可用媒體。以實(shí)例而非限制的方式，所述計(jì)算機(jī)可讀媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲(chǔ)裝置、磁盤存儲(chǔ)裝置或其它磁性存儲(chǔ)裝置，或可用于以指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式載運(yùn)或存儲(chǔ)所要程序代碼且可由計(jì)算機(jī)存取的任何其它媒體。而且，可適當(dāng)?shù)貙⑷魏芜B接稱為計(jì)算機(jī)可讀媒體。舉例來(lái)說(shuō)，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字訂戶線(DSL)，或例如紅外線、無(wú)線電和微波的無(wú)線技術(shù)從網(wǎng)站、服務(wù)器或其它遠(yuǎn)程源發(fā)射軟件，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL，或例如紅外線、無(wú)線電和微波的無(wú)線技術(shù)包括在媒體的定義中。如本文中所使用，磁盤和光盤包括壓縮光盤(CD)、激光光盤、光學(xué)光盤、數(shù)字多功能光盤(DVD)、軟盤和藍(lán)光光盤，其中磁盤通常以磁性方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而光盤用激光以光學(xué)方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上述各者的組合也應(yīng)包括在計(jì)算機(jī)可讀媒體的范圍內(nèi)。 提供對(duì)本發(fā)明的先前描述以使所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠制作或使用本發(fā)明。 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易明白對(duì)本發(fā)明的各種修改，且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，本文中所界定的一般原理可應(yīng)用于其它變化形式。因此，本發(fā)明無(wú)意限于本文中所描述的實(shí)例和設(shè)計(jì)，而是將賦予本發(fā)明與本文中所揭示的原理和新穎特征相一致的最廣范圍。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，其包含多個(gè)放大器級(jí)，其用以放大輸入信號(hào)且提供輸出信號(hào)，所述多個(gè)放大器級(jí)并聯(lián)耦合且包含至少一個(gè)可切換放大器級(jí)，每一可切換放大器級(jí)在接通狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)下操作且包含增益晶體管，其用以在所述接通狀態(tài)下放大所述輸入信號(hào)并提供經(jīng)放大的信號(hào)，且用以在所述關(guān)斷狀態(tài)下不放大所述輸入信號(hào)，和共源共柵晶體管，其耦合到所述增益晶體管且用以在所述接通狀態(tài)下緩沖所述經(jīng)放大的信號(hào)并提供所述輸出信號(hào)，所述共源共柵晶體管在所述關(guān)斷狀態(tài)下基于關(guān)斷電壓而被停用，所述關(guān)斷電壓大于零伏或具有多個(gè)可能值中的一者。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含電壓產(chǎn)生器，其用以基于輸出信號(hào)電平而產(chǎn)生所述關(guān)斷電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，所述關(guān)斷電壓的所述多個(gè)可能值與輸出信號(hào)電平的多個(gè)范圍相關(guān)聯(lián)，且所述關(guān)斷電壓被設(shè)定到基于覆蓋所述輸出信號(hào)電平的范圍所確定的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含電壓產(chǎn)生器，其用以接收用于所述至少一個(gè)可切換放大器級(jí)的至少一個(gè)控制信號(hào)，且用以基于所述至少一個(gè)控制信號(hào)而產(chǎn)生所述關(guān)斷電壓，每一控制信號(hào)將對(duì)應(yīng)的可切換放大器級(jí)設(shè)定到所述接通狀態(tài)或所述關(guān)斷狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含電壓產(chǎn)生器，其包含多個(gè)電阻器，所述多個(gè)電阻器串聯(lián)耦合且提供所述關(guān)斷電壓的所述多個(gè)可能值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述關(guān)斷電壓的所述多個(gè)可能值包含零伏。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述關(guān)斷電壓小于所述共源共柵晶體管的閾值電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，每一可切換放大器級(jí)進(jìn)一步包含反相器或緩沖器，其用以接收用于所述可切換放大器級(jí)的控制信號(hào)且用以提供用于所述共源共柵晶體管的控制電壓，所述反相器或緩沖器耦合于用以啟用所述共源共柵晶體管的接通電壓與用以停用所述共源共柵晶體管的所述關(guān)斷電壓之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，每一可切換放大器級(jí)進(jìn)一步包含電阻器，其耦合于所述反相器或緩沖器的輸出與所述共源共柵晶體管的柵極之間，和電容器，其耦合于所述共源共柵晶體管的所述柵極與電路接地之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含電壓產(chǎn)生器，其用以接收所述輸出信號(hào)且產(chǎn)生用于每一可切換放大器級(jí)中的所述反相器或緩沖器的所述接通電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含電感器，其耦合于所述多個(gè)放大器級(jí)的輸出與供應(yīng)電壓之間，所述輸出信號(hào)具有低于和高于所述供應(yīng)電壓的電壓擺幅。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，當(dāng)所述設(shè)備正發(fā)射時(shí)，所述多個(gè)放大器級(jí)中的至少一者被啟用。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述至少一個(gè)可切換放大器級(jí)被啟用或停用以獲得目標(biāo)輸出信號(hào)電平。
14.一種集成電路，其包含多個(gè)放大器級(jí)，其用以放大輸入信號(hào)且提供輸出信號(hào)，所述多個(gè)放大器級(jí)并聯(lián)耦合且包含至少一個(gè)可切換放大器級(jí)，每一可切換放大器級(jí)在接通狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)下操作且包含增益晶體管，其用以在所述接通狀態(tài)下放大所述輸入信號(hào)并提供經(jīng)放大的信號(hào)，且用以在所述關(guān)斷狀態(tài)下不放大所述輸入信號(hào)，和共源共柵晶體管，其耦合到所述增益晶體管，且用以在所述接通狀態(tài)下緩沖所述經(jīng)放大的信號(hào)并提供所述輸出信號(hào)，所述共源共柵晶體管在所述關(guān)斷狀態(tài)下基于關(guān)斷電壓而被停用，所述關(guān)斷電壓大于零伏或具有多個(gè)可能值中的一者。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成電路，其進(jìn)一步包含 電壓產(chǎn)生器，其用以基于輸出信號(hào)電平而產(chǎn)生所述關(guān)斷電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集成電路，所述增益晶體管和所述共源共柵晶體管包含N 溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)晶體管或P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)晶體管。
17.一種方法，其包含在接通狀態(tài)下使用增益晶體管放大輸入信號(hào)以獲得經(jīng)放大的信號(hào)； 在所述接通狀態(tài)下使用共源共柵晶體管緩沖所述經(jīng)放大的信號(hào)并提供輸出信號(hào)；以及在關(guān)斷狀態(tài)下使用關(guān)斷電壓停用所述共源共柵晶體管，所述關(guān)斷電壓大于零伏或具有多個(gè)可能值中的一者。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包含 基于輸出信號(hào)電平而產(chǎn)生所述關(guān)斷電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，所述產(chǎn)生所述關(guān)斷電壓包含在所述輸出信號(hào)電平低于閾值的情況下將所述關(guān)斷電壓設(shè)定到零伏，和在所述輸出信號(hào)電平大于所述閾值的情況下將所述關(guān)斷電壓設(shè)定到大于零伏的值。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包含 基于所述輸出信號(hào)而產(chǎn)生接通電壓；以及在所述關(guān)斷狀態(tài)下將所述共源共柵晶體管的控制電壓設(shè)定到所述關(guān)斷電壓，或在所述接通狀態(tài)下設(shè)定到所述接通電壓。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包含啟用并聯(lián)耦合的多個(gè)放大器級(jí)中的至少一者，每一放大器級(jí)包含所述增益晶體管和所述共源共柵晶體管；以及使用所述關(guān)斷電壓停用每一經(jīng)停用的放大器級(jí)中的所述共源共柵晶體管。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其進(jìn)一步包含基于在所述多個(gè)放大器級(jí)中啟用哪至少一個(gè)放大器級(jí)而產(chǎn)生所述關(guān)斷電壓。
23.一種設(shè)備，其包含用于在接通狀態(tài)下放大輸入信號(hào)以獲得經(jīng)放大的信號(hào)的裝置； 用于在所述接通狀態(tài)下緩沖所述經(jīng)放大的信號(hào)并提供輸出信號(hào)的裝置；以及用于在關(guān)斷狀態(tài)下使用關(guān)斷電壓停用所述用于緩沖的裝置的裝置，所述關(guān)斷電壓大于零伏或具有多個(gè)可能值中的一者。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含 用于基于輸出信號(hào)電平而產(chǎn)生所述關(guān)斷電壓的裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，所述用于產(chǎn)生所述關(guān)斷電壓的裝置包含用于在所述輸出信號(hào)電平低于閾值的情況下將所述關(guān)斷電壓設(shè)定到零伏的裝置，和用于在所述輸出信號(hào)電平大于所述閾值的情況下將所述關(guān)斷電壓設(shè)定到大于零伏的值的裝置。
全文摘要
本發(fā)明描述一種具有多個(gè)級(jí)且具有改進(jìn)的可靠性的放大器(300)。所述多個(gè)放大器級(jí)并聯(lián)耦合且包括至少一個(gè)可切換放大器級(jí)。每一可切換放大器級(jí)可在接通狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)下操作且包括增益晶體管(312)和共源共柵晶體管(314)。所述增益晶體管(312)在所述接通狀態(tài)下放大輸入信號(hào)(Vin)并提供經(jīng)放大的信號(hào)，且在所述關(guān)斷狀態(tài)下被停用。所述共源共柵晶體管(314)在所述接通狀態(tài)下緩沖所述經(jīng)放大的信號(hào)并提供輸出信號(hào)，且在所述關(guān)斷狀態(tài)下基于關(guān)斷電壓(Voff)而被停用。所述關(guān)斷電壓(Voff)可大于零伏或可具有多個(gè)可能值中的一者。所述關(guān)斷電壓(Voff)可基于輸出信號(hào)電平而產(chǎn)生，例如，可針對(duì)輸出信號(hào)電平的不同范圍而被設(shè)定到不同值。
文檔編號(hào)H03F3/21GK102246412SQ200980149926
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日
發(fā)明者陳明輝 申請(qǐng)人:高通股份有限公司