專利名稱：高效率的單端轉(zhuǎn)雙端放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單端轉(zhuǎn)雙端放大器，特別是涉及一種具有電流重復(fù)使用特性的高 效率單端轉(zhuǎn)雙端放大器。
背景技術(shù)：
目前，電子裝置隨處可見(jiàn)，在任何可以想到的地方都可找到他們的蹤跡，例如家 里、工作場(chǎng)所、汽車內(nèi)、甚至我們的口袋里。另外隨著科技進(jìn)步，在同樣價(jià)格下，電子裝置變 的更加輕薄短小、更省電、卻提供更多更強(qiáng)大的功能。部分原因是由于更小的電子組件唾手 可得，像是晶體管、芯片電容等。然而，可改善規(guī)格的新穎電路架構(gòu)也是提升上述電子裝置 效能的一部分原因。放大器幾乎是每一電子裝置中的關(guān)鍵組件。放大器的電子特性變化范圍非常廣， 像是增益、頻寬、及線性度等；其應(yīng)用范圍也相當(dāng)廣泛，像是主動(dòng)濾波器(active filter)、 緩沖器、模擬訊號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字訊號(hào)(analog-to-digital)的轉(zhuǎn)換器、及RF收發(fā)器等。應(yīng)用在不同領(lǐng)域的放大器，其架構(gòu)不盡相同，其中一種放大器是單端轉(zhuǎn)雙端放大 器，其在RF電路的應(yīng)用中普遍當(dāng)作一種功率放大器。請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)說(shuō) 明一單端轉(zhuǎn)雙端放大器100的示意圖。單端轉(zhuǎn)雙端放大器100包括一第一晶體管Q1，一第 二晶體管Q2，一第一負(fù)載Z1，一第二負(fù)載Z2，一偏壓晶體管Qb，以及一第一電容Cl。第一 負(fù)載Zl耦合在第一晶體管Ql的集極和一第一供應(yīng)電源之間，第二負(fù)載Z2耦合在第二晶體 管Q2的集極和該第一供應(yīng)電源之間。第一電容Cl是耦接在第二晶體管Q2的基極和一交 流地端(AC ground) 0第一晶體管Ql的射極耦接到第二晶體管Q2的射極和偏壓晶體管Qb 的集極。偏壓晶體管Qb的射極耦接到地。第一晶體管Ql的基極輸入一單端訊號(hào)，第一晶 體管Ql的集極和第二晶體管Q2的集極分別輸出差動(dòng)訊號(hào)的一支。在單端轉(zhuǎn)雙端放大器100的架構(gòu)中，流經(jīng)第一晶體管Ql和第二晶體管Q2的偏壓 電流皆為I。因此，流經(jīng)偏壓晶體管Qb的偏壓電流是21。但單端轉(zhuǎn)雙端放大器100并非特 別有效率，因?yàn)槠珘壕w管Qb僅作為提供直流電流的電流源，并不提供放大功能。所以，在 單端轉(zhuǎn)雙端放大器100的架構(gòu)中，三個(gè)晶體管Ql、Q2及Qb僅形成一“單級(jí)”的單端轉(zhuǎn)雙端 放大器。請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)說(shuō)明一單端轉(zhuǎn)雙端低噪聲放大器(lownoise amplifier, LNA) 30的示意圖。圖3中的單端轉(zhuǎn)雙端低噪聲放大器包括兩晶體管301、302， 兩電流源303、304，兩電流源309、310，兩放大器305、306，一電阻320，一電容322，一電阻 307，一電阻308，一電阻324，一電容321，及一電容325。兩晶體管301、302被兩電流源303、 304以及另兩電流源309、310所偏壓，其中兩電流源303、304電連接至供應(yīng)電源Vcc，以及 兩電流源309、310電連接至地端。電阻320電連接至兩晶體管301、302的射極，作為一回 授組件。低噪聲放大器在節(jié)點(diǎn)INH輸入訊號(hào)，且在節(jié)點(diǎn)LMD通過(guò)電容322耦接至交流地端。 放大器305、306分別放大來(lái)自晶體管301、302的集極的輸出，而電阻307、308提供負(fù)回授， 確保流經(jīng)晶體管301、302的電流固定。利用電阻307、308、及320不僅改善低噪聲放大器的噪聲效能，也降低晶體管301、302的偏壓電流。請(qǐng)參照?qǐng)D4，圖4是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)說(shuō)明一第二單端轉(zhuǎn)雙端放大器40的示意圖。放 大器40包括一偏壓電路419，其供給偏壓電流給一晶體管432和一晶體管422。電壓轉(zhuǎn)電 流組件425轉(zhuǎn)換從節(jié)點(diǎn)423接收的一輸入電壓成為一輸入電流。該輸入電流造成流經(jīng)晶體 管432和晶體管422的電流有差動(dòng)變化，而差動(dòng)的電流是由二極管436、438所輸出。因此， 放大器40可產(chǎn)生一差動(dòng)輸出訊號(hào)。上述現(xiàn)有技術(shù)提供不同架構(gòu)的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，但沒(méi)有一種架構(gòu)的效能可符合 今日輕薄短小以及更加省電的需求
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種高效率的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，包括一第一晶體管，具 有一第一端用以接收一輸入訊號(hào)，一第二端，和一第三端耦接至一第二供應(yīng)電源；一第二晶 體管，具有一第一端，一第二端用以提供一第一差動(dòng)輸出訊號(hào)，和一第三端；一第三晶體管， 具有一第一端耦接至一交流地端(AC ground)，一第二端用以提供一第二差動(dòng)輸出訊號(hào)，和 一第三端耦接至該第二晶體管的該第三端；一第一扼流圈(choke)，耦接在該第二晶體管 的該第二端和一第一供應(yīng)電源之間；一第二扼流圈，耦接在該第三晶體管的該第二端和該 第一供應(yīng)電源之間；一功率耦合模塊(powercoupling module)，耦接在該第二晶體管的該 第一端和該第一晶體管的該第二端之間；及一腔，耦接在該第一晶體管的該第二端和該第 二晶體管的該第三端之間。


圖1是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)說(shuō)明單端轉(zhuǎn)雙端放大器的示意圖。圖2是本發(fā)明的一實(shí)施例說(shuō)明單端轉(zhuǎn)雙端放大器的示意圖。圖3是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)說(shuō)明單端轉(zhuǎn)雙端低噪聲放大器的示意圖。圖4是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)說(shuō)明第二單端轉(zhuǎn)雙端放大器的示意圖。圖5是本發(fā)明的一實(shí)施例說(shuō)明圖2中的腔的示意圖。附圖符號(hào)說(shuō)明30單端轉(zhuǎn)雙端低噪聲放大器40第二單端轉(zhuǎn)雙端放大器100、200單端轉(zhuǎn)雙端放大器210輸入匹配電路220輸出匹配電路230第一偏壓電路240第二偏壓電路250腔260第一扼流圈270第二扼流圈301,302,432,422 晶體管303、304、309、310 電流源
305、306放大器320、307、308、324 電阻419偏壓電路425電壓轉(zhuǎn)電流組件436、438二極管510電感511第一電阻520、321、325電容521第二電阻530第三電阻Cl第一電容C2耦合模塊INH, LMD,423節(jié)點(diǎn)Ll第一阻抗組件QUMl第一晶體管Q2、M2第二晶體管M3第三晶體管Qb偏壓晶體管Zl第一負(fù)載Z2第二負(fù)載
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2是本發(fā)明的一實(shí)施例說(shuō)明高效率的單端轉(zhuǎn)雙端放大器200的示意 圖。放大器200通過(guò)一輸入匹配電路210輸入一單端訊號(hào)，經(jīng)由一輸出匹配電路220輸出一 匹配輸出訊號(hào)，并由一第一偏壓電路230和一第二偏壓電路240所偏壓。放大器200包括 一第一晶體管Ml，和一第一阻抗組件Ll。第一晶體管Ml包括一源極，通過(guò)第一阻抗組件Ll 耦接至一第二供應(yīng)電源，一柵極，耦接至輸入匹配電路210，用以接收單端輸入訊號(hào)，以及一 漏極，用以輸出一第一輸出訊號(hào)。第一晶體管Ml是由第二偏壓電路240所偏壓。第一阻抗 組件Ll可包括一電感、一接合線、一接地線(down-bond)、一微帶線(microstrip line)、一 微帶網(wǎng)絡(luò)(microstripnetwork)、一互連線 interconnect line),及一通孑 L (via hole)中 的其一。放大器200還包括一第二晶體管M2、一第三晶體管M3、一第一扼流圈(Choke)260、一第二扼流圈270、一腔250、一第一電容Cl、及一耦合模塊C2。第二晶體管M2的柵極通過(guò) 耦合模塊C2從第一晶體管Ml的漏極輸入該第一輸出訊號(hào)。耦合模塊C2可以是一功率耦 合網(wǎng)絡(luò)(power couplingnetwork)、一電容，以及一匹配網(wǎng)絡(luò)中的其一。第二晶體管M2的 漏極通過(guò)第一扼流圈Chokel耦接至一第一供應(yīng)電源，第二晶體管M2的源極耦接至第三晶 體管M3的源極。第三晶體管M3的柵極通過(guò)第一電容Cl耦接至交流地端，第三晶體管M3 的漏極通過(guò)第二扼流圈270耦接至該第一供應(yīng)電源。第二晶體管M2和第三晶體管M3藉由 第一偏壓電路230偏壓。第二晶體管M2的漏極和第三晶體管M3的漏極耦接至輸出匹配電路220，用以輸出差動(dòng)輸出訊號(hào)。每一扼流圈260、270可包括一電感、一電容電感共振腔 (LCtank)、一主動(dòng)負(fù)載、一接合線、一互連線、一微帶線、一微帶網(wǎng)絡(luò)、及一電阻中的其一。第二晶體管M2的源極和第三晶體管M3的源極通過(guò)一腔250耦接至第一晶體管Ml 的漏極。請(qǐng)參照?qǐng)D5，圖5是說(shuō)明腔250的示意圖。圖5是實(shí)現(xiàn)腔250的一種方式，腔250 包括三條并聯(lián)電路，第一條并聯(lián)電路是一電感510串聯(lián)一第一電阻511，第二條并聯(lián)電路是 一電容520串聯(lián)一第二電阻521，第三條并聯(lián)電路是一第三電阻530。操作上第一晶體管Ml同時(shí)做為第一級(jí)放大器和第二晶體管M2、第三晶體管M3的 直流電流源，第二晶體管M2、第三晶體管M3形成第二級(jí)放大器，第二級(jí)放大器通過(guò)耦合模 塊C2放大第一晶體管Ml的輸出訊號(hào)，且將單端訊號(hào)(第一晶體管Ml的輸出訊號(hào))轉(zhuǎn)成雙 端訊號(hào)。腔250運(yùn)作在高頻時(shí)提供高阻抗，隔離第一晶體管Ml的漏極和第二晶體管M2、第 三晶體管M3的共源極節(jié)點(diǎn)。腔250運(yùn)作在低頻(直流狀況)時(shí)提供低阻抗，此時(shí)第一晶體 管Ml的漏極和第二晶體管M2、第三晶體管M3的共源極節(jié)點(diǎn)之間導(dǎo)通，所以第一晶體管Ml 的直流電流可被第二晶體管M2、第三晶體管M3重復(fù)使用(reuse)。放大器200之所以比上述現(xiàn)有技術(shù)的放大器更有效率是在于執(zhí)行兩級(jí)放大效果 卻只消耗和傳統(tǒng)一級(jí)單端轉(zhuǎn)雙端放大器一樣的電流。
請(qǐng)注意圖2的三個(gè)晶體管(M1，M2，M3)可包括雙極接面晶體管(bipolarjunction transistor, BJT)、異質(zhì)接面雙極晶體管(heterojunctionbipolar transistor, HBT), 以及金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(metal-semiconductor field-effect transistor, MESFET)中的其一。本發(fā)明并不受限于圖2所示的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, M0SFET)。例如，如果使用 雙極接面晶體管，則三個(gè)晶體管的第一端、第二端、以及第三端分別為基極、集極、和射 極。另外，在本發(fā)明揭示的電路架構(gòu)中的每一個(gè)電容，可包括金屬-絕緣體-金屬電容 (metal-insulator-metal capacitor, MIM)、金屬-氧化物-金屬電容(metal-oxide-metal capacitor, MOM)、指插型電容(interdigital capacitor, IDC)、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效 應(yīng)晶體管柵極電容(M0SFET gate capacitor)、多晶電容(poly-capacitor)、微帶線電容 (microstrip line capacitor)、以及接面電容(junction capacitor)中的其一?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，放大器200在第一晶體管Ml、第二晶體管M2、和第三晶體管M3采用電 流重復(fù)使用的技術(shù)，使得放大器200的效率超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)所揭示的放大器。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明的權(quán)利要求所做的均等變化與修 飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
一種高效率的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，包括一第一晶體管，具有一第一端用以接收一輸入訊號(hào)，一第二端，和一第三端耦接至一第二供應(yīng)電源；一第二晶體管，具有一第一端、一第二端，以及一第三端，該第二端用以提供一第一差動(dòng)輸出訊號(hào)；一第三晶體管，具有耦接至一交流地端的一第一端，用以提供一第二差動(dòng)輸出訊號(hào)的一第二端，以及耦接至該第二晶體管的一第三端；一第一扼流圈，耦接于該第二晶體管的該第二端與一第一供應(yīng)電源之間；一第二扼流圈，耦接于該第三晶體管的該第二端與該第一供應(yīng)電源之間；一功率耦合模塊，耦接于該第二晶體管的該第一端與該第一晶體管的該第二端之間；以及一腔，耦接于該第一晶體管的該第二端與該第二晶體管的該第三端之間。
2.如權(quán)利要求1所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該腔包括一電容，和一電感，并聯(lián)耦接 于該電容。
3.如權(quán)利要求2所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該腔還包括一第一電阻，串聯(lián)耦接于 該電感。
4.如權(quán)利要求2所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該腔還包括一第二電阻，串聯(lián)耦接于 該電容。
5.如權(quán)利要求2所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該腔還包括一第一電阻串聯(lián)耦接于該 電感，以及一第二電阻串聯(lián)耦接于該電容。
6.如權(quán)利要求2所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該腔還包括一第三電阻并聯(lián)耦接于該 電感與該電容之間。
7.如權(quán)利要求6所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該腔還包括一第一電阻串聯(lián)耦接于該 電感。
8.如權(quán)利要求6所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該腔還包括一第二電阻串聯(lián)耦接于該 電容。
9.如權(quán)利要求6所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該腔還包括一第一電阻串聯(lián)耦接于該 電感，以及一第二電阻串聯(lián)耦接于該電容。
10.如權(quán)利要求1所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，還包括一第一阻抗組件耦接于該第一晶 體管的該第三端與該第二供應(yīng)電源之間。
11.如權(quán)利要求10所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該第一阻抗組件包括一電感、一接 合線、一接地線，一微帶線、一微帶網(wǎng)絡(luò)、一互連線，及一通孔中的其一。
12.如權(quán)利要求1所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該第一扼流圈包括一電感、一電容電 感共振腔、一主動(dòng)負(fù)載、一接合線、一互連線、一微帶線、一微帶網(wǎng)絡(luò)，及一電阻中的其一。
13.如權(quán)利要求1所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該第二扼流圈包括一電感、一電容電 感共振腔、一主動(dòng)負(fù)載、一接合線、一互連線、一微帶線、一微帶網(wǎng)絡(luò)，及一電阻中的其一。
14.如權(quán)利要求1所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該第一晶體管，該第二晶體管，以及 該第三晶體管為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
15.如權(quán)利要求1所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該第一晶體管，該第二晶體管，以及該第三晶體管為雙極接面晶體管。
16.如權(quán)利要求1所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該第一晶體管，該第二晶體管，以及 該第三晶體管為異質(zhì)接面雙極晶體管。
17.如權(quán)利要求1所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該第一晶體管，該第二晶體管，以及 該第三晶體管為金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
18.如權(quán)利要求1所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，還包括一輸入匹配電路，該匹配電路耦接 于該第一晶體管的該第一端和一輸入訊號(hào)之間，用以提供匹配的輸入訊號(hào)。
19.如權(quán)利要求1所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，還包括一輸出匹配電路，該匹配電路耦接 在該第二晶體管的該第二端和該第三晶體管的該第二端之間，用以提供匹配的輸出訊號(hào)。
20.如權(quán)利要求1所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該耦合模塊包括一電容。
21.如權(quán)利要求1所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該耦合模塊包括一匹配網(wǎng)絡(luò)。
22.如權(quán)利要求1所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，其中該耦合模塊包括一耦合網(wǎng)絡(luò)。
23.如權(quán)利要求1所述的單端轉(zhuǎn)雙端放大器，還包括一第一電容耦接于該第三晶體管 的該第一端和該交流地端之間。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種高效率的單端轉(zhuǎn)雙端放大器。該高效率的單端轉(zhuǎn)雙端放大器具有一第一晶體管做為一第一放大級(jí)。一第二晶體管，一第三晶體管，一第一扼流圈，一第二扼流圈，以及一第一電容，形成一第二單端轉(zhuǎn)雙端放大級(jí)。該第一放大級(jí)接收且放大一輸入訊號(hào)后，通過(guò)一耦合模塊輸出放大后的該訊號(hào)至該第二單端轉(zhuǎn)雙端放大級(jí)，并且同時(shí)通過(guò)一腔提供直流偏壓電流給該第二單端轉(zhuǎn)雙端放大級(jí)。該第二單端轉(zhuǎn)雙端放大級(jí)重復(fù)使用該第一放大級(jí)的直流電流，放大該第一放大級(jí)的該輸出訊號(hào)，以及轉(zhuǎn)換該輸出訊號(hào)成為一差動(dòng)輸出。
文檔編號(hào)H03F3/45GK101826847SQ20101000287
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者王是琦, 趙傳珍, 陳志緯 申請(qǐng)人:立積電子股份有限公司