專利名稱：低失真mos衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低失真衰減器領(lǐng)域。更特別地，本發(fā)明涉及用于無(wú)線電接收器的低失 真RF衰減器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
低噪聲放大器(LNA)是一種用于放大如由天線所捕獲的射頻(RF)信號(hào)等非常微 弱信號(hào)的電子放大器。在示例性的應(yīng)用中，LNA被包含在AM無(wú)線電接收器的前端。通過(guò)使 用LNA，源自AM無(wú)線電接收器后續(xù)級(jí)的噪聲的作用通過(guò)LNA的增益而被降低，然而LNA本身 的噪聲卻被直接加入到接收到的信號(hào)中。因此，必須在LNA增強(qiáng)所需信號(hào)功率的同時(shí)盡可 能少地增加噪聲和失真。這一點(diǎn)通過(guò)使LNA在它的線性區(qū)域內(nèi)進(jìn)行工作得以實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)增益控制(AGC)是用于將增益調(diào)整到適合輸入信號(hào)強(qiáng)度級(jí)別范圍的合適級(jí) 別的一種自適應(yīng)方式。在AM無(wú)線電接收器中，接收到的信號(hào)強(qiáng)度在從弱信號(hào)到強(qiáng)信號(hào)間變 化。在沒(méi)有AGC時(shí)，由AM無(wú)線電接收器發(fā)出的聲音根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度變化。AGC電路 檢測(cè)信號(hào)的總體強(qiáng)度并自動(dòng)調(diào)整增益以維持接近不變的平均輸出水平。對(duì)于非常微弱的信 號(hào)AGC沒(méi)有效果；隨著信號(hào)的增強(qiáng)，AGC減小增益。為了使LNA保持在線性區(qū)域內(nèi)工作，具有過(guò)高信號(hào)強(qiáng)度的輸入信號(hào)必須被衰減。 如果沒(méi)有這樣的衰減，足夠信號(hào)強(qiáng)度的輸入信號(hào)會(huì)使LNA過(guò)載，使LNA處于非線性區(qū)域并使 作為結(jié)果的經(jīng)放大信號(hào)失真。一般而言，信號(hào)衰減應(yīng)當(dāng)在沒(méi)有明顯導(dǎo)致信號(hào)波形失真的情 況下減小信號(hào)的幅度或功率。在應(yīng)用到輸入給AM無(wú)線電接收器的LNA的RF信號(hào)時(shí)，目標(biāo)在于通過(guò)可變衰減器， 以不使輸入給LNA的RF信號(hào)失真的方式改變LNA的增益。應(yīng)當(dāng)只有RF信號(hào)幅度被縮放， 而不生成任何失真產(chǎn)物。存在于常規(guī)AM無(wú)線電接收器前端的可變衰減功能通過(guò)將PIN 二極管作為耦合到 LNA輸入的可變電阻器使用而得以實(shí)現(xiàn)。圖1示出了常規(guī)AM無(wú)線電接收器前端的示例性示 意圖。PIN二極管起到電流控制的可變電阻器的作用。由于電流經(jīng)過(guò)電流調(diào)整器后會(huì)增大， PIN 二極管的電阻在電流為0時(shí)的幾兆歐姆到電流為IOmA時(shí)的例如幾十歐姆的、相對(duì)小的 值間變化。當(dāng)PIN 二極管的電阻減小時(shí)，更多的由天線接收到的RF信號(hào)被從LNA的輸入中 分流。從這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，可變電阻的PIN 二極管起到信號(hào)衰減器的作用。可變電阻的PIN 二極 管減小輸入的RF信號(hào)以阻止LNA的過(guò)載。如果沒(méi)有可變電阻的PIN 二極管，足夠信號(hào)強(qiáng)度 的RF信號(hào)會(huì)使LNA過(guò)載，使LNA處于會(huì)導(dǎo)致經(jīng)放大信號(hào)失真的非線性區(qū)域。盡管在提供信號(hào)衰減中有效果，但可變電阻的PIN 二極管是一種外部元件，它不是無(wú)線電接收器集成電路的一部分，從而導(dǎo)致成本增加。除此之外，可變電阻的PIN二極管 的工作需要非常大的直流電流。由此，可變電阻的PIN 二極管會(huì)遇到成本和功率消耗的問(wèn) 題。作為可變電阻的PIN 二極管的一種備選方案，可以直接通過(guò)改變LNA中的偏置電流來(lái) 改變LNA的增益。然而，這種方案在LNA中引出失真。

發(fā)明內(nèi)容
一種衰減電路，對(duì)于在OHz到約30MHz范圍內(nèi)工作的接收器，使用配置成電壓控制 的可變電阻器的晶體管作為信號(hào)衰減器。所述晶體管在線性區(qū)域內(nèi)工作以使用于信號(hào)衰減 的晶體管電阻特性線性化。在示例性應(yīng)用中，所述衰減電路用作用于具有自動(dòng)增益控制的 AM無(wú)線電廣播接收器和放大器的RF衰減器?？梢圆⒙?lián)耦合多個(gè)衰減電路，每個(gè)衰減電路具 有不同大小的可變電阻的晶體管，以構(gòu)成可以在最小化失真的同時(shí)增大衰減范圍的順序觸 發(fā)級(jí)。一方面，公開(kāi)了一種對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減的方法。所述方法包括使用作為可變電阻器 的晶體管對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減；使用耦合到晶體管的縮放電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行縮放；以及將經(jīng)縮放 信號(hào)和直流偏置信號(hào)一起施加到晶體管，從而調(diào)整對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減的晶體管的電阻。所耦 合的縮放電路可以是直流耦合的放大器。所述信號(hào)可以是射頻信號(hào)。所述信號(hào)的頻率可以 在約OHz到約30MHz間變化。所述晶體管可以是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在一些 實(shí)施例中，所述信號(hào)被供給到晶體管的第一端，而經(jīng)縮放信號(hào)和直流偏置信號(hào)被供給到晶 體管的第二端。所述信號(hào)可以是由天線接收到的信號(hào)。經(jīng)衰減信號(hào)可以供給到放大器。直 流偏置信號(hào)的電平調(diào)節(jié)晶體管的電阻。經(jīng)縮放信號(hào)可以消除由晶體管生成的一些或全部的 失真產(chǎn)物。所述方法還可以包括調(diào)整直流偏置信號(hào)以調(diào)整晶體管的電阻，從而調(diào)整信號(hào)的 衰減。所耦合的縮放電路可以包括有源電路和/或無(wú)源電路。所述晶體管可以被耦合為向 所述信號(hào)提供分流電阻。在一些實(shí)施例中，晶體管、縮放電路和生成直流偏置信號(hào)的可變直流偏置電路構(gòu) 成衰減電路，并且所述方法還可以包括并聯(lián)耦合多個(gè)衰減電路，多個(gè)衰減電路中的每個(gè)晶 體管可以具有不同的最大電阻，而且其中所述信號(hào)可以根據(jù)由多個(gè)衰減電路中的所有晶體 管的瞬態(tài)電阻引起的分流電阻而被衰減。多個(gè)衰減電路可以配置成級(jí)聯(lián)，每一級(jí)中的晶體 管能夠按照最大電阻的遞減順序，從具有最高的最大電阻的第一晶體管開(kāi)始，到具有最低 的最大電阻的最后晶體管結(jié)束，而被連續(xù)地導(dǎo)通。在一些實(shí)施例中，每個(gè)連續(xù)級(jí)中的晶體管 只有在前一級(jí)中的晶體管被完全導(dǎo)通后才被導(dǎo)通。另一方面，公開(kāi)了一種衰減電路。所述衰減電路包括信號(hào)源，其配置成供給信號(hào)； 縮放電路，其耦合到信號(hào)源，其中所述縮放電路配置成對(duì)信號(hào)進(jìn)行縮放，從而形成經(jīng)縮放信 號(hào)；可變直流偏置電路，其配置成提供直流偏置信號(hào)；以及可變電阻的晶體管，其耦合到縮 放電路以接收經(jīng)縮放信號(hào)，并且耦合到可變直流偏置電路以接收直流偏置信號(hào)，其中可變 電阻的晶體管具有根據(jù)直流偏置信號(hào)變化的瞬態(tài)電阻，而且其中可變電阻的晶體管耦合到 信號(hào)源以根據(jù)瞬態(tài)電阻對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減。所述信號(hào)可以是射頻信號(hào)。所述信號(hào)源可以是天 線。信號(hào)源可以耦合到可變電阻的晶體管的第一端，并且縮放電路和可變直流偏置電路耦 合到可變電阻的晶體管的第二端。放大器可以耦合到可變電阻的晶體管的第一端以接收經(jīng) 衰減信號(hào)。在一些實(shí)施例中，可變電阻的晶體管耦合到信號(hào)源和放大器以向所述信號(hào)提供分流電阻?？s放電路可以直流耦合到可變電阻晶體管。所述信號(hào)的頻率可以在OHz到約 30MHz間變化。可變電阻晶體管可以是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。經(jīng)縮放信號(hào)可以 消除由可變電阻晶體管生成的一些或全部的失真產(chǎn)物。在一些實(shí)施例中，信號(hào)的衰減水平 在可變電阻晶體管的瞬態(tài)電阻減小時(shí)增加?？s放電路可以包括有源電路和/或無(wú)源電路。再一方面，公開(kāi)了一種信號(hào)衰減器。所述信號(hào)衰減器包括信號(hào)源，其配置成供給 信號(hào)；以及多個(gè)衰減電路，其并聯(lián)耦合到信號(hào)源。每個(gè)衰減電路包括縮放電路，其耦合到 信號(hào)源，其中所述縮放電路配置成對(duì)信號(hào)進(jìn)行縮放，從而形成經(jīng)縮放信號(hào)；可變直流偏置電 路，其配置成提供直流偏置信號(hào)；以及可變電阻晶體管，其耦合到縮放電路以接收經(jīng)縮放信 號(hào)，并且耦合到可變直流偏置電路以接收直流偏置信號(hào)，其中可變電阻晶體管具有根據(jù)直 流偏置信號(hào)變化的瞬態(tài)電阻；而且其中多個(gè)可變電阻晶體管中的每一個(gè)都具有不同的最大 電阻，并且多個(gè)可變電阻晶體管中的每一個(gè)都耦合到信號(hào)源以根據(jù)由所有多個(gè)可變電阻晶 體管的瞬態(tài)電阻引起的分流電阻來(lái)衰減所述信號(hào)。在一些實(shí)施例中，多個(gè)可變電阻晶體管 配置成級(jí)聯(lián)，以按照最大電阻的遞減順序，從具有最高的最大電阻的第一可變電阻晶體管 開(kāi)始，到具有最低的最大電阻的最后可變電阻晶體管結(jié)束，而被連續(xù)地導(dǎo)通。在一些實(shí)施例 中，每個(gè)連續(xù)級(jí)中的可變電阻晶體管只有在前一級(jí)中的可變電阻晶體管被完全導(dǎo)通后才被 導(dǎo)通。


圖1示出了常規(guī)AM無(wú)線電接收器前端的示例性示意圖。圖2示出了接收器前端的第一實(shí)施例的概念性示意圖。圖3示出了圖2的經(jīng)修改版本，示出了應(yīng)用于晶體管Tl時(shí)的等式⑴的特性。圖4示出了在高頻率時(shí)使用圖3的衰減電路的概念性效果。圖5示出了當(dāng)經(jīng)縮放信號(hào)被供給到晶體管T 1的柵極時(shí)，圖3的衰減電路的經(jīng)修 改版本。圖6示出了根據(jù)第一實(shí)施例的、圖5的衰減電路的示意圖。圖7示出了配置成級(jí)聯(lián)的、圖5的多個(gè)衰減電路。
具體實(shí)施例方式本申請(qǐng)的實(shí)施例針對(duì)一種衰減器。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，下述衰減器的 具體描述僅僅是說(shuō)明性的，并不試圖以任何方式構(gòu)成限制。所述衰減器的其他實(shí)施例將容 易地向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員暗示其具有本公開(kāi)文本中所描述的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在將具體參照附圖中示出的衰減器的實(shí)施方式。在所有附圖和隨后的具體說(shuō)明 中用相同的參考標(biāo)記指代相同或類似的部件。為了清晰易懂，并未對(duì)所有此處所描述的實(shí) 施方式的慣常特征進(jìn)行展示和說(shuō)明。當(dāng)然，應(yīng)理解到，在任何這樣的實(shí)際實(shí)施方式的開(kāi)發(fā) 中，必須對(duì)很多具體實(shí)施方式
做出決定從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的具體目標(biāo)，例如符合應(yīng)用中的以 及與商業(yè)相關(guān)的限制；并且這些具體目標(biāo)會(huì)因?qū)嵤┓绞胶烷_(kāi)發(fā)者的不同而不同。此外，需要 理解的是，這樣的研發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗時(shí)的，但盡管如此，仍是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員擁 有本公開(kāi)文本中的優(yōu)點(diǎn)而進(jìn)行設(shè)計(jì)的例行任務(wù)。衰減電路的實(shí)施例，對(duì)于在OHz到約30MHz范圍內(nèi)工作的接收器，使用電壓控制的
7可變電阻晶體管作為信號(hào)衰減器。所述衰減電路配置成使晶體管在線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)作以將 用于信號(hào)衰減的晶體管電阻特性線性化。在一些實(shí)施例中，可變電阻晶體管是金屬氧化物 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。任何種類的MOSFET都可以實(shí)現(xiàn)。在示例性應(yīng)用中，所述 衰減電路用作用于具有自動(dòng)增益控制的AM無(wú)線電廣播接收器和放大器的RF衰減器。需要 理解的是，根據(jù)無(wú)線電接收器來(lái)描述的概念可以擴(kuò)展到其他頻率范圍和其他信號(hào)衰減應(yīng)用 中。在一些實(shí)施例中，其中的每個(gè)衰減電路都具有不同大小的可變電阻晶體管的多個(gè)衰減 電路，被并聯(lián)耦合以形成能在最小化失真的同時(shí)增大衰減范圍的順序觸發(fā)級(jí)。圖2示出了接收器前端的第一實(shí)施例的概念性示意圖。由天線2所接收到的RF 信號(hào)被供給到例如低噪聲放大器(LNA)4的放大器。晶體管Tl用作可變電阻器，以在由天 線2接收到的RF信號(hào)輸入給LNA 4前對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)厮p。在一些實(shí)施例中，晶體管Tl 是M0SFET。可變電壓源8改變供給到晶體管Tl的柵極的直流偏置電壓。通過(guò)改變柵極電 壓可以改變晶體管Tl的電阻。晶體管Tl的電阻越低，對(duì)供給到LNA 4的RF信號(hào)的衰減就 越高。對(duì)于理想的平方律器件，晶體管漏極電流iD通過(guò)等式(1)來(lái)表示iD = (μ Coxff/L) [ (Vgs-Vt) Vds-O. 5Vds2] (1)其中Ves是供給到晶體管Tl柵極的電壓，Vds是晶體管Tl的漏源電壓，Vt是門限電 壓，μ是載流子遷移率，Cra是氧化物電容，w是晶體管柵極寬度，而L是晶體管柵極長(zhǎng)度。 等式(1)中的平方項(xiàng)0.5VDS2代表二次失真。所述二次失真是當(dāng)晶體管Tl用作用于信號(hào)衰 減的可變電阻器時(shí)的固有失真。圖3示出了圖2的經(jīng)修改版本，示出了應(yīng)用于晶體管Tl時(shí) 的等式(1)的特性。所述天線在概念上可以用交流信號(hào)源取代，如圖3中描繪的信號(hào)源2。 需要克服的問(wèn)題是晶體管Tl中產(chǎn)生的失真。圖4示出了在高頻率時(shí)，例如在頻率高于30MHz時(shí)使用圖3中衰減電路的概念性 效果。兩個(gè)電容器(^和Ces代表晶體管Tl中的寄生電容，或寄生電容加上一些額外的外部 電容。電容分壓器被用來(lái)調(diào)節(jié)在高頻率時(shí)施加到晶體管柵極的電壓。電容分壓器使得從信 號(hào)源2供給的經(jīng)縮放交流信號(hào)可以與從可變電壓源8供給的直流偏置電壓一起被施加到晶 體管柵極。圖4中的配置對(duì)于降低或消除晶體管Tl產(chǎn)生的失真是有效的，但只有在例如高 于30MHz的較高頻率時(shí)如此。對(duì)于較低的頻率，例如低于30MHz的頻率，圖4中的配置在降 低或消除晶體管Tl產(chǎn)生的失真時(shí)沒(méi)有效果。在較低頻率時(shí)，電容器CeD和Ces實(shí)際上變成了 幵路。圖5示出了當(dāng)經(jīng)縮放信號(hào)被供給到晶體管Tl柵極時(shí)圖3中的衰減電路的經(jīng)修改 版本。圖5中的衰減電路包括縮放電路6，縮放電路6對(duì)由天線接收到的輸入RF信號(hào)進(jìn)行 縮放。經(jīng)縮放信號(hào)和直流偏置信號(hào)都被供給到晶體管Tl。在圖5中，交流輸入信號(hào)等于VDS。 如果交流輸入信號(hào)以0. 5的比例進(jìn)行縮放并被添加到直流偏置電壓Ves，則等式⑴變?yōu)?
iD = (μ Coxff/L) [ (VGS+ (Vds/2) ) Vds- (Vds2) /2] (2)可簡(jiǎn)化為iD = (μ Coxff/L) [ (Vgs-Vt) Vds](3)其中可以看到二次失真被消除。在實(shí)踐中，等式⑴中Vds2的系數(shù)可以不同于0.5， 因而消除二次失真可能需要不同于0. 5的縮放系數(shù)。圖6示出了根據(jù)第一實(shí)施例的圖5中的衰減電路的示意圖。盡管沒(méi)有在圖6中示出，但晶體管T 1的漏極耦合到放大器，如圖2中的LNA 4。由信號(hào)源2供給的信號(hào)通過(guò)具 有設(shè)計(jì)好的縮放系數(shù)的放大器直流耦合到晶體管Tl的柵極。在圖6所示的配置中，縮放系 數(shù)是0.5。需要理解的是，其他的縮放系數(shù)同樣可以使用。所述直流耦合的放大器對(duì)于由天 線接收到的交流信號(hào)允許在任意低的輸入頻率下工作。使用圖6中的配置沒(méi)有頻率下限。 晶體管T2、T3和T4，電阻器Rl、R2、R3、R4和R5，以及固定偏置電壓源10構(gòu)成直流耦合的 放大器，所述直流耦合的放大器對(duì)晶體管Tl的柵極上的交流信號(hào)進(jìn)行縮放。所述直流耦合 的放大器不限制交流信號(hào)的較低頻率范圍，因?yàn)樵谛盘?hào)路徑中沒(méi)有電容器來(lái)限制低端。晶 體管T2、T3和Τ4，電阻器R1、R2、R3、R4和R5，以及固定電壓源對(duì)應(yīng)于圖4中的縮放電路6。 縮放系數(shù)的值由電阻器R2和R3與電阻器R4和R5間的比率來(lái)決定。在縮放系數(shù)為0. 5的 應(yīng)用中，電阻器R4和R5的電阻是電阻器R2和R3的電阻的兩倍。電阻器Rl的電阻設(shè)定流 過(guò)源極跟隨器，即流過(guò)晶體管T3與T4的電流的值。在示例性應(yīng)用中，電阻器Rl的電阻為 大約10千歐姆，從而使得經(jīng)過(guò)源極跟隨器的電流為約100微安。縮放電路必須具有足夠的帶寬以傳遞接收器的應(yīng)用頻率范圍。在示例性應(yīng)用中， 頻率范圍介于OHz和約30MHz之間。為了適應(yīng)這個(gè)示例性的頻率范圍，電阻器Rl的電阻為 大約30千歐姆，電阻器R2和電阻器R3的電阻各自為大約32千歐姆，電阻器R4和電阻器 R5的電阻各自為大約64千歐姆。電壓源10為晶體管T4的柵極提供固定偏置電壓。所述 固定偏置電壓電平足夠使晶體管T2、T3和Τ4中的每一個(gè)處于飽和狀態(tài)?？勺冸娏髟?2在 0微安至60微安間變化。通過(guò)改變經(jīng)由電流源12通過(guò)電阻器R3的電流可以改變供給到晶 體管柵極的直流偏置電壓。需要理解的是，以上結(jié)合圖6描述的電阻值、偏置電壓和電流僅 作為示例性的目的。同樣需要理解的是，圖6的示意圖是結(jié)合圖5概念性地描述的衰減電 路的示例性配置，并且也可以考慮備選的電路配置。一般來(lái)說(shuō)，供給到晶體管Tl柵極的直 流偏置電壓調(diào)節(jié)晶體管Tl的電阻。疊加在直流偏置電壓上的是經(jīng)縮放交流信號(hào)，所述經(jīng)縮 放交流信號(hào)消除由晶體管Tl生成的失真。盡管圖6中的衰減電路配置成有源電路，但需要 理解的是，可以考慮使用無(wú)源電路的備選電路配置。圖6示出了經(jīng)簡(jiǎn)化的示意圖，以在不包括全部偏置元件的情況下說(shuō)明縮放概念。 除了概念性地表示天線的交流信號(hào)源2之外，圖6中的全部元件都可以被包括作為集成電 路的一部分。盡管每個(gè)晶體管在圖6中都被示為N溝道M0SFET，但需要理解的是，衰減電路 可以使用任何類型的MOSFET來(lái)配置。為了在繼續(xù)最小化失真的同時(shí)擴(kuò)大衰減范圍，多個(gè)衰減電路被按級(jí)進(jìn)行耦合。圖7 示出了配置成級(jí)聯(lián)的圖5中的多個(gè)衰減電路。在圖7所示的示例性配置中，三個(gè)衰減電路 20,30和40并聯(lián)耦合到交流信號(hào)源2。需要理解的是，也可以并聯(lián)耦合多于或少于三個(gè)的 衰減電路。衰減電路20、30、40中的每一個(gè)都起到與圖5中的衰減電路相類似的作用。在 每個(gè)衰減電路中用作可變電阻器的晶體管的物理尺寸在級(jí)聯(lián)中逐漸變得更大。舉例來(lái)說(shuō)， 晶體管Τ20的物理尺寸大于晶體管TlO的物理尺寸，而晶體管Τ30的物理尺寸大于晶體管 Τ20的物理尺寸。照這樣，晶體管TlO的最大電阻大于晶體管Τ20的最大電阻，而晶體管Τ20 的最大電阻大于晶體管Τ30的最大電阻。在示例性應(yīng)用中，晶體管TlO的最大電阻約為30 千歐姆，晶體管Τ20的最大電阻約為18千歐姆，晶體管Τ30的最大電阻約為8千歐姆。具有最高的最大電阻的晶體管首先被導(dǎo)通，在此實(shí)例中是晶體管Τ10。晶體管 Τ10、Τ20和Τ30中的每一個(gè)都被連續(xù)地導(dǎo)通，導(dǎo)通的順序由晶體管電阻決定。物理尺寸最小的晶體管，即具有最大電阻的晶體管，首先被導(dǎo)通，在此實(shí)例中是晶體管T10。具有第二 大電阻的晶體管第二個(gè)被導(dǎo)通，依此類推到每一級(jí)。當(dāng)晶體管TlO被完全導(dǎo)通后，隨后晶體 管T20在晶體管TlO保持完全導(dǎo)通狀態(tài)的同時(shí)被導(dǎo)通。當(dāng)晶體管T20被完全導(dǎo)通后，隨后 晶體管T30在晶體管TlO和T20保持完全導(dǎo)通狀態(tài)的同時(shí)被導(dǎo)通。晶體管T10、T20和Τ30 中的每一個(gè)都起到與圖5中的晶體管Tl類似的作用。為了理解為什么通過(guò)級(jí)聯(lián)寬度遞增的一系列晶體管可以提高衰減器的線性，回想 描述理想器件性能的等式(1)、(2)和(3)。在一些情況下，這些等式不能適當(dāng)?shù)乇憩F(xiàn)物理 器件的特性。特別地，在所述器件剛剛開(kāi)始導(dǎo)通的區(qū)域，此時(shí)Ves ^ Vt，漏極電流iD變成Vds 和Ves的更加非線性的函數(shù)。相反，對(duì)于具有大數(shù)值的Ves，除了上述Vds2項(xiàng)的常數(shù)乘數(shù)的準(zhǔn) 確數(shù)值外，物理器件的性能被等式(1)到C3)很好地建模。理想的等式(3)暗示了由于Ves在從Vt到某一最大值間變化，電阻為由無(wú)窮大到 依賴于所述器件尺寸和和物理屬性的某個(gè)值，并且在全部范圍內(nèi)失真都為0。事實(shí)上，對(duì)于 在ves-vT ^ OV的區(qū)域工作的真實(shí)器件，溝道中會(huì)產(chǎn)生重大的失真。圖7中的電路通過(guò)從最小到最大依次導(dǎo)通器件克服了這個(gè)問(wèn)題。從所有器件都處 于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)開(kāi)始，使最小的器件即晶體管TlO導(dǎo)通。隨著晶體管TlO通過(guò)Ves ^ Vt的區(qū) 域，所生成的非線性電流相對(duì)地較小，這是由于這個(gè)器件的W/L很小，且生成的失真產(chǎn)物同 樣很小。當(dāng)晶體管TlO完全導(dǎo)通時(shí)，它進(jìn)入了其中漏極電流iD遵照等式(3)的范圍且晶體 管TlO作為線性電阻器工作。當(dāng)晶體管TlO被完全導(dǎo)通時(shí)，晶體管T20開(kāi)始被導(dǎo)通。隨著晶體管T20通過(guò)Ves SVt 的區(qū)域，它同樣由于漏極電流的非線性而導(dǎo)致一些失真。然而，晶體管T20被晶體管TlO分 流，此時(shí)的晶體管TlO正作為高線性電阻器工作。如果晶體管T20和晶體管TlO的尺寸被 適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行縮放，晶體管T20中的非線性漏極電流與晶體管TlO中的線性漏極電流相比會(huì) 較小，結(jié)果就是歸因于晶體管T20的額外的失真可以被忽略。當(dāng)晶體管T20變?yōu)橥耆珜?dǎo)通時(shí)，與晶體管TlO并聯(lián)的晶體管T20構(gòu)成較小數(shù)值的 線性電阻器，這樣將導(dǎo)致交流信號(hào)的衰減增加。隨著晶體管TlO和晶體管T20中的線性漏 極電流在晶體管T30處于Ves ^ Vt的范圍時(shí)并聯(lián)控制晶體管T30中生成的非線性漏極電流， 在晶體管T30被導(dǎo)通時(shí)所述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。越來(lái)越多的晶體管可以被以這種方式級(jí)聯(lián)以進(jìn)一步降低分流電阻并增大衰減電 路的衰減范圍。級(jí)聯(lián)晶體管使得在最小化失真產(chǎn)物的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)很寬范圍的衰減。衰減電路20、30和40中的每一個(gè)都被通過(guò)獨(dú)立地調(diào)整每個(gè)可變電阻縮放電壓Ves 而被獨(dú)立地進(jìn)行控制。在一些實(shí)施例中，控制電路配置成提供單一控制電壓。隨著控制電 壓的增大，針對(duì)每個(gè)級(jí)聯(lián)的晶體管生成不同的獨(dú)立縮放電壓，使得每個(gè)晶體管都在級(jí)聯(lián)中 被連續(xù)地導(dǎo)通以實(shí)現(xiàn)所需的總體分流電阻和衰減水平。在晶體管TlO被完全導(dǎo)通前沒(méi)有縮 放電壓會(huì)被供給到晶體管T20，并且在晶體管TlO和晶體管T20都被完全導(dǎo)通前沒(méi)有縮放電 壓會(huì)被供給到晶體管T30。在上述示例性應(yīng)用中，圖5中的衰減電路被應(yīng)用于無(wú)線電接收器的AM信號(hào)路徑。 范圍為從OHz到30MHz，其包括AM無(wú)線電波段。當(dāng)應(yīng)用頻率超過(guò)30MHz時(shí)，例如處于FM無(wú) 線電波段時(shí)，如圖4中的晶體管本身的寄生電容執(zhí)行信號(hào)衰減，而不需要縮放電路。一般來(lái) 說(shuō)，衰減電路可以被用來(lái)衰減到任何放大器(包括用于無(wú)線電接收器的放大器)的輸入信號(hào)。使用縮放電路的衰減電路是一種通用的低失真衰減器，可以應(yīng)用于從OHz到某個(gè)較高 的頻率，在本實(shí)例中所述較高的頻率為30MHz。所述衰減電路對(duì)于那些經(jīng)歷帶內(nèi)失真的應(yīng)用 是有利的。 按照具體實(shí)施例結(jié)合細(xì)節(jié)所描述的衰減器便于理解所述衰減器的結(jié)構(gòu)和工作的 原理。本文中對(duì)具體實(shí)施例和其細(xì)節(jié)的引用并不試圖限制本文所附上的權(quán)利要求的范圍。 對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，在不脫離所述衰減器的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，可以 對(duì)被選擇以進(jìn)行說(shuō)明的實(shí)施例進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減的方法，所述方法包括a.使用作為可變電阻器的晶體管對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行衰減；b.使用耦合到所述晶體管的縮放電路對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行縮放；以及c.將經(jīng)縮放信號(hào)和直流偏置信號(hào)一起施加到所述晶體管，從而調(diào)整用以衰減所述信號(hào) 的所述晶體管的電阻。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所耦合的縮放電路包括直流耦合的放大器。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中所述信號(hào)包括射頻信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中所述信號(hào)的頻率在從約OHz到約30MHz間變化。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述晶體管包括金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中所述信號(hào)供給到所述晶體管的第一端，并且所述經(jīng)縮放 信號(hào)和直流偏置信號(hào)供給到所述晶體管的第二端。
7.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)天線接收所述信號(hào)。
8.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括將經(jīng)衰減信號(hào)供給到放大器。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中所述直流偏置信號(hào)的電平調(diào)節(jié)所述晶體管的所述電阻。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中所述經(jīng)縮放信號(hào)消除由所述晶體管生成的一些或全部 的失真產(chǎn)物。
11.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括調(diào)整所述直流偏置信號(hào)以調(diào)整所述晶體管的所 述電阻，從而調(diào)整所述信號(hào)的衰減。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中所耦合的縮放電路包括有源電路。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中所耦合的縮放電路包括無(wú)源電路。
14.如權(quán)利要求1的方法，其中所述晶體管被耦合為向所述信號(hào)提供分流電阻。
15.如權(quán)利要求1的方法，其中所述晶體管、所述縮放電路以及生成所述直流偏置信號(hào) 的可變直流偏置電路構(gòu)成衰減電路，并且所述方法還包括并聯(lián)耦合多個(gè)衰減電路，所述多 個(gè)衰減電路中的每個(gè)晶體管具有不同的最大電阻，而且其中所述信號(hào)根據(jù)由所述多個(gè)衰減 電路中所有晶體管的瞬態(tài)電阻引起的分流電阻而被衰減。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中所述多個(gè)衰減電路配置成級(jí)聯(lián)，每一級(jí)中的所述晶體 管按照最大電阻的遞減順序，從具有最高的最大電阻的第一晶體管開(kāi)始，到具有最低的最 大電阻的最后晶體管結(jié)束，而被連續(xù)地導(dǎo)通。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中每個(gè)連續(xù)級(jí)中的所述晶體管只有在前一級(jí)中的所述晶 體管被完全導(dǎo)通后才被導(dǎo)通。
18.一種衰減電路，包括a.信號(hào)源，其配置成供給信號(hào)；b.縮放電路，其耦合到所述信號(hào)源，其中所述縮放電路配置成對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行縮放，從 而形成經(jīng)縮放信號(hào)；c.可變直流偏置電路，其配置成提供直流偏置信號(hào)；以及d.可變電阻晶體管，其耦合到所述縮放電路以接收所述經(jīng)縮放信號(hào)，并且耦合到所述 可變直流偏置電路以接收所述直流偏置信號(hào)，其中所述可變電阻晶體管具有根據(jù)所述直流 偏置信號(hào)變化的瞬態(tài)電阻，而且其中所述可變電阻晶體管耦合到所述信號(hào)源以根據(jù)所述瞬 態(tài)電阻對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行衰減。
19.如權(quán)利要求18的電路，其中所述信號(hào)包括射頻信號(hào)。
20.如權(quán)利要求18的電路，其中所述信號(hào)源包括天線。
21.如權(quán)利要求18的電路，其中所述信號(hào)源耦合到所述可變電阻晶體管的第一端，并 且所述縮放電路和所述可變直流偏置電路耦合到所述可變電阻晶體管的第二端。
22.如權(quán)利要求21的電路，還包括放大器，其耦合到所述可變電阻晶體管的所述第一 端以接收經(jīng)衰減信號(hào)。
23.如權(quán)利要求22的電路，其中所述可變電阻晶體管耦合到所述信號(hào)源和所述放大器 以向所述信號(hào)提供分流電阻。
24.如權(quán)利要求18的電路，其中所述縮放電路直流耦合到所述可變電阻晶體管。
25.如權(quán)利要求18的電路，其中所述信號(hào)的頻率在從OHz到約30MHz間變化。
26.如權(quán)利要求18的電路，其中所述可變電阻晶體管包括金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶 體管。
27.如權(quán)利要求18的電路，其中所述經(jīng)縮放信號(hào)消除由所述可變電阻晶體管生成的一 些或全部的失真產(chǎn)物。
28.如權(quán)利要求18的電路，其中所述信號(hào)的衰減水平在所述可變電阻晶體管的所述瞬 態(tài)電阻減小時(shí)增大。
29.如權(quán)利要求18的電路，其中所述縮放電路包括有源電路。
30.如權(quán)利要求18的電路，其中所述縮放電路包括無(wú)源電路。
31.一種信號(hào)衰減器，包括a.信號(hào)源，其配置成供給信號(hào)；以及b.多個(gè)衰減電路，其并聯(lián)耦合到所述信號(hào)源，每個(gè)衰減電路包括i.縮放電路，其耦合到所述信號(hào)源，其中所述縮放電路配置成對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行縮放，從 而形成經(jīng)縮放信號(hào)； .可變直流偏置電路，其配置成提供直流偏置信號(hào)；以及iii.可變電阻晶體管，其耦合到所述縮放電路以接收所述經(jīng)縮放信號(hào)，并且耦合到所 述可變直流偏置電路以接收所述直流偏置信號(hào)，其中所述可變電阻晶體管具有根據(jù)所述直 流偏置信號(hào)變化的瞬態(tài)電阻；而且其中所述多個(gè)可變電阻晶體管中的每一個(gè)都具有不同的最大電阻，并且所述多個(gè) 可變電阻晶體管中的每一個(gè)都耦合到所述信號(hào)源以根據(jù)由所有所述多個(gè)可變電阻晶體管 的所述瞬態(tài)電阻引起的分流電阻來(lái)對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行衰減。
32.如權(quán)利要求31的信號(hào)衰減器，其中所述多個(gè)可變電阻晶體管配置成級(jí)聯(lián)，以按照 最大電阻的遞減順序，從具有最高的最大電阻的第一可變電阻晶體管開(kāi)始，到具有最低的 最大電阻的最后可變電阻晶體管結(jié)束，而被連續(xù)地導(dǎo)通。
33.如權(quán)利要求32的信號(hào)衰減器，其中每個(gè)連續(xù)級(jí)中的所述可變電阻晶體管只有在前 一級(jí)中的所述可變電阻晶體管被完全導(dǎo)通后才被導(dǎo)通。
34.如權(quán)利要求31的信號(hào)衰減器，其中所述信號(hào)包括射頻信號(hào)。
35.如權(quán)利要求31的信號(hào)衰減器，其中所述信號(hào)源包括天線。
36.如權(quán)利要求31的信號(hào)衰減器，其中所述信號(hào)源耦合到每個(gè)可變電阻晶體管的第一 端，并且每個(gè)衰減電路中的所述縮放電路和所述可變直流偏置電路耦合到同一衰減電路中的所述可變電阻晶體管的第二端。
37.如權(quán)利要求36的信號(hào)衰減器，還包括放大器，其耦合到每個(gè)可變電阻晶體管的所 述第一端以接收經(jīng)衰減信號(hào)。
38.如權(quán)利要求31的信號(hào)衰減器，其中每個(gè)縮放電路直流耦合到相應(yīng)衰減電路中的所 述可變電阻晶體管。
39.如權(quán)利要求31的信號(hào)衰減器，其中所述信號(hào)的頻率在從OHz到約30MHz間變化。
40.如權(quán)利要求31的信號(hào)衰減器，其中每個(gè)可變電阻晶體管包括金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng) 效應(yīng)晶體管。
41.如權(quán)利要求31的信號(hào)衰減器，其中所述經(jīng)縮放信號(hào)消除由所述可變電阻晶體管生 成的一些或全部的失真產(chǎn)物。
42.如權(quán)利要求31的信號(hào)衰減器，其中所述信號(hào)的衰減水平在所述分流電阻減小時(shí)增大。
43.如權(quán)利要求31的信號(hào)衰減器，其中所述縮放電路包括有源電路。
44.如權(quán)利要求31的信號(hào)衰減器，其中所述縮放電路包括無(wú)源電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及低失真MOS衰減器。一種衰減電路，對(duì)于為在0Hz到約30MHz的范圍間工運(yùn)作的接收器，使用電壓控制的可變電阻晶體管作為信號(hào)衰減器的衰減電路。所述晶體管在線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)作以將用于進(jìn)行信號(hào)衰減的晶體管電阻特性線性化。在示例性應(yīng)用中，所述衰減電路用作用于具有自動(dòng)增益控制的AM無(wú)線電廣播接收器和放大器的RF衰減器。多個(gè)衰減電路可以被并聯(lián)耦合，每個(gè)衰減電路具有不同尺寸的可變電阻晶體管，以構(gòu)成可以在最小化失真的同時(shí)增大衰減范圍的順序觸發(fā)級(jí)。
文檔編號(hào)H03H7/00GK102118138SQ20101061758
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者J·D·伯科蘭德, R·G·邁耶 申請(qǐng)人:馬克西姆綜合產(chǎn)品公司