專利名稱：消除平衡轉換放大器噪聲的方法及其裝置的制作方法
消除平衡轉換放大器噪聲的方法及其裝置技術領域
本發(fā)明是有關于一種放大器，且特別是有關于一種平衡-非平衡轉換放大器 (Balance-to-Unbalance amplifier, Balun amplifier,以下簡稱平衡轉換放大器)。
背景技術：
在有線通信和無線通信領域里，新興的寬帶通信(broadband communication)技術已陸續(xù)涌現，諸如手持式視頻廣播(DVB-H) (470-890MHz)與感知無線電(cognitive radio) (0. 1-lOGHz)等。由于低噪聲放大器(low-noise amplifier，以下簡稱LNA)是配置于接收機的第一級電路，因此LNA的特性會直接影響到接收機的整體效能。因而，在處理寬帶效能時，設計者將會面臨更多的挑戰(zhàn)，包括如何設計具有寬帶輸入匹配與增益頻寬(gain bandwidth)的LNA。然而，傳統(tǒng)的作法上為了要達到前述功效，通常會犧牲噪聲指數(noise figure，簡稱NF)的特性。
在現有技術中，通?？赏ㄟ^一個或多個低噪聲放大器來處理特定的頻帶寬度 (frequency span)，其中每一 LNA各處理一小部分的頻帶。由于天線與射頻濾波器(radio frequency filter，簡稱RF filter) —般處理的信號模式為單端信號，因此使用單端 (single-ended) LNA來處理上述信號能有效提高效能，因為單端LNA具備小面積、節(jié)能與低成本的優(yōu)勢。另一方面，在接收端使用差動信號技術(differential signaling)能減少二階失真(second-order distortion)，并降低電源供應端與基板的噪聲干擾。因此，在接收電路端可采用單端輸入差動輸出的放大器(single-ended input differential output amplifier)以將單端的射頻信號轉換為差動信號，其中上述的單端輸入差動輸出的放大器也稱為平衡-非平衡轉換放大器(Balim amplifier，以下簡稱平衡轉換放大器)。
采用單端輸入差動輸出且低噪聲的芯片型放大器(即Balim LNA)有助于與前端天線以及與后端雙平衡式混波器的連接。Balim是用于將相對于地的雙平衡的差動信號轉換為不平衡或單端的信號，或將不平衡或單端的信號轉換為雙平衡的差動信號。低噪聲放大器(low-noise amplifier，以下簡稱LNA)為放大器的一種，其用于將微弱的信號放大， 其中該微弱信號可以是由天線所接收。

圖1為包括共柵極(common-gate，以下簡稱CG)與共源極(common-source，以下簡稱CS)放大器的單級(single-stage)平衡轉換低噪聲放大器(Balun low-noise amplifier，以下簡稱 Balun LNA)的方塊圖。Balun LNA 可使得 LNA 的前端不需使用外接(off-chip)的Balim元件，以提供較低的噪聲性能并減少外部元件的使用成本。除此之外，使用Balun LNA也不需要在LNA后端額外配置一芯片型(on-chip) 的Balim電路，因此能有效地減少信號的失真并降低能耗。圖2為圖1的CG-CSBalim放大器及其噪聲轉換函數(transfer function)的示意圖。通常CG放大器作為電流放大器，而 CS放大器是作為電壓放大器或跨導(transconductance)放大器。圖1的CG放大器(對應晶體管MCG)適用于寬帶阻抗匹配。而通過采用與CG放大器并聯的CS放大器(對應晶體管MCS)，能減少高于3. 5dB的噪聲指數(noise figure，以下簡稱NF)以及改善電壓增益不足。然而，當共柵極放大器與共源極放大器的晶體管尺寸相同時，上述的共柵極-共源極的Balun LNA的噪聲仍然過高。NF用于衡量信噪比(signal-to-noise ratio，簡稱SNR)的衰減，此衰減是由射頻(radio frequency，簡稱RF)信號鏈路(signal chain)內元件噪聲所造成。NF定義為在標準噪聲溫度(noise temperature) Ttl (通常為^OK)下，輸入端信噪比與輸出端信噪比的比例。通過輸出差動信號，能消除來自晶體管Mra(或稱Ml)的噪聲或失真。而晶體管仏3 (或稱M2)的噪聲則是影響NF的主要因素。并聯的CS放大器可使電壓增益加倍，并消除來自CG放大器的噪聲與失真。另外，CG-CS輸入級本質上可執(zhí)行單端至差動轉換，而不需使用外接(off-chip)的Balim電路，因此能節(jié)省成本。
請參照圖2，假設CG與CS支路是彼此對稱，即gm, CG = gm, cs且Ru = Rl2 = Rl,則 Balun LNA的NF可用以下式子來近似表示
權利要求
1.一種消除平衡轉換放大器噪聲的方法，其特征在于，包括將一放大器的電流感測支路的一輸出與該放大器的電壓感測支路的一輸出相加并縮放，以產生一個或多個經加總并縮放過的輸出；以及將該或該些經加總并縮放過的輸出反饋至該放大器的該電流感測支路與該電壓感測支路的該些輸出的至少其中之一。
2.根據權利要求1所述的消除平衡轉換放大器噪聲的方法，其特征在于，該相加與縮放的方法包括相加該電流感測支路與該電壓感測支路的該些輸出，以產生一加總結果，并利用一第一電路縮放該加總結果，或利用一第二電路對該電流感測支路與該電壓感測支路的各該輸出進行縮放，以產生多個縮放結果，并相加該些縮放結果。
3.根據權利要求2所述的消除平衡轉換放大器噪聲的方法，其特征在于，該電流感測支路與該電壓感測支路的該些輸出的相加是利用一個或多個電感、一個或多個電容、一個或多個晶體管，或上述的組合來實現。
4.根據權利要求2所述的消除平衡轉換放大器噪聲的方法，其特征在于，該電流感測支路與該電壓感測支路的該些輸出的縮放是利用一個或多個放大器來實現。
5.根據權利要求1所述的消除平衡轉換放大器噪聲的方法，其特征在于，該反饋的方法包括將該或該些經加總并縮放過的輸出的其中之一的正輸出，反饋至該放大器的該電流感測支路與該電壓感測支路的該些輸出的其中之一的正輸出，或將該或該些經加總并縮放過的輸出的其中之一的負輸出，反饋至該放大器的該電流感測支路與該電壓感測支路的該些輸出的其中之一的負輸出，或上述兩步驟的結合。
6.根據權利要求1所述的消除平衡轉換放大器噪聲的方法，其特征在于，該放大器的該電流感測支路與該電壓感測支路的該些輸出的其中之一的負輸出是反相于該放大器的一輸入，且該或該些經加總并縮放過的輸出的其中之一的負輸出是反饋至該負輸出。
7.根據權利要求1所述的消除平衡轉換放大器噪聲的方法，其特征在于，該放大器的該電流感測支路與該電壓感測支路的該些輸出的其中之一的正輸出是同相于該放大器的一輸入，且該或該些經加總并縮放過的輸出的其中之一的正輸出是反饋至該正輸出。
8.一種消除平衡轉換放大器的噪聲的裝置，其特征在于，包括一電流感測放大器；一電壓感測放大器；以及一控制模塊，將該電流感測放大器的一輸出與該電壓感測放大器的一輸出相加并縮放，并將一個或多個經加總并縮放過的輸出反饋至該電流感測放大器與該電壓感測放大器的該些輸出的至少其中之一。
9.根據權利要求8所述的消除平衡轉換放大器噪聲的裝置，其特征在于，該控制模塊用于相加該電流感測放大器與該電壓感測放大器的該些輸出，以產生一加總結果，并利用一第一電路縮放該加總結果，或利用一第二電路對該電流感測放大器與該電壓感測放大器的各該輸出進行縮放，以產生多個縮放結果，并相加該些縮放結果。
10.根據權利要求9所述的消除平衡轉換放大器噪聲的裝置，其特征在于，還包括一個或多個電感、一個或多個電容、一個或多個電阻、一個或多個晶體管或上述的組合，其中該控制模塊利用該或該些電感、該或該些電容、該或該些電阻、該或該些晶體管或上述的組合將該電流感測放大器與該電壓感測放大器的該些輸出相加。
11.根據權利要求9所述的消除平衡轉換放大器噪聲的裝置，其特征在于，還包括一個或多個放大器，其中該控制模塊利用該或該些放大器對該電流感測放大器與該電壓感測放大器的該些輸出進行縮放。
12.根據權利要求8所述的消除平衡轉換放大器噪聲的裝置，其特征在于，該控制模塊用于將該或該些經加總并縮放過的輸出的其中之一的正輸出，反饋至該電流感測放大器與該電壓感測放大器的該些輸出的其中之一的正輸出，或將該或該些經加總并縮放過的輸出的其中之一的負輸出，反饋至該電流感測放大器與該電壓感測放大器的該些輸出的其中之一的負輸出，或上述兩步驟的結合。
13.根據權利要求8所述的消除平衡轉換放大器的噪聲的裝置，其特征在于，該電壓感測放大器用于將該平衡轉換放大器的一輸入反相，以使該電流感測放大器與該電壓感測放大器的該些輸出的其中之一為負輸出，且該控制模塊用于將該或該些經加總與縮放后的輸出的其中之一的負輸出反饋至該負輸出。
14.根據權利要求8所述的消除平衡轉換放大器噪聲的裝置，其特征在于，該電流感測放大器用于維持該電流感測放大器的該些輸出同相于該平衡轉換放大器的一輸入，以使該電流感測放大器與該電壓感測放大器的該些輸出的其中之一為正輸出，且該控制模塊用于將該或該些經加總與縮放后的輸出的其中之一的正輸出反饋至該正輸出。
15.根據權利要求8所述的消除平衡轉換放大器噪聲的裝置，其特征在于，還包括一低噪聲放大器。
16.根據權利要求8所述的消除平衡轉換放大器噪聲的裝置，其特征在于，還包括一個或多個單級共柵極與共源極平衡轉換放大器，或一個或多個具有電流感測放大器與電壓感測放大器的平衡轉換放大器，或一個或多個結合后級放大器的平衡轉換放大器，或上述的組合。
17.一種消除平衡轉換放大器噪聲的裝置，其特征在于，包括至少一處理器；以及至少一存儲器，包括用于一個或多個程序的一計算機程序碼，其中該存儲器、該計算機程序碼與該處理器用于使該消除平衡轉換放大器噪聲的裝置執(zhí)行至少以下步驟將一放大器的電流感測支路的一輸出與該放大器的電壓感測支路的一輸出相加并縮放，以產生一個或多個經加總并縮放過的輸出；以及將該或該些經加總并縮放過的輸出反饋至該放大器的該電流感測支路與該電壓感測支路的該些輸出的至少其中之一。
18.根據權利要求17所述的消除平衡轉換放大器噪聲的裝置，其特征在于，該消除平衡轉換放大器的噪聲的裝置還被設定相加該電流感測支路與該電壓感測支路的該些輸出， 以產生一加總結果，并利用一第一電路縮放該加總結果，或利用一第二電路對該電流感測支路與該電壓感測支路的各該輸出進行縮放，以產生多個縮放結果，并相加該些縮放結果。
19.根據權利要求18所述的消除平衡轉換放大器噪聲的裝置，其特征在于，該消除平衡轉換放大器的噪聲的裝置還被設定利用一個或多個電感、一個或多個電容、一個或多個電阻、一個或多個晶體管，或上述的組合將該電流感測放大器與該電壓感測放大器的該些輸出相加。
20.根據權利要求18所述的消除平衡轉換放大器噪聲的裝置，其特征在于，該平衡轉換放大器的噪聲的裝置還被設定利用一個或多個放大器對該電流感測放大器與該電壓感測放大器的該些輸出進行縮放。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于減少低噪聲放大器(low noise amplifier，以下簡稱LNA)噪聲指數的方法及其裝置。在本發(fā)明實施例中，通過利用LNA的控制模塊將來自LNA的電流感測支路的輸出與來自LNA的電壓感測支路的輸出相加并縮放，以產生一個或多個經加總并縮放過的輸出?？刂颇K也將上述經加總并縮放過的輸出反饋至LNA的電流感測支路與電壓感測支路的輸出的至少其中之一。
文檔編號H03F1/26GK102545790SQ201110094569
公開日2012年7月4日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權日2010年12月17日
發(fā)明者唐仕豪, 施宜興, 郭明清 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院