低噪聲放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種低噪聲放大器，包含一變壓器與一第一級(jí)增益電路。其中，該變壓器具有一主要線圈與一次要線圈，并且，該主要線圈用以接收一輸入信號(hào)。該第一級(jí)增益電路具有一第一輸入端口，且該第一輸入端口耦接于該主要線圈。其中，該第一級(jí)增益電路用以提供一增益給該輸入信號(hào)來(lái)產(chǎn)生一第一輸出。
【專利說(shuō)明】低噪聲放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于無(wú)線通信領(lǐng)域，特指一種用于接收器中的低噪聲放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]在無(wú)線通信系統(tǒng)中，接收器需要通過(guò)低噪聲放大器(low noise amplifier, LNA),將自天線所接收的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行放大，供后續(xù)的解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)處理。低噪聲放大器在設(shè)計(jì)上必須考量很多層面，尤其重要的就是自身造成的噪聲。如果在放大無(wú)線信號(hào)的過(guò)程中，將過(guò)多的噪聲帶入至無(wú)線信號(hào)中，會(huì)導(dǎo)致解調(diào)器產(chǎn)生出錯(cuò)誤的解調(diào)結(jié)果。也就是說(shuō)，低噪聲放大器在設(shè)計(jì)上必須具備足夠低的噪聲指數(shù)(noise figure)，才能確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。另一方面，在集成電路微縮化的趨勢(shì)下，低噪聲放大器的設(shè)計(jì)也必須考量如何在有限的電路面積中，將低噪聲放大器效能最佳化。因此，如何設(shè)計(jì)出兼具較小電路面積以及較佳抗噪聲能力的低噪聲放大器便成為無(wú)線通信系統(tǒng)中的重要一環(huán)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的一目的在于提供一種擁有較小電路面積的低噪聲信號(hào)放大器，其主要通過(guò)將放大器中的部分元件整合來(lái)達(dá)成。另外，本發(fā)明的另一目的在于利用輸入端的變壓器來(lái)降低放大器本身可能帶來(lái)的噪聲，達(dá)成良好的噪聲抑制效果。
[0004]本發(fā)明的實(shí)施例提供一種放大器，該放大器包含:一變壓器與一第一級(jí)增益電路。該變壓器具有一主要線圈與一次要線圈，并且該主要線圈用以接收一輸入信號(hào)。該第一級(jí)增益電路具有一第一輸入端口，該第一輸入端口耦接于該主要線圈。并且，該第一級(jí)增益電路用以提供一增益給該輸入信號(hào)來(lái)產(chǎn)生一第一輸出。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1為本發(fā)明放大器的一實(shí)施例的電路架構(gòu)圖；
[0006]圖2繪示本發(fā)明放大器中的變壓器的端點(diǎn)極性；
[0007]圖3繪示本發(fā)明放大器中的變壓器的一實(shí)施繞線方式。
[0008]其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0009]100放大器；
[0010]120變壓器；
[0011]140、160增益電路；
[0012]122,124,180線圈；
[0013]Μ1-Μ4晶體管。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在說(shuō)明書及申請(qǐng)專利權(quán)利要求范圍當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定的元件。所屬領(lǐng)域中技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會(huì)用不同的名詞來(lái)稱呼同一個(gè)元件。本說(shuō)明書及后續(xù)的申請(qǐng)專利權(quán)利要求范圍并不以名稱的差異來(lái)作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來(lái)作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說(shuō)明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的”包含”為一開(kāi)放式的用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成”包含但不限定于”。此外，”耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段，因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或者通過(guò)其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
[0015]請(qǐng)參考圖1，其為本發(fā)明放大器的一實(shí)施例的電路架構(gòu)圖。如圖所示，放大器100可提供一增益給一輸入信號(hào)Sin,以產(chǎn)生一輸出信號(hào)Sout。放大器100包含一變壓器120與一第一級(jí)增益電路140。變壓器120包含有一主要線圈122與一次要線圈124。主要線圈122的第一端與主要線圈122的第二端分別稱接于第一級(jí)增益電路140的一第一輸入端口的第一輸入端NI與第二輸入端N2。再者，次要線圈124的第一端與次要線圈124的第二端分別耦接于第一級(jí)增益電路140的一第二輸入端口的第三輸入端N3與第四輸入端N4。當(dāng)單端形式的輸入信號(hào)Sin通過(guò)主要線圈122的第一端(或是說(shuō)輸入端NI)輸入至變壓器120時(shí)，基于楞次定律，主要線圈122的第二端(或是說(shuō)輸入端N2)將會(huì)產(chǎn)生與輸入信號(hào)Sin反相的信號(hào)，如此一來(lái)，便能在第一級(jí)增益電路140的第一輸入端口上形成一組差動(dòng)信號(hào)。再者，通過(guò)變壓器120所提供的信號(hào)耦合效果，可將主要線圈122兩端所形成的差動(dòng)輸入信號(hào)率禹合至第一級(jí)增益電路140的第二輸入端口的第三輸入端N3與第四輸入端N4,如此一來(lái)，第一級(jí)增益電路140中的晶體管Ml與M2的等效轉(zhuǎn)導(dǎo)將被提高，進(jìn)而抑制當(dāng)?shù)谝患?jí)增益電路140對(duì)該組差動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)所帶來(lái)的通道噪聲。
[0016]于本發(fā)明的一實(shí)施例中，主要線圈122又具有一抽頭端(tap)X5,f禹接于一第一參考電壓(如:接地電壓GND)，其中抽頭端X5可能為一中央抽頭端(center tap)。另外，次要線圈124亦具有一抽頭端X6,稱接于一第二參考電壓(如:偏壓電壓Vbiasl)之間,其中抽頭端X6可能為一中央抽頭端。然而，以上所述的特定連接關(guān)系以及圖1所示的連接方式并非為本發(fā)明的限制。
[0017]此外，第一級(jí)增益電路140包含有第一場(chǎng)效晶體管Ml以及第二場(chǎng)效晶體管M2，其中晶體管各個(gè)電極與變壓器120的連接關(guān)系如下。第一場(chǎng)效晶體管Ml的控制電極(如:柵極)以及第二場(chǎng)效晶體管M2的控制電極分別用來(lái)作為第一級(jí)增益電路140的第二輸入端口的第三輸入端N3與第四輸入端N4，并且耦接于次要線圈124。另外，第一場(chǎng)效晶體管Ml的第一電極(如:源極)以及第二場(chǎng)效晶體管M2的第一電極分別用來(lái)作為第一級(jí)增益電路140的第一輸入端口的第一輸入端NI與第二輸入端N2，并且耦接于主要線圈122。通過(guò)以上的連接方式，抑制了通道噪聲，因此第一級(jí)增益電路140可產(chǎn)生具有較少噪聲或不具噪聲的一輸出信號(hào)S_out_ini。
[0018]于本發(fā)明的一實(shí)施例中，放大器100又包含有一第二級(jí)增益電路160，用以提供一增益給自第一級(jí)增益電路140所輸出的輸出信號(hào)S_out_ini,產(chǎn)生輸出信號(hào)S_out,并將輸出信號(hào)S_out提供給后續(xù)的信號(hào)處理電路。然而，此非本發(fā)明的限制，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，放大器100可能僅包含有第一級(jí)增益電路140，而放大器100則因此直接提供輸出信號(hào)S_out_ini給后續(xù)的信號(hào)處理電路。其中，第二級(jí)增益電路160包含有一第三場(chǎng)效晶體管M3以及一第四場(chǎng)效晶體管M4，詳細(xì)的連接關(guān)系如圖1所示，第三場(chǎng)效晶體管M3以及第四場(chǎng)效晶體管M4的控制電極分別連接于一偏壓電壓Vbias2，其中，偏壓電壓Vbias2可能相同或不同于偏壓電壓Vbiasl。第三場(chǎng)效晶體管M3的第二電極(如:汲極)以及第四場(chǎng)效晶體管M4的第二電極上將產(chǎn)生差動(dòng)型式的輸出信號(hào)S_out。另外，于本發(fā)明的一實(shí)施例中，第三場(chǎng)效晶體管M3的第二電極以及第四場(chǎng)效晶體管M4的第二電極可能如圖1所示般，連接至一第三線圈180的兩端，其中，第三線圈180用來(lái)作為放大器100的一電感性負(fù)載。
[0019]請(qǐng)注意，盡管以上所提及的實(shí)施例中的場(chǎng)效晶體管M1、M2、M3、M4均為N型場(chǎng)效晶體管，然而，此非本發(fā)明的限制，于本發(fā)明其他實(shí)施例中，亦可采用P型場(chǎng)效晶體管或者是N型場(chǎng)效晶體管與P型場(chǎng)效晶體管的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)第一級(jí)增益電路140與第二級(jí)增益電路160。
[0020]為了能達(dá)到抗噪聲的良好效果，于本發(fā)明的一實(shí)施例中，主要線圈122與次要線圈124具有如圖2所示般的極性。圖2基于點(diǎn)法則(dot convention)來(lái)標(biāo)示線圈端點(diǎn)的信號(hào)極性。如圖所示，主要線圈122的第一端(或者說(shuō)是端點(diǎn)NI)為電壓/電流的進(jìn)入方向，次要線圈124的第二端(或者說(shuō)是端點(diǎn)N4)為電壓/電流的輸出方向，也就是說(shuō)，主要線圈122的第一端(或者說(shuō)是端點(diǎn)NI)與次要線圈124的第一端(或者說(shuō)是端點(diǎn)N3)具有不同的信號(hào)極性。如此一來(lái)，主要線圈122與次要線圈124便能通過(guò)耦合效應(yīng)來(lái)減少場(chǎng)效晶體管(Ml、M2、M3、M4)所造成的通道噪聲或者是其他可能的噪聲，達(dá)到噪聲抑制的效果。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，圖2所示的極性配置方式并非本發(fā)明唯一的可能實(shí)施方式，于本發(fā)明其他實(shí)施例中，仍可能有其他的極性配置方式，來(lái)達(dá)到降噪聲的效果。
[0021]關(guān)于變壓器120于電路布局上的一可能繞線方式請(qǐng)參考圖3。如圖所示，主要線圈122的兩端分別耦接于第一級(jí)增益電路140的第一輸入端NI以及第二輸入端N2，而次要線圈124的兩端則分別耦接于第一級(jí)增益電路140的第三輸入端N3以及第四輸入端N4。再者，主要線圈122的抽頭端X5耦接于接地電壓GND，而次要線圈124的抽頭端X6耦接于偏壓電壓Vbiasl。另外，主要線圈122與次要線圈124的繞線由圖示中的傳導(dǎo)路徑所組成。請(qǐng)注意，圖3中所示的繞線方式并非本發(fā)明變壓器120的唯一可能的繞線方式，任何其他可達(dá)成與變壓器120相同效果的繞線方式均屬本發(fā)明的范疇。
[0022]以上文中所提及的”一實(shí)施例”代表針對(duì)該實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或者是特性包含于本發(fā)明的至少一實(shí)施方式中。換言之，文中不同段落中所出現(xiàn)的”一實(shí)施例”并非代表相同的實(shí)施例。因此，盡管以上對(duì)于不同實(shí)施例描述時(shí)，分別提及了不同的結(jié)構(gòu)特征或是方法性的動(dòng)作，但應(yīng)當(dāng)注意的是，這些不同特征可通過(guò)適當(dāng)?shù)男薷亩瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)于同一特定實(shí)施例中。
[0023]在實(shí)際應(yīng)用上，信號(hào)增益電路100可以于一無(wú)線接收器，以作為該接收器中的一低噪聲放大電路，而變壓器120則可由一平衡-非平衡變壓器(balun)來(lái)實(shí)現(xiàn)之。一般來(lái)說(shuō)，低噪聲放大器需通過(guò)平衡-非平衡變壓器(balun)來(lái)進(jìn)行單端/差動(dòng)輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換(由于天線所接收的無(wú)線信號(hào)通常為單端型式)，并且也可能同時(shí)需要通過(guò)電感性元件來(lái)提供一高輸入阻抗(通常設(shè)置于晶體管的源極與接地端之間)。由于電感性元件在電路布局上通常占了相當(dāng)可觀的空間，因此這樣的架構(gòu)往往具有相當(dāng)大的電路面積。本發(fā)明則通過(guò)平衡-非平衡變壓器的主要線圈122來(lái)進(jìn)行單端/差動(dòng)輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并且亦通過(guò)主要線圈122提供高輸入阻抗給放大器100，因此，可將放大器100的電路面積維持在一個(gè)理想大小。另外，本發(fā)明將變壓器120的次要線圈124連接至放大器的第一級(jí)增益電路140中的晶體管(M1，M2)的柵極，如此一來(lái)，在便通過(guò)線圈與線圈之間的信號(hào)耦合效應(yīng)，來(lái)消除噪聲，最終可在有效的電路面積中，實(shí)現(xiàn)具有良好特性的低噪聲放大器。
[0024]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利權(quán)利要求范圍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】
1.一種放大器，其特征在于，包含: 一變壓器，具有一主要線圈與一次要線圈，該主要線圈用以接收一輸入信號(hào)；以及一第一級(jí)增益電路，具有一第一輸入端口，該第一輸入端口稱接于該主要線圈，該第一級(jí)增益電路用以提供一增益給該輸入信號(hào)來(lái)產(chǎn)生一第一輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，該第一級(jí)增益電路包含有一第一晶體管與一第二晶體管，并且每一晶體管包含有一控制電極、一第一電極與一第二電極。
3.如權(quán)利要求2所述的放大器,其特征在于,該第一輸入端口包含有: 一第一輸入端，稱接于該主要線圈的一第一端；以及 一第二輸入端，稱接于該主要線圈的一第二端； 其中該第一晶體管的第一電極與該第二晶體管的第一電極分別作為該第一輸入端與該第二輸入端。
4.如權(quán)利要求3所述的放大器，其特征在于，該第一級(jí)增益電路另具有一第二輸入端口，并且該第二輸入端口包含有: 一第三輸入端，稱接于該次要線圈的一第一端；以及 一第四輸入端，耦接于該次要線圈的一第二端； 其中該第一晶體管的控制電極與該第二晶體管的控制電極分別作為該第三輸入端與該第四輸入端。
5.如權(quán)利要求4所述的放大器，其特征在于，該主要線圈的該第一端的極性與該次要線圈的該第一端的極性不同。
6.如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，該變壓器為一平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器。
7.如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，該主要線圈包含有一抽頭端耦接至一第一參考電壓電平，以及該次要線圈包含有一抽頭端耦接至一第二參考電壓電平。
8.如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，另包含有: 一第二級(jí)增益電路，耦接于該第一級(jí)增益電路，用以接收該第一輸出，并產(chǎn)生一第二輸出。
9.如權(quán)利要求8所述的放大器，其特征在于，另包含有: 一第三線圈，耦接于該第二級(jí)增益電路，用以作為一電感性負(fù)載。
10.如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，其設(shè)置于一接收器中。
【文檔編號(hào)】H03F1/26GK103580614SQ201210253229
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月20日
【發(fā)明者】陳憲谷, 張家潤(rùn), 陳家源, 林盈熙 申請(qǐng)人:瑞昱半導(dǎo)體股份有限公司