改进的放大器和用于放大输入信号的方法技术

公开了一种放大器和用于放大输入信号的方法。多级装置包括多个级，例如第一级和第二级。在工作期间，第一级接收输入信号并基于输入信号输出中间信号。第二级耦接至第一级以接收中间信号并产生输出信号。根据一种配置，第二级包括：i)晶体管，以及ii)第一级与晶体管之间的电路路径。控制晶体管部件以从被输入至该电路路径的中间信号得到输出信号。

Improved amplifiers and methods for amplifying input signals

【技术实现步骤摘要】
改进的放大器和用于放大输入信号的方法
本专利技术涉及电子领域，具体地涉及放大器。
技术介绍
常规的低噪声放大器(LNA)是一种电子放大器，其将非常低电压输入信号放大为输出信号，而不会显著降低其信噪比。作为具体示例，取决于相应的增益设置，放大器电路优选地以有限的噪声放大而产生输入信号的更高幅值的复制。在移动通信装置中使用的常规LNA电路通常支持所谓的“按需线性”特征，这需要实现不同的增益步骤模式。这些模式之一是所谓的“高增益模式”，其使用最大容许电流来实现从输入到输出的最佳增益和噪声系数性能。通信装置的适当操作和性能通常取决于放大器电路提供适当增益的能力。图1是示出基于1.8伏DC的电源(例如VDD)而工作的常规放大器电路的示例图。通常，在工作期间，放大器100的输入级110产生信号120。输出级130从输入级110接收信号120作为输入并产生输出信号Vout。输出电压Vout是输入电压Vin的放大再现(rendition)。
技术实现思路
图1中的常规放大器的一个缺点是分压器，即输出级130中的电容器C1和电容器C2的组合。例如，通常，输出电压Vout＝Vtank*[C1/(C1+C2)]；其中Vtank＝节点118处的电压。放大器100(例如单个共源共栅放大器(cascode))的高增益性能(～18dB)主要是由输出级130(储能(tank)电路)中的电容分压器C1和C2实现的，以达到良好的输出匹配(从200欧姆到50欧姆的变换)。这种变换具有较大的缺点，因为可能损失电压增益的25％至50％。此外，通过选择C1和C2的适当值来调整放大器100的输出级130。不幸的是，放大器100的常规输出级130只能在非常窄的频率诸如20兆赫兹的范围内提供适当的阻抗匹配。这是非常有限的，因为放大器100不能用于宽带应用。还注意到，在工业中，以较低的电源电压操作电路是很常见的。例如，在不久的将来，预期放大器基于1.2VDC而不是1.8VDC进行操作。较低的电压使得从放大器实现高增益变得甚至更加困难。因此，存在与以较低电压诸如1.2VDC实现常规放大器电路相关的挑战。例如，如前面所讨论的，以如此低的电压操作常规放大器会导致RF性能下降，对诸如相应放大器的增益、噪声系数、线性等参数产生负面影响。此外，如前面所讨论的，本公开内容包括观察到常规的CMOSLNA实现仅达到了窄带输出匹配，从而防止这样的装置在宽带应用中被使用。与常规方法相反，本文的实施方式包括提供多级装置的改进性能的新颖方法。例如，根据一个实施方式，多级装置包括多个级，例如第一级和第二级。通常，多级装置的级采用电路的形式。但是，可以以任何适当的方式实例化这样的资源。在工作期间，第一级接收输入信号并基于输入信号输出中间信号。第二级耦接至第一级以接收中间信号并产生输出信号。在一个示例性实施方式中，第二级包括：i)晶体管，和ii)在第一级与晶体管之间的电路路径。在一个实施方式中，晶体管的工作从被输入至电路路径的中间信号得到输出信号。如果需要，通过电容器的偏置电压和/或中间信号的组合被施加到晶体管的栅极，以控制晶体管的工作和输出信号的生成。根据进一步的实施方式，晶体管的栅极主要经由施加DC偏置电压和DC电流(其流经晶体管)来进行控制。在一个实施方式中，中间信号是射频信号(AC信号)，其改变被输入至晶体管的栅极节点的电压。根据另一实施方式，与中间信号相关联并被输入至电路路径的电流的至少一部分流经晶体管以得到输出信号。在一个实施方式中，如本文所描述的多级装置是放大器。在这样的情况下，输出信号是输入信号的放大再现。多级装置的总增益是通过将输出信号的幅值除以输入信号的幅值来表示的。在一个实施方式中，中间信号是输入信号的放大再现。输出信号是中间信号的放大再现。在一个实施方式中，输出信号相对于中间信号的放大或增益为零或相当小。在这样的情况下，输入级提供输入信号的放大。输出级充当缓冲器。根据其他实施方式，多级装置中的电路路径(或双电路路径)将产生中间信号的第一级的节点耦接至晶体管的输入端(例如栅极节点)和晶体管的输出端(例如源级节点)中的一个或两个。根据其他实施方式，由第一级产生并被输入至电路路径的中间信号控制晶体管的工作和通过电路路径的相应电流流动。这样的电流控制产生来自第二级的输出信号。在一个实施方式中，多级装置的第二级可操作成使用(或重新使用)与从第一级输出的中间信号相关联的电流来生成输出信号。如本文进一步讨论的，使用或重新使用来自第一级的电流以产生来自第二级的输出信号降低了多级电路的功耗。本文的另外的实施方式包括电路路径诸如电容器，该电路路径将输出中间信号的第一级的节点耦接至晶体管的栅极节点。注意，如果需要，晶体管的栅极节点也可以经由通过电阻器到晶体管的栅极的偏置电压的输入来进行偏置。根据其他实施方式，第一级包括可操作成控制与被输出至第二级的中间信号相关联的电流量的晶体管。在一个实施方式中，如下面进一步讨论的，由中间信号提供的电流幅值控制与多级电路相关联的增益。多级电路可以包括任何数量的无源部件，如电阻器、电容器和/或电感器。例如，在一个实施方式中，第二级包括第一无源电路部件和第二无源电路部件，其串联设置在产生中间信号的第一级的节点与第二级中的晶体管的节点(例如源级节点)之间。多级装置的输出信号从将第一无源电路部件耦接至第二无源电路部件的电路节点得到。如前面所讨论的，多级电路包括任何数量的电路路径，以提供在产生中间信号的级的节点与晶体管的一个或更多个节点之间的连通性。在一个实施方式中，如本文所描述的电路路径是从第一级的节点到晶体管的栅极节点的第一电路路径。多级电路可以被配置成还包括在产生中间信号的第一级的节点与晶体管的源级节点之间的第二电路路径。在一个实施方式中，第一电路路径包括将输出中间信号的第一级的节点耦接至晶体管的栅极节点的电容器。根据另外的实施方式，第二级被实现为公共漏极电路。利用如本文描述的新的公共漏极输出缓冲级，可以使用第二级来实现更高的增益和宽带输出匹配。此外，如前面所讨论的，在一个实施方式中，多级装置是用于任何适当应用的放大器电路。例如，在一个非限制示例实施方式中，设备(例如通信装置)包括如本文描述的多级装置的一个或更多个版本。在一个实施方式中，该设备包括接收无线信号的天线。天线将无线信号转换为输入至多级装置的第一级的输入信号。以本文所描述的方式，多级装置将输入信号放大成输出信号。根据其他实施方式，第二级的阻抗与第一级的阻抗匹配(或基本上匹配)。在一个实施方式中，第二级的阻抗在宽带频率范围，例如在1千兆赫至3千兆赫之间或任何其它频率范围，与第一级的阻抗基本上匹配。本文的其他实施方式包括将多级装置的第二级实现为公共漏极放大器电路，以将输入信号放大成输出信号。本文的实施方式还包括接收输入信号并且产生输出信号的方法。例如，在一个实施方式中，该方法包括：接收输入信号；从输入信号生成中间信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种放大器，包括：/n第一级，其接收输入信号，所述第一级基于所述输入信号产生中间信号；以及/n第二级，其被耦接至所述第一级以接收所述中间信号并产生输出信号，所述第二级包括：/ni)晶体管，以及/nii)所述第一级与所述晶体管之间的电路路径，所述中间信号被输入至所述电路路径以从所述中间信号得到所述输出信号。/n

【技术特征摘要】
20180905 US 16/122,4331.一种放大器，包括：
第一级，其接收输入信号，所述第一级基于所述输入信号产生中间信号；以及
第二级，其被耦接至所述第一级以接收所述中间信号并产生输出信号，所述第二级包括：
i)晶体管，以及
ii)所述第一级与所述晶体管之间的电路路径，所述中间信号被输入至所述电路路径以从所述中间信号得到所述输出信号。


2.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述输出信号是所述输入信号的放大再现。


3.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述第二级的阻抗与所述第一级的阻抗匹配。


4.根据权利要求1所述的放大器，还包括：
电容器，所述电容器将输出所述中间信号的所述第一级的节点耦接至所述晶体管的栅极节点。


5.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述晶体管是第一晶体管，所述放大器还包括：
第二晶体管，其能够操作成控制与被输出至所述第二级的所述中间信号相关联的电流的量。


6.根据权利要求1所述的放大器，还包括：
第一部件和第二部件，其被串联设置在输出所述中间信号的所述第一级的节点与所述晶体管的节点之间，所述输出信号是从将所述第一部件耦接至所述第二部件的电路节点得到。


7.根据权利要求6所述的放大器，其中，所述晶体管的节点是所述晶体管的源级节点。


8.根据权利要求7所述的放大器，其中，所述电路路径是第一电路路径，所述放大器还包括：
在产生所述中间信号的所述第一级的节点与所述晶体管的栅极节点之间的第二电路路径。


9.根据权利要求8所述的放大器，其中，所述第二电路路径包括将输出所述中间信号的所述第一级的节点耦接至所述晶体管的栅极节点的电容器。


10.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述第二级能够操作成重新使用经由从所述第一级输出的所述中间信号所提供的电流以生成所述输出信号。


11.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述第一级和所述第二级的组合是放大器电路，所述放大器还包括：
用于接收无线信号的天线，所述天线将所述无线信号转换成被输入至所述第一级的所述输入信号，所述放大器电路能够操作成将所述输入信号放大为所述输出信号。


12.根据权利要求1所述的放大器，由所述第一级产生的所述中间信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·施勒根多费尔，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE