專(zhuān)利名稱(chēng):消除平衡轉(zhuǎn)換放大器噪聲的方法及其裝置的制作方法
消除平衡轉(zhuǎn)換放大器噪聲的方法及其裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是有關(guān)于一種放大器,且特別是有關(guān)于一種平衡-非平衡轉(zhuǎn)換放大器 (Balance-to-Unbalance amplifier, Balun amplifier,以下簡(jiǎn)稱(chēng)平衡轉(zhuǎn)換放大器)。
背景技術(shù):
在有線(xiàn)通信和無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域里,新興的寬帶通信(broadband communication)技術(shù)已陸續(xù)涌現(xiàn),諸如手持式視頻廣播(DVB-H) (470-890MHz)與感知無(wú)線(xiàn)電(cognitive radio) (0. 1-lOGHz)等。由于低噪聲放大器(low-noise amplifier,以下簡(jiǎn)稱(chēng)LNA)是配置于接收機(jī)的第一級(jí)電路,因此LNA的特性會(huì)直接影響到接收機(jī)的整體效能。因而,在處理寬帶效能時(shí),設(shè)計(jì)者將會(huì)面臨更多的挑戰(zhàn),包括如何設(shè)計(jì)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(dá)到前述功效,通常會(huì)犧牲噪聲指數(shù)(noise figure,簡(jiǎn)稱(chēng)NF)的特性。
在現(xiàn)有技術(shù)中,通??赏ㄟ^(guò)一個(gè)或多個(gè)低噪聲放大器來(lái)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(xiàn)與射頻濾波器(radio frequency filter,簡(jiǎn)稱(chēng)RF filter) —般處理的信號(hào)模式為單端信號(hào),因此使用單端 (single-ended) LNA來(lái)處理上述信號(hào)能有效提高效能,因?yàn)閱味薒NA具備小面積、節(jié)能與低成本的優(yōu)勢(shì)。另一方面,在接收端使用差動(dòng)信號(hào)技術(shù)(differential signaling)能減少二階失真(second-order distortion),并降低電源供應(yīng)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(dòng)輸出的放大器(single-ended input differential output amplifier)以將單端的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為差動(dòng)信號(hào),其中上述的單端輸入差動(dòng)輸出的放大器也稱(chēng)為平衡-非平衡轉(zhuǎn)換放大器(Balim amplifier,以下簡(jiǎn)稱(chēng)平衡轉(zhuǎn)換放大器)。
采用單端輸入差動(dòng)輸出且低噪聲的芯片型放大器(即Balim LNA)有助于與前端天線(xiàn)以及與后端雙平衡式混波器的連接。Balim是用于將相對(duì)于地的雙平衡的差動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為不平衡或單端的信號(hào),或?qū)⒉黄胶饣騿味说男盘?hào)轉(zhuǎn)換為雙平衡的差動(dòng)信號(hào)。低噪聲放大器(low-noise amplifier,以下簡(jiǎn)稱(chēng)LNA)為放大器的一種,其用于將微弱的信號(hào)放大, 其中該微弱信號(hào)可以是由天線(xiàn)所接收。
圖1為包括共柵極(common-gate,以下簡(jiǎn)稱(chēng)CG)與共源極(common-source,以下簡(jiǎn)稱(chēng)CS)放大器的單級(jí)(single-stage)平衡轉(zhuǎn)換低噪聲放大器(Balun low-noise amplifier,以下簡(jiǎn)稱(chēng) 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(hào)的失真并降低能耗。圖2為圖1的CG-CSBalim放大器及其噪聲轉(zhuǎn)換函數(shù)(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(dǎo)(transconductance)放大器。圖1的CG放大器(對(duì)應(yīng)晶體管MCG)適用于寬帶阻抗匹配。而通過(guò)采用與CG放大器并聯(lián)的CS放大器(對(duì)應(yīng)晶體管MCS),能減少高于3. 5dB的噪聲指數(shù)(noise figure,以下簡(jiǎn)稱(chēng)NF)以及改善電壓增益不足。然而,當(dāng)共柵極放大器與共源極放大器的晶體管尺寸相同時(shí),上述的共柵極-共源極的Balun LNA的噪聲仍然過(guò)高。NF用于衡量信噪比(signal-to-noise ratio,簡(jiǎn)稱(chēng)SNR)的衰減,此衰減是由射頻(radio frequency,簡(jiǎn)稱(chēng)RF)信號(hào)鏈路(signal chain)內(nèi)元件噪聲所造成。NF定義為在標(biāo)準(zhǔn)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(guò)輸出差動(dòng)信號(hào),能消除來(lái)自晶體管Mra(或稱(chēng)Ml)的噪聲或失真。而晶體管仏3 (或稱(chēng)M2)的噪聲則是影響NF的主要因素。并聯(lián)的CS放大器可使電壓增益加倍,并消除來(lái)自CG放大器的噪聲與失真。另外,CG-CS輸入級(jí)本質(zhì)上可執(zhí)行單端至差動(dòng)轉(zhuǎn)換,而不需使用外接(off-chip)的Balim電路,因此能節(jié)省成本。
請(qǐng)參照?qǐng)D2,假設(shè)CG與CS支路是彼此對(duì)稱(chēng),即gm, CG = gm, cs且Ru = Rl2 = Rl,則 Balun LNA的NF可用以下式子來(lái)近似表示
權(quán)利要求
1.一種消除平衡轉(zhuǎn)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(cè)支路的一輸出與該放大器的電壓感測(cè)支路的一輸出相加并縮放,以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)經(jīng)加總并縮放過(guò)的輸出;以及將該或該些經(jīng)加總并縮放過(guò)的輸出反饋至該放大器的該電流感測(cè)支路與該電壓感測(cè)支路的該些輸出的至少其中之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除平衡轉(zhuǎn)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(cè)支路與該電壓感測(cè)支路的該些輸出,以產(chǎn)生一加總結(jié)果,并利用一第一電路縮放該加總結(jié)果,或利用一第二電路對(duì)該電流感測(cè)支路與該電壓感測(cè)支路的各該輸出進(jìn)行縮放,以產(chǎn)生多個(gè)縮放結(jié)果,并相加該些縮放結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的消除平衡轉(zhuǎn)換放大器噪聲的方法,其特征在于,該電流感測(cè)支路與該電壓感測(cè)支路的該些輸出的相加是利用一個(gè)或多個(gè)電感、一個(gè)或多個(gè)電容、一個(gè)或多個(gè)晶體管,或上述的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的消除平衡轉(zhuǎn)換放大器噪聲的方法,其特征在于,該電流感測(cè)支路與該電壓感測(cè)支路的該些輸出的縮放是利用一個(gè)或多個(gè)放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除平衡轉(zhuǎn)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(jīng)加總并縮放過(guò)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(cè)支路與該電壓感測(cè)支路的該些輸出的其中之一的正輸出,或?qū)⒃摶蛟撔┙?jīng)加總并縮放過(guò)的輸出的其中之一的負(fù)輸出,反饋至該放大器的該電流感測(cè)支路與該電壓感測(cè)支路的該些輸出的其中之一的負(fù)輸出,或上述兩步驟的結(jié)合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除平衡轉(zhuǎn)換放大器噪聲的方法,其特征在于,該放大器的該電流感測(cè)支路與該電壓感測(cè)支路的該些輸出的其中之一的負(fù)輸出是反相于該放大器的一輸入,且該或該些經(jīng)加總并縮放過(guò)的輸出的其中之一的負(fù)輸出是反饋至該負(fù)輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除平衡轉(zhuǎn)換放大器噪聲的方法,其特征在于,該放大器的該電流感測(cè)支路與該電壓感測(cè)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(jīng)加總并縮放過(guò)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(zhuǎn)換放大器的噪聲的裝置,其特征在于,包括一電流感測(cè)放大器;一電壓感測(cè)放大器;以及一控制模塊,將該電流感測(cè)放大器的一輸出與該電壓感測(cè)放大器的一輸出相加并縮放,并將一個(gè)或多個(gè)經(jīng)加總并縮放過(guò)的輸出反饋至該電流感測(cè)放大器與該電壓感測(cè)放大器的該些輸出的至少其中之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的消除平衡轉(zhuǎn)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(cè)放大器與該電壓感測(cè)放大器的該些輸出,以產(chǎn)生一加總結(jié)果,并利用一第一電路縮放該加總結(jié)果,或利用一第二電路對(duì)該電流感測(cè)放大器與該電壓感測(cè)放大器的各該輸出進(jìn)行縮放,以產(chǎn)生多個(gè)縮放結(jié)果,并相加該些縮放結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的消除平衡轉(zhuǎn)換放大器噪聲的裝置,其特征在于,還包括一個(gè)或多個(gè)電感、一個(gè)或多個(gè)電容、一個(gè)或多個(gè)電阻、一個(gè)或多個(gè)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(cè)放大器與該電壓感測(cè)放大器的該些輸出相加。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的消除平衡轉(zhuǎn)換放大器噪聲的裝置,其特征在于,還包括一個(gè)或多個(gè)放大器,其中該控制模塊利用該或該些放大器對(duì)該電流感測(cè)放大器與該電壓感測(cè)放大器的該些輸出進(jìn)行縮放。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的消除平衡轉(zhuǎn)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(jīng)加總并縮放過(guò)的輸出的其中之一的正輸出,反饋至該電流感測(cè)放大器與該電壓感測(cè)放大器的該些輸出的其中之一的正輸出,或?qū)⒃摶蛟撔┙?jīng)加總并縮放過(guò)的輸出的其中之一的負(fù)輸出,反饋至該電流感測(cè)放大器與該電壓感測(cè)放大器的該些輸出的其中之一的負(fù)輸出,或上述兩步驟的結(jié)合。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的消除平衡轉(zhuǎn)換放大器的噪聲的裝置,其特征在于,該電壓感測(cè)放大器用于將該平衡轉(zhuǎn)換放大器的一輸入反相,以使該電流感測(cè)放大器與該電壓感測(cè)放大器的該些輸出的其中之一為負(fù)輸出,且該控制模塊用于將該或該些經(jīng)加總與縮放后的輸出的其中之一的負(fù)輸出反饋至該負(fù)輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的消除平衡轉(zhuǎn)換放大器噪聲的裝置,其特征在于,該電流感測(cè)放大器用于維持該電流感測(cè)放大器的該些輸出同相于該平衡轉(zhuǎn)換放大器的一輸入,以使該電流感測(cè)放大器與該電壓感測(cè)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(jīng)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(jù)權(quán)利要求8所述的消除平衡轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求8所述的消除平衡轉(zhuǎn)換放大器噪聲的裝置,其特征在于,還包括一個(gè)或多個(gè)單級(jí)共柵極與共源極平衡轉(zhuǎn)換放大器,或一個(gè)或多個(gè)具有電流感測(cè)放大器與電壓感測(cè)放大器的平衡轉(zhuǎn)換放大器,或一個(gè)或多個(gè)結(jié)合后級(jí)放大器的平衡轉(zhuǎn)換放大器,或上述的組合。
17.一種消除平衡轉(zhuǎn)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(chǔ)器,包括用于一個(gè)或多個(gè)程序的一計(jì)算機(jī)程序碼,其中該存儲(chǔ)器、該計(jì)算機(jī)程序碼與該處理器用于使該消除平衡轉(zhuǎn)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(cè)支路的一輸出與該放大器的電壓感測(cè)支路的一輸出相加并縮放,以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)經(jīng)加總并縮放過(guò)的輸出;以及將該或該些經(jīng)加總并縮放過(guò)的輸出反饋至該放大器的該電流感測(cè)支路與該電壓感測(cè)支路的該些輸出的至少其中之一。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的消除平衡轉(zhuǎn)換放大器噪聲的裝置,其特征在于,該消除平衡轉(zhuǎn)換放大器的噪聲的裝置還被設(shè)定相加該電流感測(cè)支路與該電壓感測(cè)支路的該些輸出, 以產(chǎn)生一加總結(jié)果,并利用一第一電路縮放該加總結(jié)果,或利用一第二電路對(duì)該電流感測(cè)支路與該電壓感測(cè)支路的各該輸出進(jìn)行縮放,以產(chǎn)生多個(gè)縮放結(jié)果,并相加該些縮放結(jié)果。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的消除平衡轉(zhuǎn)換放大器噪聲的裝置,其特征在于,該消除平衡轉(zhuǎn)換放大器的噪聲的裝置還被設(shè)定利用一個(gè)或多個(gè)電感、一個(gè)或多個(gè)電容、一個(gè)或多個(gè)電阻、一個(gè)或多個(gè)晶體管,或上述的組合將該電流感測(cè)放大器與該電壓感測(cè)放大器的該些輸出相加。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的消除平衡轉(zhuǎn)換放大器噪聲的裝置,其特征在于,該平衡轉(zhuǎn)換放大器的噪聲的裝置還被設(shè)定利用一個(gè)或多個(gè)放大器對(duì)該電流感測(cè)放大器與該電壓感測(cè)放大器的該些輸出進(jìn)行縮放。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于減少低噪聲放大器(low noise amplifier,以下簡(jiǎn)稱(chēng)LNA)噪聲指數(shù)的方法及其裝置。在本發(fā)明實(shí)施例中,通過(guò)利用LNA的控制模塊將來(lái)自L(fǎng)NA的電流感測(cè)支路的輸出與來(lái)自L(fǎng)NA的電壓感測(cè)支路的輸出相加并縮放,以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)經(jīng)加總并縮放過(guò)的輸出??刂颇K也將上述經(jīng)加總并縮放過(guò)的輸出反饋至LNA的電流感測(cè)支路與電壓感測(cè)支路的輸出的至少其中之一。
文檔編號(hào)H03F1/26GK102545790SQ201110094569
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者唐仕豪, 施宜興, 郭明清 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院