專利名稱：使用多路選通晶體管具有改良線性和頻帶的放大器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用多路選通晶體管(MGTR)的放大器電路，更具體而言涉及一種使用MGTR具有改良線性和改良頻帶的放大器電路。
相關(guān)
背景技術(shù)：


圖1是一種使用多路選通晶體管(MGTR)的常規(guī)放大器電路的電路圖。
參照圖1，常規(guī)的放大器電路包括晶體管MN11，一個由主晶體管MN12和輔助晶體管MN13組成的MGTR，電阻器R11和電感器L11。
主晶體管MN12的柵極、漏極和源極分別連接到輔助晶體管MN13的柵極、漏極和源極，從而構(gòu)造一個放大單元。
主晶體管MN12和輔助晶體管MN13的源極被連接到電感器L11，以便形成一個衰減單元。主晶體管MN12和輔助晶體管MN13的柵極共同地連接到輸入端子。
晶體管MN11的源極連接到放大單元的晶體管MN12和MN13的漏極。晶體管MN11的漏極被連接到電阻器R11和輸出單元的輸出端子。
現(xiàn)在敘述使用MGTR的常規(guī)放大器電路的操作。
輸入信號被施加到主晶體管MN12和輔助晶體管MN13的柵極進(jìn)行放大。這里，當(dāng)主晶體管MN12放大輸入信號時，就控制輔助晶體管MN13的操作特性來消除三階互調(diào)失真IMD3。
晶體管MN12的操作特性與晶體管MN13的不同，以便使放大器的線性得到改善。然而，當(dāng)電感器連接到晶體管MN12和MN13的源極時，就減少了線性改善，特別是減少了在高頻的線性改善。
電感器不可避免地加入到放大器電路，用于封裝集成電路(IC)芯片或連接到輸入阻抗匹配的電路。
當(dāng)設(shè)計一種低噪聲放大器時，具體地說，電感器被加入到放大器電路進(jìn)行輸入阻抗匹配。在這種情況下，當(dāng)電感元件連接到晶體管的源極用于串聯(lián)負(fù)反饋時，電感元件對應(yīng)于來自晶體管柵極的輸入阻抗的實分量，這樣電感元件呈現(xiàn)為電阻器。
這里，電阻器的電阻是gm*Ls/(Cgs)，其中g(shù)m是晶體管的跨導(dǎo)，Ls是電感元件的電感，Cgs是晶體管的柵極-源極的電容。
在低噪聲放大器的情況下，該方法被用來同時實現(xiàn)噪聲系數(shù)的最優(yōu)化匹配和輸入功率匹配。
然而，根據(jù)這種方法，在MGTR的情況下gm”的偏移效應(yīng)并不能在高頻中呈現(xiàn)。當(dāng)電感器連接到晶體管的源極時，產(chǎn)生了gm”阻抗的虛分量，該虛分量成為確定非線性的分量。即，gm”的實分量被MGTR有效地消除，但是由于連接到晶體管源極的電感器而新產(chǎn)生了gm”的虛分量。因此，就去除了MGTR的線性改善效果(參照IEEE RFIC Symposium 2004FortWorth，TX USA 6-8June，2004’)。
圖2是一個使用MGTR來避免圖1中所示放大器電路的缺陷的常規(guī)放大器電路的電路圖。圖2的放大器電路在“IEEE RFIC Symposium 2004Fort Worth，TX USB 6-8June，2004’”中公開，并且是由Qualcomm(高通)提出。
參照圖2，該放大器電路包括晶體管MN21至MN25，電容器C21，C22和C23，電感器L21，L22，L23和L24，電流源Is21和Is22，和電阻器R21和R22。
主晶體管MN21的漏極被連接到輔助晶體管MN22的漏極，主晶體管MN21的源極被連接到電感器L21，輔助晶體管MN22的源極被連接到電感器L22，從而構(gòu)造一個放大單元。這里，電感器L21和L22具有不同的特性。
輸入端子IN串行地連接電容器C21和電感器L23，并耦合到主晶體管MN21的柵極，以便放大輸入信號，其中電容器C21和電感器L23是串行連接。電容器C22被插入在主晶體管MN21的柵極與輔助晶體管MN22的柵極之間，以便使用輔助晶體管MN22放大輸入信號。
電流源Is21的輸出被施加到晶體管MN23的漏極和柵極用于加偏壓，電流源Is22的輸出被施加到晶體管MN24的漏極和柵極用于加偏壓，電流源Is21和Is22接收電源電壓Vdd。
電阻器R21串行地連接在晶體管MN23的柵極與主晶體管MN21的柵極之間，電阻器R22串行地連接在晶體管MN24的柵極與輔助晶體管MN22的柵極之間，用于向晶體管MN21和MN22加偏壓。晶體管MN25的漏極被連接到電容器C23，以便構(gòu)造一個輸入端子，晶體管MN25的源極被連接到晶體管MN21和MN22的漏極，以便輸出信號。
在圖2的放大器電路中，具有不同特性的電感器L21和L22被分別連接到主晶體管MN21和輔助晶體管MN22，以便改善線性。然而，在這種情況下，該放大器電路需要更多的圖1放大器電路中的電感器。此外，確定輔助晶體管MN22的電感器L22的電感以及僅僅將放大器電路施加到窄帶上是非常困難的。而且，還沒有方法能夠處理在輔助晶體管中產(chǎn)生的感應(yīng)柵極噪聲(參見IEEE RFIC Symposium 2004Fort Worth，TX USA 6-8June，2004’)。
發(fā)明概述[22]相應(yīng)地，本發(fā)明已經(jīng)解決了上述的問題，本發(fā)明的一個目的在于提供一種改善頻帶同時增強線性的放大器電路。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種放大器電路，該放大器電路能夠減少MGTR的退化(degeneration)電感器的影響，并減少在輔助晶體管中產(chǎn)生的感應(yīng)柵極噪聲的影響，從而改善噪聲系數(shù)。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種使用MGTR具有改良線性和頻帶的放大器電路，該放大器電路包括一個放大單元，它包括主晶體管和輔助晶體管；一個衰減單元，它包括分別連接到主晶體管的源極和輔助晶體管的源極的電感器；一個電容器，它的一端連接到主晶體管和輔助晶體管的源極，它的另一端連接到主晶體管和輔助晶體管的柵極；和一個輸出單元，它連接到主晶體管和輔助晶體管的漏極。
優(yōu)選的，主晶體管和輔助晶體管具有不同的特性。輸出單元可以包括晶體管。
本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種使用MGTR具有改良線性和頻帶的放大器電路，該放大器電路包括一個放大單元，它包括主晶體管和輔助晶體管；一個衰減單元，它包括分別連接到主晶體管的源極和輔助晶體管的源極的電感器；一個電容器，它的一端連接到主晶體管和輔助晶體管的源極，它的另一端連接到主晶體管和輔助晶體管的柵極；一個輸出單元，它連接到主晶體管和輔助晶體管的漏極，該輸出單元包括晶體管；和一個反饋放大器，它連接在輸出單元的晶體管的柵極和源極之間。
附圖簡述[27]本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將從下文結(jié)合附圖詳細(xì)敘述的本發(fā)明的優(yōu)選實施例中顯現(xiàn)出來。
圖1是一個使用MGTR的常規(guī)放大器電路的電路圖；[29]圖2是在“IEEE RFIC Symposium 2004Fort Worth，TX USA 6-8June，2004’”中公開并由Qualcomm提出的一個常規(guī)放大器電路的電路圖；[30]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例，使用MGTR具有改良線性和頻帶的共用源極放大器電路的電路圖；[31]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，使用MGTR具有改良線性和頻帶的共射-共基放大器電路的電路圖；[32]圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，使用MGTR具有改良線性和頻帶的放大器電路的電路圖；[33]圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的放大器電路的模擬效果的增益圖；[34]圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的放大器電路的模擬效果的IIP3圖；[35]圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的模擬效果的噪聲系數(shù)圖；[36]圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的模擬效果的史密斯(Smith)圓圖。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)敘述[37]現(xiàn)在將詳細(xì)地參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的實例在附圖中進(jìn)行了說明。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例，使用MGTR具有改良線性和頻帶的共用源極放大器電路的電路圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，使用MGTR具有改良線性和頻帶的共射-共基放大器電路的電路圖。由于圖3和圖4的放大器電路的放大單元具有相同的配置，因此現(xiàn)在將僅敘述圖4的共射-共基放大器電路。
參照圖4，放大器電路包括一個由主晶體管MN41和輔助晶體管MN42組成的MGTR，晶體管MN43，電感器L41，電容器C41和電阻器R41。主晶體管MN41的柵極、漏極和源極分別連接到輔助晶體管MN42的柵極、漏極和源極，主晶體管MN41和輔助晶體管MN42的源極彼此相連，以使主晶體管MN41和輔助晶體管MN42彼此相連，從而構(gòu)造一個放大單元。
主晶體管MN41的源極、輔助晶體管MN42的源極和電感器L41的一端被共同的連接，以便構(gòu)成一個衰減單元。電容器C41的一端被連接到主晶體管MN41和輔助晶體管MN42的柵極，它的另一端被連接到主晶體管MN41和輔助晶體管MN42的源極。
晶體管MN43的漏極被連接到電阻器R41的一端和輸入端子OUT，以便構(gòu)成一個輸出單元，晶體管MN43的源極被連接到主晶體管MN41和輔助晶體管MN42的漏極。這里，當(dāng)主晶體管MN41放大信號時，就確定產(chǎn)生的用于減少IMD3的輔助晶體管MN42的特性。然而，由于組件(package)或電感器被加入到放大器電路進(jìn)行輸入匹配，當(dāng)電感器不可避免地連接到晶體管的源極時，在晶體管至電感器的柵極和源極之間產(chǎn)生了二次諧波分量2f1，2f2和f1+f2的反饋。通過這個反饋，產(chǎn)生了gm”的虛分量，這樣在高頻就不能獲得根據(jù)MGTR的線性改善。
相應(yīng)地，本發(fā)明將電容器C41的一端連接到輸入端子IN和晶體管MN41和MN42的柵極，并將電容器C41的另一端連接到晶體管MN41和MN42的源極，以便減少二次諧波分量的放大量，從而減少了反饋的影響。因此，即使在高頻也可以獲得根據(jù)MGTR的線性改善。
特別地，由于當(dāng)放大器電路放大信號時不存在頻率諧振，因此當(dāng)圖4的放大器電路被匹配到窄帶時，它可以應(yīng)用于窄帶。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例，使用MGTR具有改良線性和頻帶的放大器電路的電路圖。參照圖5，該放大器電路包括晶體管MN51，MN52和MN53，電感器L51，電容器C51，電阻器R51和反饋放大器501。由于圖4的放大器電路的基本配置與圖3的放大器電路相似，而區(qū)別僅在于反饋放大器部分與圖3的放大器電路不同，因此現(xiàn)在將僅僅敘述反饋放大器501。
反饋放大器501的輸出端連接到晶體管MN53的柵極，反饋放大器501的輸入端連接到與晶體管MN53的源極和MGTR MN51和MN52的漏極相耦合的節(jié)點。即，反饋放大器501被加入在晶體管MN53的柵極和源極之間，以便通過在共射-共基放大器電路中的反饋環(huán)路增益來增加共同柵極輸入(晶體管MN53的輸入)的阻抗。在這種情況下，減少了共同柵極輸入阻抗，這樣可以減少在柵極和漏極之間的反饋，這通常被稱為Miller效應(yīng)。即，減少了在MGTR MN51和MN52的漏極中產(chǎn)生的諧波反饋效應(yīng)，從而改善近似2到3dB的線性。
圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的放大器電路的模擬效果的增益圖。參照圖6，當(dāng)輸入頻率是906.1MHz時獲得了最大增益。這里，增益點m5的dB(S(2，1))是14.222dB，這是最大的增益。
圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的放大器電路的模擬效果的IIP3圖。參照圖7，當(dāng)indep(m1)是0.166時，IIP3是8.240dBm，當(dāng)indep(m2)是0.193時，IIP3是7.449dBm，當(dāng)indep(m3)是0.221時，IIP3是7.470dBm，當(dāng)indep(m4)是0.000時，IIP3是-2.286dBm。這里，在不使用MGTR的常規(guī)共射-共基放大器電路的情況下indep(m4)是0.000。即，最大的IIP3是8.2409dBm，這樣根據(jù)MGTR IIP3就近似改進(jìn)了10dB。
圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的模擬效果的噪聲系數(shù)(NF)圖。如圖8中所示，當(dāng)頻率是906.1MHz時噪聲系數(shù)是0.983dB。
圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的模擬效果的史密斯(Smith)圓圖。參照圖9，當(dāng)輸入頻率是906.1MHz時，S(1，1)是0.054/68.915，阻抗是Zo*(1.034+j0.104)。當(dāng)輸入頻率是886.9MHz時，S(2，2)是0.216/81.239，阻抗是Zo*(0.972+j0.435)。
表格1表示圖6，7，8和9的模擬結(jié)果。
表格1
在表格1中，F(xiàn)OM(質(zhì)量因數(shù))是對特性比較的指數(shù)，它是根據(jù)參考文件(IEEE RFIC Symposium 2004Fort Worth，TX USA 6-8June，2004’)的計算方法[OIF3/{噪聲系數(shù)-1}*Pdc]進(jìn)行計算。
本發(fā)明顯著的減少了使用MGTR的放大器電路的退化電感器的影響，并減少了在輔助晶體管中產(chǎn)生的感應(yīng)柵極噪聲的影響。此外，本發(fā)明在進(jìn)行匹配之后改進(jìn)了噪聲系數(shù)和特性。而且，根據(jù)本發(fā)明的放大器電路可以應(yīng)用于寬帶。而且，本發(fā)明還能夠很容易地確定放大器電路的電容器C31的電容，并使用少量的元件構(gòu)造放大器電路，從而減少功率消耗。相應(yīng)地，本發(fā)明的放大器電路可以應(yīng)用于需要低功率消耗的電路。
本發(fā)明將電容器插入到放大器電路，以便減少退化電感器的影響，并減少在放大器電路的輔助晶體管中產(chǎn)生的感應(yīng)柵極噪聲，增強了放大器電路的線性，從而改進(jìn)噪聲系數(shù)，并能夠使放大器電路應(yīng)用到寬帶。而且，為了改善線性，本發(fā)明通過將電容器插入到放大器電路，能夠最小化加入到放大器電路的元件數(shù)量。相應(yīng)地，減少了放大器電路的功率消耗，以便可以容易地構(gòu)造使用該放大器電路的各種電路。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照特定的示例性實施例進(jìn)行了敘述，但是本發(fā)明并不是由實施例來限定，而是僅由附加的權(quán)利要求來限定。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下可以對實施例進(jìn)行修改或變化。
權(quán)利要求
1.一種使用MGTR具有改良線性和頻帶的放大器電路，該放大器電路包括一個放大單元，它包括主晶體管和輔助晶體管；一個衰減單元，它包括分別連接到主晶體管的源極和輔助晶體管的源極的電感器；一個電容器，它的一端連接到主晶體管和輔助晶體管的源極，它的另一端連接到主晶體管和輔助晶體管的柵極；一個輸出單元，它連接到主晶體管和輔助晶體管的漏極。
2.如權(quán)利要求1的放大器電路，其中主晶體管和輔助晶體管具有不同的特性。
3.如權(quán)利要求1的放大器電路，其中輸出單元包括晶體管。
4.一種使用MGTR的具有改良線性和頻帶的放大器電路，該放大器電路包括一個放大單元，它包括主晶體管和輔助晶體管；一個衰減單元，它包括分別連接到主晶體管的源極和輔助晶體管的源極的電感器；一個電容器，它的一端連接到主晶體管和輔助晶體管的源極，它的另一端連接到主晶體管和輔助晶體管的柵極；一個輸出單元，它連接到主晶體管和輔助晶體管的漏極，該輸出單元包括晶體管；和一個反饋放大器，它連接在輸出單元的晶體管的柵極和源極之間。
5.如權(quán)利要求4的放大器電路，其中主晶體管和輔助晶體管具有不同的特性。
全文摘要
本發(fā)明公開一種使用MGTR具有改良線性和頻帶的放大器電路。該放大器電路包括一個放大單元，它包括主晶體管和輔助晶體管；一個衰減單元，它包括分別連接到主晶體管的源極和輔助晶體管的源極的電感器；一個電容器，它的一端連接到主晶體管和輔助晶體管的源極，它的另一端連接到主晶體管和輔助晶體管的柵極；和一個輸出單元，它連接到主晶體管和輔助晶體管的漏極。
文檔編號H03F1/42GK1794568SQ20051012343
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者金兌昱, 金本冀, 李貴魯 申請人:因特格瑞特科技有限公司