具有改進的線性度的分路式放大器的制造方法
【專利說明】具有改進的線性度的分路式放大器
[0001] 背景 [0002] 領域
[0003] 本公開一般涉及電子器件，尤其涉及放大器。
【背景技術】
[0004] 無線通信系統(tǒng)中的無線設備（例如，蜂窩電話或智能電話）可以傳送和接收數(shù)據(jù) 以供雙向通信。無線設備可包括用于數(shù)據(jù)傳送的發(fā)射機以及用于數(shù)據(jù)接收的接收機。對于 數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)射機可用數(shù)據(jù)來調制本地振蕩器（LO)信號以獲得經調制信號，放大經調制信 號以獲得具有恰當發(fā)射功率電平的輸出射頻（RF)信號，并經由天線將該輸出RF信號發(fā)射 到基站。對于數(shù)據(jù)接收，接收機可經由天線獲得收到RF信號并且可放大和處理該收到RF 信號以恢復由基站發(fā)送的數(shù)據(jù)。
[0005] 無線設備可包括用于不同目的的不同類型的放大器。例如，無線設備可包括接收 機中的低噪聲放大器（LNA)、發(fā)射機中的功率放大器（PA)以及接收機和/或發(fā)射機中的可 變增益放大器（VGA)。放大器可能需要滿足與增益、線性度等有關的各種要求。具有可配置 增益和高線性度的放大器是高度合乎需要的。
[0006] 附圖簡述
[0007] 圖1示出了無線設備正與無線系統(tǒng)通信。
[0008] 圖2示出了圖1中的無線設備的框圖。
[0009] 圖3示出了具有可配置增益的LNA的示意圖。
[0010] 圖4A、4B和4C示出了具有可配置增益和線性化電路系統(tǒng)的分路式LNA的三個示 例設計的示意圖。
[0011] 圖5A和5B示出了分路式單輸入多輸出（SHTO)LNA的兩個示例性設計的示意圖。
[0012] 圖6示出了分路式多輸入多輸出（MHTO)LNA的示例性設計的示意圖。
[0013] 圖7示出了圖4B中的分路式LNA的性能的標繪。
[0014] 圖8示出了用于執(zhí)行信號放大的過程。
[0015] 詳細描述
[0016] 以下闡述的詳細描述旨在作為本公開的示例性設計的描述，而無意表示可在其中 實踐本公開的僅有設計。術語"示例性"在本文中用于表示"用作示例、實例或解說"。本文 中描述為"示例性"的任何設計不必被解釋為優(yōu)于或勝過其他設計。本詳細描述包括具體 細節(jié)以提供對本公開的示例性設計的透徹理解。對于本領域技術人員將明顯的是，沒有這 些具體細節(jié)也可實踐本文描述的示例性設計。在一些實例中，公知的結構和器件以框圖形 式示出以免湮沒本文中給出的示例性設計的新穎性。
[0017] 本文公開了具有可配置增益和線性化電路系統(tǒng)的分路式放大器（split amplifier)。分路式放大器是包括多個放大器電路和線性化電路的放大器。一個或多個放 大器電路可被啟用以獲取分路式放大器的期望增益。線性化電路可被啟用或禁用以獲取分 路式放大器的期望線性度。分路式放大器可被視作被拆分成多個放大器電路。分路式放大 器可被用于各種電子設備，諸如無線通信設備。
[0018] 圖1示出了與無線通信系統(tǒng)120和122通信的無線設備110。每個無線系統(tǒng)可 以是長期演進（LTE)系統(tǒng)、碼分多址（CDM)系統(tǒng)、全球移動通信（GSM)系統(tǒng)、無線局域網 (WLAN)系統(tǒng)或其他某個無線系統(tǒng)。CDM系統(tǒng)可實現(xiàn)寬帶CDM(WCDM)XDM IX、時分同步 CDMA(TD-SCDMA)、或其他某個版本的CDMA。為簡化起見，圖1示出了包括兩個基站130和 132以及一個系統(tǒng)控制器140的無線系統(tǒng)120以及包括一個基站134的無線系統(tǒng)122。一 般而言，無線系統(tǒng)可包括任何數(shù)目的基站以及任何網絡實體集合?；具€可被稱為B節(jié)點、 演進型B節(jié)點（eNB)、接入點等。
[0019] 無線設備110還可以被稱為用戶裝備（UE)、移動站、終端、接入終端、訂戶單元、站 等。無線設備110可以是蜂窩電話、智能電話、平板設備、無線調制解調器、個人數(shù)字助理 (PDA)、手持式設備、膝上型計算機、智能本、上網本、無繩電話、無線本地環(huán)路（WLL)站、藍 牙設備、等等。無線設備110可與無線系統(tǒng)120和/或122通信。無線設備110還可接收 來自廣播站的信號、來自一個或多個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS)中的衛(wèi)星（例如，衛(wèi)星150) 的信號、等等。無線設備110可以支持用于無線通信的一種或多種無線電技術，諸如LTE、 WCDMA、CDMA IX、TD-SCDMA、GSM、802. 11 等等。
[0020] 圖2示出了圖1中的無線設備110的示例性設計的框圖。在這一示例性設計中， 無線設備110包括耦合至主天線210的收發(fā)機220、耦合至副天線212的收發(fā)機222、以及 數(shù)據(jù)處理器/控制器280。收發(fā)機220包括天線接口電路224、多（K)個LNA 230a到330k、 接收電路240、發(fā)射電路250、和多（K)個功率放大器（PA) 260a到260k。收發(fā)機222包括 天線接口電路226、多（M)個LNA 232a到232m、接收電路242、發(fā)射電路252、和多（M)個 PA 262a到262m。收發(fā)機220和222可支持多個頻帶、載波聚集、多種無線電技術、多個無 線系統(tǒng)、接收分集、發(fā)射分集、從多個發(fā)射天線到多個接收天線的MIMO傳輸?shù)鹊龋蚱淙魏?組合。
[0021] 對于數(shù)據(jù)接收，天線210接收來自基站和/或其他發(fā)射機站的信號并將收到RF信 號提供給天線接口電路224。天線接口電路224將一個或多個輸入RF信號提供給一個或多 個所選接LNA 230。天線接口電路224可包括開關、雙工器、共用器、發(fā)射濾波器、接收濾波 器、匹配電路、定向耦合器等。每個所選LNA 230放大其輸入RF信號并且向接收電路240 提供一個或多個經放大RF信號。接收電路240將每一個經放大RF信號從RF下變頻到基 帶，對經下變頻信號進行濾波和放大，并且將輸入基帶信號提供給數(shù)據(jù)處理器280。接收電 路240可包括混頻器、濾波器、放大器、匹配電路、振蕩器、LO發(fā)生器、鎖相環(huán)（PLL)等。
[0022] 對于數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)處理器280處理（例如，編碼和調制）要發(fā)射的數(shù)據(jù)，并且將 一個或多個輸出基帶信號提供給發(fā)射電路250。發(fā)射電路250對每個輸出基帶信號進行放 大、濾波并將其從基帶上變頻至RF，以及將所得的經調制信號提供給所選PA 260。發(fā)射電 路250可包括放大器、濾波器、混頻器、匹配電路、振蕩器、LO發(fā)生器、PLL等等。每個所選 PA 260放大其經調制信號，并且提供具有恰當發(fā)射功率電平的輸出RF信號。來自每個所選 PA 260的輸出RF信號被路由通過天線接口電路224并經由天線210來發(fā)射。
[0023] 收發(fā)機222內的LNA 232、接收電路242、發(fā)射電路252和PA 262可以按與收發(fā)機 220內的LNA 230、接收電路240、發(fā)射電路250和PA 260相類似的方式操作。收發(fā)機220 和222可包括圖2中未示出的其他電路。收發(fā)機220和222的全部或部分可被實現(xiàn)在一個 或多個模擬集成電路（IC)、RF IC(RFIC)、混合信號IC等上。例如，LNA 230和接收電路240 可實現(xiàn)在一個模塊上，該模塊可以是RFIC等。收發(fā)機220和222中的這些電路也可按其他 方式來實現(xiàn)。
[0024] 數(shù)據(jù)處理器/控制器280可為無線設備110執(zhí)行各種功能。例如，數(shù)據(jù)處理器280 可對經由接收機電路240和242接收到的數(shù)據(jù)以及經由發(fā)射電路250和252傳送的數(shù)據(jù)執(zhí) 行處理?？刂破?80可以控制收發(fā)機220和222內的各種電路的操作。存儲器282可存儲 供數(shù)據(jù)處理器/控制器280使用的程序代碼和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理器/控制器280可以實現(xiàn)在 一個或多個專用集成電路（ASIC)和/或其他IC上。
[0025] 圖2示出了具有耦合至兩個天線210和212的兩個收發(fā)機220和222的無線設備 110的示例性設計。一般而言，無線設備可以包括用于任何數(shù)目的天線的任何數(shù)目的收發(fā) 機。每個收發(fā)機可包括任何數(shù)目的LNA和任何數(shù)目的PA以支持任何數(shù)目的頻帶、任何數(shù)目 的無線系統(tǒng)、任何數(shù)目的無線電技術等。
[0026] 圖2中的LNA 230和232可具有可配置增益以處置一定范圍的信號狀況。具有可 配置增益的LNA可按各種方式并用各種類型的晶體管來實現(xiàn)。以下描述了用N溝道金屬氧 化物半導體（NMOS)晶體管來實現(xiàn)的LNA的一些示例性電路設計。
[0027] 圖3示出了具有可配置增益的LNA 300的示意圖。LNA 300包括源極衰退電感器 332、增益晶體管334和共源共柵晶體管336。輸入匹配電路310使其一端接收輸入RF信號 (RFin)，并且另一端耦合至增益晶體管334的柵極。增益晶體管334使其源極耦合至電感 器332的一端，并且其漏極耦合至共源共柵晶體管336的源極。電感器332的另一端耦合 至電路接地。共源共柵晶體管336使其柵極接收控制信號（Vcasc)，并且使其漏極耦合至負 載電路380。增益晶體管334和共源共柵晶體管336可以如圖3所示用NMOS晶體管，或者 可以用其他類型的晶體管來實現(xiàn)。電阻器314使其一端耦合至增益晶體管334的柵極，并 且使另一端接收針對增益晶體管334的偏置電壓（Vbias)。
[0028] 在LNA 300內，增益晶體管334放大RFin信號并且提供經放大信號。共源共柵晶 體管336緩沖經放大信號并將輸出RF信號（RFout)提供給負載電路380。源極退化電感器 332執(zhí)行數(shù)種功能。首先，電感器332使得LNA 300能夠獲取好的動態(tài)范圍（例如，低噪聲 系數(shù)），并且以低功耗來為接收機達成高靈敏度。其次，電感器332有助于LNA 300的輸入 匹配。
[0029] 增益晶體管334可用偏置電流Ibias來偏置，偏置電流Ibias可由經由電阻器314 施加給增益晶體管334的柵極的Vbias電壓來確定。該偏置電流可以被選擇以為LNA 300 獲得期望的增益、線性度和動態(tài)范圍。偏置電壓可被調整以使得期望量的偏置電流流經增 益晶體管334?？蔀榫哂休^高偏置電流的LNA 300獲得較高的增益，反之亦然。
[0030] 提供給LNA 300的輸入RF信號可包括一個或多個期望信號以及干擾信號。期望信 號是將由無線設備接收的所傳送信號。干擾信號是不由無線設備接收的所傳送信號。輸入 RF信號可包括擾亂，該擾亂是具有比期望信號的振幅大得多的振幅并且在頻率上接近期望 信號的干擾信號。LNA 300的非線性度可導致致使互調失真（Hffi)的擾亂。頂D可在頻率 上交疊期望信號并且可充當可不利地影響期望信號的接收的附加噪聲。
[0031] 可選擇源極退化電感器332的電感以及偏置電流的量以便為LNA 300獲得期望的 增益、動態(tài)范圍和線性度。LNA 300的線性度可通過三階截點（ΙΡ3)來量化。當存在強擾亂 時，LNA 300和/或接收機可以飽和，這可能使信噪比（SNR)降級。LNA 300應當在存在擾 亂時具有高線性度以緩解SNR降級。
[0032] LNA 300可以具有可配置增益以處置不同的信號狀況。LNA 300可以（i)在輸入 RF信號中不存在擾亂時以高增益模式操作或者（ii)在輸入RF信號中存在擾亂時以低增益 模式操作。例如，LNA 300可以在低增益模式中具有比高增益模式低6到9分貝（dB)的增 益。LNA 300在低增益模式中的較低增益可有助于接收機在存在擾亂的情況下滿足線性度 要求。
[0033] -般而言，LNA或接收機可在存在強擾亂時飽和，這可使SNR降級。避免飽和的一 種方式是通過減小偏置電流來減小LNA的增益。然而，如果偏置電流被降低的太多，則可能 不利地影響源極衰退電感器的輸入匹配。因此，偏置電流可被減小由輸入匹配約束限定的 量。將偏置電流限制在某個最小量將導致LNA的受限動態(tài)范圍。LNA可隨后不能在不過度 降級SNR的情況下處置超過某個等級的強擾亂。
[0034] 在本公開的一方面，包括多個放大器電路和線性化電路的分路式放大器可用于針 對不同信號狀況獲取良好性能。一個或多個放大器電路可被啟用以獲取期望增益。線性化 電路可被啟用或禁用以獲取期望線性度。分路式放大器可具有良好動態(tài)范圍、高線性度和 其他期望特性。分路式放大器的可配置增益可防止接收機飽和。分路式放大器的高線性度 可允許接收機獲取高SNR。
[0035] 圖4A示出了具有可配置增益和線性化電路系統(tǒng)的分路式LNA 400的示例性設計 的示意圖。LNA 400可被用于圖2中的LNA 230和232中的任一個。LNA 400包括兩個放 大器電路430和440、源極衰退電感器