專利名稱：低噪聲放大器和混合器的制作方法
低噪聲放大器和混合器相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)依35U. S.C. $119(d)的規(guī)定要求2009年5月27日在印度遞交的申請(qǐng)?zhí)枮?1225/CHE/2009的對(duì)應(yīng)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容被并入此處作為參考。
背景技術(shù)：
無線電通信已變?yōu)楝F(xiàn)代社會(huì)日常生活不可或缺的一部分，存在廣泛的可能應(yīng)用。 無論具體應(yīng)用如何，都期望無線電發(fā)射機(jī)和無線電接收機(jī)之間清楚地通信。無線電通信的清楚程度可能取決于多種因素，包括信號(hào)強(qiáng)度、設(shè)備噪聲和干擾功率。無線電接收機(jī)通常被設(shè)計(jì)為滿足接收信號(hào)強(qiáng)度、設(shè)備噪聲和干擾功率的最差情形。因此，接收機(jī)組件的過度設(shè)計(jì)是很常見的，當(dāng)信道條件更加良好時(shí)，會(huì)導(dǎo)致功率的浪費(fèi)。這顯示出能夠改進(jìn)功率優(yōu)化的空間。在無線電接收機(jī)電路設(shè)計(jì)中，還可能期望高放大器增益線性度和最小限度的噪聲指數(shù)。噪聲是電子設(shè)備和組件的非期望產(chǎn)物。噪聲指數(shù)的一種度量是噪聲因數(shù)，噪聲因數(shù)是對(duì)在放大過程期間引入放大信號(hào)的噪聲大小的測(cè)量。噪聲因數(shù)可以是輸入信號(hào)的信噪比 (SNR)與放大的輸入信號(hào)的SNR之比。具有高線性度的無線電接收機(jī)放大器指示了控制所施加增益的能力。例如，可以按照線性方式放大輸入信號(hào)，以免以除振幅之外的任何方式改變信號(hào)。理想放大器將是完全線性的設(shè)備，但實(shí)際放大器僅僅在特定的實(shí)際范圍內(nèi)是線性的。當(dāng)放大器的輸入信號(hào)增加時(shí)，輸出的放大信號(hào)也增加，直至放大器的某一部分變?yōu)轱柡筒⑶覠o法產(chǎn)生更大的輸出。 這種現(xiàn)象通常被稱為削波，并導(dǎo)致失真。放大器可以被設(shè)計(jì)為以受控方式來應(yīng)對(duì)削波，例如所述受控方式引起增益下降而不發(fā)生過度失真。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種接收機(jī)電路，包括串聯(lián)的多個(gè)放大晶體管，用于放大輸入信號(hào)。該接收機(jī)電路還包括多個(gè)控制晶體管，其中每個(gè)控制晶體管連接至多個(gè)放大晶體管之一。每個(gè)控制晶體管在控制晶體管的柵極處接收獨(dú)立控制信號(hào)，并向放大晶體管之一輸出，以規(guī)定多個(gè)放大晶體管中每個(gè)放大晶體管的獨(dú)立操作。操作中的多個(gè)放大晶體管的數(shù)目與接收機(jī)電路的晶體管寬度相對(duì)應(yīng)。該接收機(jī)電路還包括偏置產(chǎn)生電路，包括仿效多個(gè)放大晶體管和多個(gè)控制晶體管的操作的電路。所述偏置產(chǎn)生電路接收獨(dú)立控制信號(hào)和RF偏置電流輸入，并向多個(gè)放大晶體管輸出RF偏置電壓，所述RF偏置電壓與晶體管寬度的值相對(duì)應(yīng)。獨(dú)立控制信號(hào)和RF偏置電流輸入是獨(dú)立可調(diào)諧的。在另一實(shí)施例中，提供了一種調(diào)節(jié)接收機(jī)的操作特性的方法，包括接收射頻 (RF)輸入信號(hào)；評(píng)估RF輸入信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量，以確定RF輸入信號(hào)是否基本滿足噪聲指數(shù)和線性度要求；以及基于對(duì)RF輸入信號(hào)的評(píng)估，通過以下方式來調(diào)節(jié)接收機(jī)的增益在控制晶體管的柵極處接收獨(dú)立控制信號(hào)，每個(gè)控制晶體管向接收機(jī)內(nèi)的多個(gè)放大晶體管之一輸出，以規(guī)定多個(gè)放大晶體管中每個(gè)放大晶體管的獨(dú)立操作，從而控制接收機(jī)的增益。操作中的多個(gè)放大晶體管的數(shù)目與接收機(jī)電路的晶體管寬度相對(duì)應(yīng)。所述方法還包括基于接收機(jī)電路的晶體管寬度，并且與獨(dú)立控制信號(hào)無關(guān)地，調(diào)節(jié)偏置電流；使用調(diào)節(jié)后的增益和調(diào)節(jié)后的偏置電流值來放大RF輸入信號(hào)；以及輸出放大的RF輸入信號(hào)。在又一實(shí)施例中，提供了一種電感負(fù)反饋(degenerated)的低噪聲信號(hào)放大器， 包括第一電感電路和第二電感電路。第一電感電路包括串聯(lián)的第一多個(gè)放大晶體管，用于放大輸入信號(hào)；以及第一多個(gè)控制晶體管，其中每個(gè)控制晶體管連接至第一多個(gè)放大晶體管之一。每個(gè)第一控制晶體管在第一控制晶體管的柵極處接收獨(dú)立控制信號(hào)，并向第一多個(gè)放大晶體管之一輸出，以規(guī)定第一多個(gè)放大晶體管中每個(gè)放大晶體管的獨(dú)立操作。操作中的第一多個(gè)放大晶體管的數(shù)目與接收機(jī)電路的晶體管寬度相對(duì)應(yīng)。第二電感電路包括 串聯(lián)的第二多個(gè)放大晶體管，用于接收第一多個(gè)放大晶體管的輸出；以及第二多個(gè)控制晶體管，其中每個(gè)控制晶體管連接至第二多個(gè)放大晶體管之一。每個(gè)第二控制晶體管在第二控制晶體管的柵極處接收獨(dú)立控制信號(hào)，并向第二放大晶體管之一輸出，以規(guī)定第二多個(gè)放大晶體管中每個(gè)放大晶體管的獨(dú)立操作。操作中的第二多個(gè)放大晶體管的數(shù)目與接收機(jī)電路的晶體管寬度相對(duì)應(yīng)，并且其中，調(diào)節(jié)第二多個(gè)放大晶體管的增益包括調(diào)節(jié)第一電感電路和第二電感電路的電感。前述發(fā)明內(nèi)容僅僅是說明性的，而并非限制性的。除了上述說明性方面、實(shí)施例和特征，通過參照附圖和以下詳細(xì)描述，其他方面、實(shí)施例和特征將是顯而易見的。


圖1是包括低噪聲放大器和混合器在內(nèi)的示例電路的框圖。圖2是圖1的示例折疊串聯(lián)低噪聲放大器和混合器電路的示例表示，所述示例折疊串聯(lián)低噪聲放大器和混合器電路具有電阻性輸入匹配和低供電電壓操作。圖3是用于與如圖2所示的折疊串聯(lián)低噪聲放大器電路進(jìn)行電阻性輸入匹配的示例偏置產(chǎn)生電路的示意表示。圖4是可用于圖1的電路中的示例阻抗匹配電感源負(fù)反饋低噪聲放大器電路的示
意表不。圖5是還可用于圖1中的阻抗匹配電感源負(fù)反饋低噪聲放大器的示例偏置產(chǎn)生電路的示意表示。圖6是如圖4所示的簡(jiǎn)化阻抗匹配電路的示意表示。圖7示出了用于調(diào)節(jié)采用圖1電路的接收機(jī)的操作特性的示例功能步驟的示例流程圖。圖8示出了用于連續(xù)地或周期性地評(píng)估RF輸入信號(hào)并調(diào)諧如圖2所示的低噪聲放大器的控制輸入的示例接收機(jī)電路。圖9示出了被配置用于實(shí)現(xiàn)圖7方法的示例計(jì)算設(shè)備。
具體實(shí)施例方式在以下詳細(xì)說明中，參考了作為詳細(xì)說明的一部分的附圖。在附圖中，類似符號(hào)通常表示類似部件，除非上下文另行指明。
具體實(shí)施方式
部分、附圖和權(quán)利要求書中記載的示例性實(shí)施例并不是限制性的。在不脫離在此所呈現(xiàn)主題的精神或范圍的情況下，可以利用其他實(shí)施例，且可以進(jìn)行其他改變。容易理解，在此一般性記載以及附圖中圖示的本公開的各方案可以按照在此明確公開的多種不同配置來設(shè)置、替換、組合、分割和設(shè)計(jì)。以下實(shí)施例可以提供一種系統(tǒng)，允許在功耗改變期間對(duì)低噪聲放大器和混合器的線性度和噪聲指數(shù)進(jìn)行控制。所述系統(tǒng)包括兩個(gè)電路控制節(jié)，一個(gè)控制節(jié)接收用于改變晶體管寬度的輸入，另一個(gè)控制節(jié)接收用于改變偏置電流的輸入。這兩個(gè)控制節(jié)可以以獨(dú)立方式設(shè)置噪聲指數(shù)和線性度這兩個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)。該系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)前或現(xiàn)有操作條件來進(jìn)行配置，而不是被配置為始終滿足例如接收信號(hào)強(qiáng)度、設(shè)備噪聲和干擾功率的最差規(guī)格。當(dāng)就接收信號(hào)功率和干擾而言的信號(hào)條件發(fā)生改變時(shí)，系統(tǒng)可以例如使功耗最小。圖1示出了具有低噪聲放大器102和混合器104的示例接收機(jī)電路100的框圖。 該說明性實(shí)施例的低噪聲放大器102接收輸入A0、A1、A2和A3以及電壓輸入RF輸入和RF 偏置。RF輸入是通過或經(jīng)由天線(未示出)接收的射頻信號(hào)。如以下更詳細(xì)地討論的，低噪聲放大器102基于輸入A0-A3選擇性地放大RF輸入。在低噪聲放大器102對(duì)RF輸入進(jìn)行選擇性放大后，混合器104接收信號(hào)。一般地，低噪聲放大器102包括晶體管，以對(duì)接收信號(hào)施加增益。通過施加增益， 晶體管改善了 RF輸入信號(hào)的信噪比(SNI )。在該說明性實(shí)施例中，輸入A0-A3確定用于放大RF信號(hào)的晶體管的數(shù)量，因此輸入A0-A3有效地控制RF輸入的SNR被改進(jìn)多少。如果 RF輸入信號(hào)非常清楚，并且不包括很多干擾，則需要較少的晶體管來滿足噪聲指數(shù)要求。然而，如果RF輸入是有噪的，則可能需要更多的晶體管來滿足相同的噪聲指數(shù)要求。典型的噪聲指數(shù)要求取決于所使用的接收機(jī)的類型，然而，作為噪聲指數(shù)要求的一個(gè)具體示例，對(duì)于ZigBee接收機(jī)的LNA，通常在大約7_8dB的范圍內(nèi)。圖2是根據(jù)本公開的、包括耦合至混合器104的低噪聲放大器(LNA) 102在內(nèi)的電路100的示意表示。低噪聲放大器102采用折疊串聯(lián)LNA的配置，并且電路200包括具有噪聲指數(shù)和線性度可調(diào)性的電阻性輸入匹配和低供電電壓操作。串聯(lián)低噪聲放大器102包括節(jié)點(diǎn)242和244、電容器203和214、電阻器224和226、以及η型晶體管204、206、208、 210、216、218、220和222?；旌掀?04包括節(jié)點(diǎn)242、電感器212、ρ型晶體管230和232、 電阻器238和Μ0、以及η型晶體管2；34和236。在圖2的低噪聲放大器102中，η型晶體管204、206、208和210的漏極共享公共節(jié)點(diǎn)Μ2。節(jié)點(diǎn)242經(jīng)由電容器203耦合至地，并經(jīng)由電感器212耦合至供電電壓。η型晶體管204、206、208和210的源極分別耦合至η型晶體管216、218、220和222的漏極。η型晶體管216、218、220和222的源極分別耦合至地。η型晶體管204、206、208和210的柵極分別接收控制輸入AO、Al、A2和A3，而η型晶體管216、218、220和222的柵極耦合至公共節(jié)點(diǎn)Μ4。公共節(jié)點(diǎn)244經(jīng)由電阻器2 耦合至射頻偏置(RFBIAS)電壓并經(jīng)由電容器214 耦合至RF輸入。RF輸入經(jīng)由電阻器2 耦合至地。N型晶體管216、218、220和222在低噪聲放大器102的RF信號(hào)路徑中形成放大晶體管。與η型晶體管216、218、220和222配對(duì)的η型晶體管204、206、208和210提供低噪聲放大器102的晶體管寬度可調(diào)方面?？刂戚斎階O、Al、Α2和A3以獨(dú)立方式分別導(dǎo)通或截止晶體管對(duì)204和216,206和218,208和220以及210和222。例如，如果控制輸入AO 是邏輯1，則η型晶體管204將會(huì)截止，這還將使η型晶體管216截止。因此，通過放大η型晶體管216、218、220和222的RF信號(hào)路徑變小，并將施加更小的增益。相應(yīng)地，RF信號(hào)路徑中的放大晶體管的總晶體管寬度是處于導(dǎo)通狀態(tài)的η型晶體管216、218、220和222的寬度之和。如此，控制輸入AO、Al、Α2和A3是控制晶體管寬度的輸入。因此，任一晶體管204、206、208或210上的柵極電壓Vdd分別使對(duì)應(yīng)段的晶體管 216,218,220和222導(dǎo)通，而柵極電壓0使對(duì)應(yīng)段的晶體管216、218、220和222截止。RF信號(hào)路徑中的放大晶體管216、218、220和222的總寬度是導(dǎo)通的晶體管216、218、220和222 的寬度之和。例如，數(shù)字控制信號(hào)A0-3實(shí)現(xiàn)寬度調(diào)諧能力。除了對(duì)晶體管寬度的控制，圖2的說明性實(shí)施例還具有獨(dú)立輸入RFBIAS，用于控制總偏置電流。電阻器2 兩端的從RFBIAS電壓到公共節(jié)點(diǎn)244的壓降控制流經(jīng)低噪聲放大器102的總偏置電流。因此，RFBIAS電壓是用于調(diào)諧偏置電流的輸入。通過用輸入AO、 Al、A2和A3來調(diào)諧期望的晶體管寬度并單獨(dú)用輸入RFBIAS來調(diào)諧偏置電流，能夠?qū)崿F(xiàn)低噪聲放大器102的線性度和噪聲。例如，通過調(diào)諧晶體管寬度，可以施加更多或更少的增益， 這實(shí)現(xiàn)對(duì)增益的控制，獲得高線性度和選擇性放大信號(hào)，從而提高信號(hào)的SNR。在圖2的接收機(jī)電路200的混合器104部分中，ρ型晶體管230和232的源極共享節(jié)點(diǎn)Μ2，并經(jīng)由電感器212耦合至供電電壓。ρ型晶體管230和232的漏極分別耦合至η型晶體管234和236的漏極。ρ型晶體管234和236的源極耦合至地，η型晶體管234 和235的柵極彼此耦合。η型晶體管234的漏極經(jīng)由電阻器238耦合至其柵極，η型晶體管 236的漏極經(jīng)由電阻器240耦合至其柵極。圖2中的混合器104的配置形成折疊混合器電路。此時(shí)，電感器212將節(jié)點(diǎn)242連接至供電電壓。例如，電感器212可以在RF頻率下提供低DC壓降和/或高阻抗，同時(shí)管理節(jié)點(diǎn)242處的電容，以獲得高增益和改進(jìn)的帶寬?？蛇x地，可以使用η型晶體管將節(jié)點(diǎn)242連接至供電電壓?？梢允褂酶咦杩沟摩切途w管，以實(shí)現(xiàn)高增益，并且在η型晶體管兩端具有大于晶體管飽和電壓的壓降。ρ型晶體管230和 232是開關(guān)晶體管，而晶體管234和236以及電阻器238和240形成混合器104的輸出負(fù)載?；旌掀?04能夠?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行下變頻。混合器104在節(jié)點(diǎn)242處接收來自低噪聲放大器102的放大信號(hào)。將節(jié)點(diǎn)242處的放大信號(hào)與晶體管230和232所產(chǎn)生的方波相乘， 以對(duì)放大信號(hào)進(jìn)行下變頻，所述晶體管230和232在各自的柵極具有振蕩輸入LO+和L0-。 在η型晶體管234和236處輸出下變頻信號(hào)，分別作為中頻輸出IF+和IF-。圖3是根據(jù)本公開的用于提供RFBIAS輸入信號(hào)的示例偏置產(chǎn)生電路300的示意表示。電路300被配置為與具有噪聲指數(shù)和線性度可調(diào)性的折疊串聯(lián)低噪聲放大器電路 (如，圖2所示的低噪聲放大器)進(jìn)行電阻性輸入匹配。偏置產(chǎn)生電路300可以操作用于產(chǎn)生RF BIAS, RF BIAS輸入至低噪聲放大器以控制偏置電流。偏置產(chǎn)生電路300包括參考電流源302、緩沖運(yùn)算放大器328、ρ型晶體管304和 306、以及 η 型晶體管 308、310、312、314、316、318、320、322、324 和 326。ρ 型晶體管 304 和 306的源極耦合至供電電壓。ρ型晶體管304和306的柵極以及ρ型晶體管304和η型晶體管310的漏極共享一公共節(jié)點(diǎn)，并提供LO BIAS輸出。參考電流源302、η型晶體管308 的漏極、緩沖運(yùn)算放大器328的反相輸入以及η型晶體管308和310的柵極均共享一公共節(jié)點(diǎn)。緩沖運(yùn)算放大器328的同相輸入以及ρ型晶體管306和η型晶體管312、314、316和 318的漏極共享一公共節(jié)點(diǎn)。η型晶體管312、314、316和318的柵極分別接收控制輸入AO、 Al、A2和A3?？刂戚斎階O、Al、A2和A3是與參照?qǐng)D2所示的接收機(jī)電路200所討論的相同的控制輸入。η型晶體管312、314、316和318的源極分別與η型晶體管320、322、3Μ和 326的漏極耦合，而η型晶體管320、322、3Μ和3 的源極每個(gè)均耦合至地。緩沖運(yùn)算放大器328的輸出和η型晶體管320、322、3Μ和326的柵極共享一節(jié)點(diǎn)，并提供RF BIAS輸出。偏置產(chǎn)生電路300包含仿效電路330，使得η型晶體管312、314、316、318、320、 322、324和326的配置仿效電路200中的η型晶體管204、206、208、210、216、218、220和222 的配置，其中η型晶體管312、314、316和318的柵極接收與η型晶體管204,206,208和210 的柵極相同的輸入Α0、Α1、Α2和A3。可以在尺寸上縮小仿效電路330的結(jié)構(gòu)，以降低功耗。 應(yīng)當(dāng)注意的是，圖2中的低噪聲放大器和混合器電路200與圖3中的仿效電路330之間的晶體管尺寸的一致性能夠確保從仿效電路導(dǎo)出的電壓在實(shí)際電路中有效。晶體管寬度和偏置電流調(diào)諧彼此獨(dú)立。輸入晶體管的有效寬度受數(shù)字比特Α0-Α3 控制(參照?qǐng)D2所示)。通過LNA結(jié)構(gòu)的偏置電流受參考電流IREF(例如，圖3中的元件 302)以及由圖3所示的PMOS晶體管304和306形成的電流鏡控制。ρ型晶體管304和306以及η型晶體管308和310形成電流鏡332，以在偏置產(chǎn)生電路300連接至電路200時(shí)，將通過仿效電路330的電流與進(jìn)入接收機(jī)電路200的電流隔離。仿效電路330和電流鏡332的組合確保對(duì)于來自參考電流源302的給定的偏置電流和晶體管寬度輸入Α0-Α3，適當(dāng)?shù)钠秒妷篟FBIAS被提供給接收機(jī)電路200。此外，通過在偏置產(chǎn)生電路300中包括圖2電路200中的電路的仿效電路，偏置產(chǎn)生電路300將提供獨(dú)立于寬度調(diào)諧的對(duì)偏置電流調(diào)諧的控制。例如，由于偏置產(chǎn)生電路300 包括對(duì)圖200中分段晶體管的仿效(但例如在尺寸上縮小的仿效)，偏置產(chǎn)生電路300中與電路200中相同段的晶體管導(dǎo)通和截止。例如，這確保了 對(duì)于任意給定偏置電流IREF和寬度控制設(shè)置Α0-3，有適當(dāng)?shù)钠秒妷篟FBIAS。圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一示例低噪聲放大器400的示意表示。低噪聲放大器400 配置有阻抗匹配的電感源，所述阻抗匹配的電感源支持噪聲指數(shù)和線性度可調(diào)性。電路400 是圖2所示的接收機(jī)電路200的變型，并以類似方式操作，但附加了公共源電感負(fù)反饋，以獲得比電路200中的電阻性端接更少的噪聲。與圖2中的低噪聲放大器201類似，低噪聲放大器400接收控制輸入Α0、Α1、Α2和A3以及電壓輸入RF輸入和RF BIAS,并輸出放大的 RF信號(hào)，所述放大的RF信號(hào)可由混合器電路進(jìn)行下變頻以便進(jìn)行處理。低噪聲放大器電路400包括電容器402、408、432和454 ；電感器406、似6和430 ； 電阻器 404,428,434 和 452 ；以及 η 型晶體管 410、412、414、416、418、420、422、424、436、 438、440、442、444、446、448和450。η型晶體管410、412、414和416的漏極共享公共節(jié)點(diǎn)， 并經(jīng)由電容器408耦合至地，并經(jīng)由電感器似6耦合至供電電壓。η型晶體管的410、412、 414和416的源極分別耦合至η型晶體管418、420、422和424的漏極。輸入電壓VBN經(jīng)由串聯(lián)的電阻器404和電容器402耦合至地，η型晶體管418、420、422和424的柵極經(jīng)由電感器406耦合至電阻器404和電容器402。η型晶體管418、420、422和424的源極和η型晶體管436、438、440和442的漏極均共享一公共節(jié)點(diǎn)，該公共節(jié)點(diǎn)經(jīng)由串聯(lián)的電阻器452 和電容器妨4耦合至地，并經(jīng)由串聯(lián)的電阻器428、電感器430和電容器432耦合至η型晶體管444、446、448和450的柵極。η型晶體管436、438、440和442的源極分別耦合至η型晶體管444、446、448和450的漏極，而η型晶體管444、446、448和450的源極耦合至地。η 型晶體管444、446、448和450的柵極也經(jīng)由電阻器434耦合至來自偏置產(chǎn)生電路500的偏置電壓。偏置電壓是偏置電流流經(jīng)電阻器434的結(jié)果。η型晶體管410和436、412和438、 414和440、以及416和442的柵極分別接收控制輸入Α0、Α1、Α2和A3。偏置電流可由例如偏置產(chǎn)生電路300提供，并且還能夠由輸入電壓VBN調(diào)諧。電路400可以通過例如包括電感器被調(diào)諧為保持阻抗匹配的電感負(fù)反饋來降低噪聲限制。η型晶體管410、412、414、416、418、420、422和424包括第一電感電路456,η M 晶體管436、438、440、442、444、446、448和450包括第二電感電路。調(diào)節(jié)晶體管的增益分別影響第一電感電路45和第二電感電路458的輸入阻抗。電路400的輸出是NMOS晶體管010-416)的漏極端，匪OS晶體管010-416)的漏極端還連接至電感器(Ll)^6和電容器Ctime 408的頂節(jié)點(diǎn)。圖5是另一偏置產(chǎn)生電路500的示例的示意表示。偏置產(chǎn)生電路500被配置用于阻抗匹配電感源負(fù)反饋的低噪聲放大器。偏置產(chǎn)生電路500是偏置產(chǎn)生電路300的變型， 并以類似方式操作，但具有模擬低噪聲放大器電路400的仿效電路Μ4。偏置產(chǎn)生電路500包括參考電流源502、緩沖運(yùn)算放大器524、ρ型晶體管504和 506 以及 η 型晶體管 508、510、512、514、516、518、520、522、526、528、530、532、534、536、538 和Μ0。ρ型晶體管504和506的源極耦合至供電電壓。ρ型晶體管504和506的柵極耦合至P型晶體管504的漏極和參考電流源502。ρ型晶體管506的漏極、緩沖運(yùn)算放大器524 的同相輸入以及η型晶體管508、510、512和514的漏極共享相同的節(jié)點(diǎn)。η型晶體管508、 510、512、514的源極分別耦合至η型晶體管516、518、520和522的漏極，而η型晶體管516、 518,520和522的源極以及η型晶體管5沈、5觀、530和532的漏極共享一公共節(jié)點(diǎn)。η型晶體管516、518、520和522的柵極接收輸入電壓VBN。η型晶體管5沈、5觀、530和532的源極耦合至η型晶體管534、536、538和MO的漏極，并且η型晶體管534、536、538和MO 的源極耦合至地。η型晶體管534、536、538和540的柵極接收緩沖運(yùn)算放大器5Μ的輸出。 η型晶體管508和526,510和528,512和530、以及514和532的柵極分別與控制輸入AO、 A1、A2和A3耦合。在一實(shí)施例中，偏置產(chǎn)生電路500包括電流鏡542和仿效電路M4。這兩部分組合使得對(duì)于來自電流源502的給定的偏置電流和晶體管寬度輸入，能夠給低噪聲放大器電路400提供適當(dāng)?shù)钠秒妷?。類似于偏置產(chǎn)生電路300的情形，還可以在尺寸上縮小仿效電路M40的結(jié)構(gòu)，以降低功耗。不因晶體管寬度調(diào)諧控制比特而改變的任何參考電壓都可用作運(yùn)算放大器524 的VREF輸入。例如，可以使用帶隙電壓作為VREF。VREF應(yīng)足夠高，以使晶體管516、518、 526,528,530,532,538和540保持飽和，并足夠低，以使晶體管522保持飽和。如以上討論的，低噪聲放大器電路400是圖2所示的串聯(lián)低噪聲放大器102的變型，但附加了公共源電感負(fù)反饋。在所示實(shí)施例中，低噪聲放大器的輸入阻抗嘗試匹配例如 50歐姆的電源阻抗，以最大化功率傳送并最小化功率反射。在電感負(fù)反饋的低噪聲放大器 400中，輸入阻抗的實(shí)分量是輸入晶體管418、420、422和424的跨導(dǎo)的函數(shù)，并且以串聯(lián)電感器406將輸入阻抗的虛分量調(diào)諧消除。輸入η型晶體管418、420、422和424的有效跨導(dǎo)根據(jù)晶體管選擇和偏置電流輸入而變化。這可能導(dǎo)致LNA的輸入阻抗的可變實(shí)分量。為了使輸入阻抗的實(shí)分量保持恒定，可以將負(fù)反饋電感器實(shí)現(xiàn)為有源電感器結(jié)構(gòu)。這樣的電感器的示例如圖6所示。
圖6示出了示例簡(jiǎn)化電路模型600，示出了如何獲取圖4的低噪聲放大器電路400 中電阻器428、電感器430以及η型晶體管444、446、448和450的可調(diào)電感器電路設(shè)計(jì)值。 需要根據(jù)在串聯(lián)η型晶體管410、412、414、416、418、420、422和424的組合中提供的增益， 來調(diào)節(jié)向串聯(lián)η型晶體管436、438、440、442、444、446、448和450內(nèi)看去的有效電感。這可以通過調(diào)節(jié)η型晶體管444、446、448和450的增益來實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)化電路模型600包括控制電流源602、電阻器604、無源電感器606、柵極-源極電容610、晶體管608和輸入節(jié)點(diǎn)618。晶體管608是電路400中η型晶體管444、446、448 和450的簡(jiǎn)化表示。因此，晶體管608對(duì)晶體管中(例如，晶體管444、446、448、450中)導(dǎo)通的晶體管的有效晶體管寬度進(jìn)行了建模。有源電感器實(shí)現(xiàn)使用經(jīng)由柵極-源極電容610和晶體管608的柵極耦合至地的串聯(lián)的無源電感器606和電阻器604。因此，電阻器604對(duì)電阻似8進(jìn)行了建模。電容器Cgsa 610還對(duì)來自晶體管444、446、448和450的公共柵極端的有效電容進(jìn)行了建模。類似地，電感器606對(duì)電感器4 進(jìn)行了建模。使電感器606在低噪聲放大器電路的期望頻帶與晶體管608的柵極-源極電容 610諧振。在諧振頻率(也是LNA的操作頻率)下向節(jié)點(diǎn)618內(nèi)看去的電路提供的有效電感由下式給出
η 廣
「nruQl I = g Luu^fyj eff 一其中，Leff是電感器606的電感值，Ra是電阻器604的電阻值，Cgsa是電容610的電容值，gma是晶體管608的增益值。通過將電路600中晶體管608的跨導(dǎo)設(shè)計(jì)為跟蹤電路400中輸入η型晶體管418、 420、422和4 的跨導(dǎo)，可以使在節(jié)點(diǎn)618處向電路模型600內(nèi)看去的輸入阻抗的實(shí)分量保持恒定。這可以通過將電路400的晶體管444、446、448和450分段來實(shí)現(xiàn)。通過調(diào)諧晶體管444、446、448和450中導(dǎo)通的晶體管的所有跨導(dǎo)之和來調(diào)諧電感器606。進(jìn)而，通過如圖4所示的數(shù)字比特A0-A3來控制導(dǎo)通晶體管的數(shù)目。分段可以通過采用小尺寸晶體管的并聯(lián)拷貝來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)拷貝被稱為一段，每段獨(dú)立導(dǎo)通或截止，從而可調(diào)節(jié)操作晶體管寬度(例如，如在電路200和電路400中那樣實(shí)現(xiàn))。如此，通過η型晶體管418、420、422和似4的電流和通過η型晶體管444、446、448和 450的電流相同。這導(dǎo)致電路模型600中晶體管608的跨導(dǎo)跟蹤電路400中輸入η型晶體管418、420、422和424的跨導(dǎo)，電路模型600中晶體管608是電路400中η型晶體管444、 446、448和450的簡(jiǎn)化表示。負(fù)反饋電感阻抗匹配電路模型600的可能值可以是1. 5nH的電感器606、10πΗ的串聯(lián)電感器406、以及具有400fF的柵極-源極電容的晶體管608。電路600中的晶體管608 所代表的電路400中的晶體管418、420、422和似4可以是NMOS RF-CMOS晶體管或任意類型的M0SFET。應(yīng)注意的是，當(dāng)分段晶體管418、420、422和424的負(fù)反饋電感隨電路400中相應(yīng)晶體管的跨導(dǎo)一起改變時(shí)，向分段晶體管中看去的輸入阻抗的虛分量也相應(yīng)改變。由于同電容器406的值相比分段晶體管418、420、422和424的負(fù)反饋電感相對(duì)較低，低噪聲放大器400的輸入阻抗匹配通常在輸入反射系數(shù)大于-IOdB的情況下保持為可接受的。實(shí)現(xiàn)上述低噪聲放大器和混合器電路的示例，接收機(jī)可以具有在低噪聲或低干擾情況期間改變的操作特性，因此接收機(jī)能夠以較少的功率操作。圖7示出了示例流程圖，包括用于調(diào)節(jié)接收機(jī)操作特性的功能步驟700。應(yīng)當(dāng)理解的是，該流程圖示出了示例實(shí)施例的一種可能實(shí)現(xiàn)的功能和操作。就此而言，每個(gè)框可以代表程序代碼的一個(gè)模塊、一段或一部分，該程序代碼包括可由處理器執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)指令，用于實(shí)現(xiàn)過程中的特定邏輯功能或步驟。程序代碼可以存儲(chǔ)在任意類型的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如，包括盤或硬盤驅(qū)動(dòng)器在內(nèi)的存儲(chǔ)設(shè)備等)上。此外，每個(gè)框可以代表連線以用于執(zhí)行過程中特定邏輯功能的電路?？蛇x實(shí)現(xiàn)也包括在本申請(qǐng)的示例實(shí)施例的范圍內(nèi)，其中，可以不按所示出或所討論的順序來執(zhí)行功能，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，包括根據(jù)所涉及的功能，基本同時(shí)地或逆序地執(zhí)行這些功能。首先，如框702所示，接收RF輸入?？梢越?jīng)由耦合至接收機(jī)的天線來接收RF輸入。在接收了 RF輸入后，對(duì)RF信號(hào)進(jìn)行評(píng)估，以確定針對(duì)適當(dāng)信號(hào)處理的期望增益和SNR 改進(jìn)，如框704所示。對(duì)RF信號(hào)的評(píng)估可以涉及測(cè)量天線處的輸入RF信號(hào)的SNR ；以及確定獲取SNR滿足接收機(jī)信號(hào)處理器的信號(hào)處理要求的信號(hào)所需的期望增益。接收機(jī)信號(hào)處理器所需的足夠的SNR將取決于所使用的信號(hào)處理器和接收機(jī)應(yīng)用的性質(zhì)?？梢酝ㄟ^將接收信息內(nèi)的噪聲功率與接收信息內(nèi)的信號(hào)功率進(jìn)行比較來確定信號(hào)的SNR。如果難以從噪聲中分辨信號(hào)，則SNR過低，可以例如增加噪聲指數(shù)/增益來改進(jìn) SNR。在評(píng)估后，向接收機(jī)電路提供偏置電流和晶體管寬度參數(shù)，如框706所示。例如， 可以將控制輸入提供給接收機(jī)內(nèi)的晶體管，以確定哪個(gè)晶體管導(dǎo)通以及導(dǎo)通晶體管的數(shù)目。通過調(diào)節(jié)電流和晶體管寬度參數(shù)，相應(yīng)地調(diào)節(jié)接收機(jī)的增益。接著，將RF輸入輸出至混合器電路，以進(jìn)行下變頻，如框708所示?；旌掀麟娐穼F信號(hào)的頻率下變頻為具有接收機(jī)信號(hào)處理單元的適當(dāng)頻率的信號(hào)。在可選實(shí)施例中，可以連續(xù)地或周期性地執(zhí)行評(píng)估信號(hào)質(zhì)量的步驟704和調(diào)節(jié)有效晶體管寬度和偏置電流的步驟706，以提供一致的功率優(yōu)化的信號(hào)處理。例如，可以改變偏置電流和晶體管寬度以調(diào)節(jié)增益，然后將由接收機(jī)對(duì)RF輸入進(jìn)行處理。可以對(duì)RF輸入進(jìn)行分析，以確定信號(hào)質(zhì)量和噪聲指數(shù)是否在可接受的取值范圍內(nèi)。如果信號(hào)質(zhì)量或噪聲指數(shù)不在可接受范圍內(nèi)，可以再次調(diào)節(jié)偏置電流和晶體管寬度，并且可以將RF輸入再次通過接收機(jī)電路，以進(jìn)行附加處理。以下表1示出了示例線性度和噪聲指數(shù)測(cè)量、以及為了改進(jìn)放大器的線性度和噪聲指數(shù)而可以對(duì)偏置電流和晶體管寬度做出的相關(guān)改變。例如，如果(同基于接收機(jī)類型和接收機(jī)應(yīng)用而變化的可接受或期望的值相比)所測(cè)量的線性度和噪聲指數(shù)均為高，則例如可以減小偏置電流以降低噪聲指數(shù)，并且無需改變晶體管寬度(由于線性度已經(jīng)是可接受的)。然而，如第2行所示，如果線性度值低，則可以例如增加晶體管寬度輸入以提高接收機(jī)增益，從而改進(jìn)線性度。例如，當(dāng)線性度高且噪聲指數(shù)低時(shí)，可以獲得最佳的偏置電流輸入和晶體管寬度輸入。線性度噪聲指數(shù)偏置電流晶體管寬度
權(quán)利要求
1.一種接收機(jī)電路，包括串聯(lián)的多個(gè)放大晶體管，用于放大輸入信號(hào)；多個(gè)控制晶體管，其中，多個(gè)控制晶體管中的每個(gè)控制晶體管連接至所述多個(gè)放大晶體管之一，每個(gè)控制晶體管在控制晶體管的柵極處接收獨(dú)立控制信號(hào)，并向放大晶體管之一輸出，以規(guī)定所述多個(gè)放大晶體管中每個(gè)放大晶體管的獨(dú)立操作，其中，操作中的多個(gè)放大晶體管的數(shù)目與接收機(jī)電路的晶體管寬度相對(duì)應(yīng)；以及偏置產(chǎn)生電路，包括仿效所述多個(gè)放大晶體管和所述多個(gè)控制晶體管的操作的電路， 所述偏置產(chǎn)生電路接收獨(dú)立控制信號(hào)和RF參考偏置電流輸入，并向所述多個(gè)放大晶體管輸出RF偏置控制電壓，所述RF偏置控制電壓與晶體管寬度的值相對(duì)應(yīng)，其中，所述獨(dú)立控制信號(hào)和所述RF參考偏置電流輸入是獨(dú)立可調(diào)諧的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收機(jī)電路，其中，所述多個(gè)控制晶體管中每個(gè)控制晶體管的源極與所述多個(gè)放大晶體管之一的漏極相連接。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的接收機(jī)電路，還包括混合器電路，耦合至所述多個(gè)放大晶體管的輸出，以對(duì)放大晶體管的輸出信號(hào)進(jìn)行下變頻。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的接收機(jī)電路，還包括處理器，用于對(duì)放大的RF 輸入信號(hào)進(jìn)行評(píng)估，以確定放大的RF輸入信號(hào)是否基本滿足噪聲指數(shù)和線性度要求，并且如果放大的RF輸入信號(hào)不基本滿足噪聲指數(shù)和線性度要求，則處理器再次調(diào)節(jié)所述獨(dú)立控制信號(hào)或所述RF參考偏置電流輸入。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的接收機(jī)電路，還包括第一電感電路，包括所述多個(gè)放大晶體管和所述多個(gè)控制晶體管；以及第二電感電路，包括串聯(lián)的第二多個(gè)放大晶體管，用于接收第一多個(gè)放大晶體管的輸入；以及第二多個(gè)控制晶體管，其中，所述第二多個(gè)控制晶體管中的每個(gè)控制晶體管連接至所述第二多個(gè)放大晶體管之一，每個(gè)第二控制晶體管在第二控制晶體管的柵極處接收獨(dú)立控制信號(hào)，并向第二放大晶體管之一輸出，以規(guī)定第二多個(gè)放大晶體管中每個(gè)放大晶體管的獨(dú)立操作，并且操作中的第二多個(gè)放大晶體管的數(shù)目與接收機(jī)電路的晶體管寬度相對(duì)應(yīng)；其中，調(diào)節(jié)第二多個(gè)放大晶體管的增益包括調(diào)節(jié)第一電感電路和第二電感電路的電感。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的接收機(jī)電路，其中，多個(gè)控制晶體管和第二多個(gè)控制晶體管接收相同的獨(dú)立控制信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的接收機(jī)電路，其中，第一電感電路的輸入阻抗的實(shí)分量是所述多個(gè)放大晶體管的跨導(dǎo)的函數(shù)，并基于晶體管寬度而變化，并且用與所述多個(gè)放大晶體管串聯(lián)的電感器將輸入阻抗的虛分量調(diào)諧消除。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接收機(jī)電路，其中，通過調(diào)節(jié)第二多個(gè)放大晶體管的跨導(dǎo)以與所述多個(gè)放大晶體管的跨導(dǎo)基本匹配，使輸入阻抗基本保持恒定。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的接收機(jī)電路，其中，通過按照與調(diào)節(jié)所述多個(gè)放大晶體管的晶體管寬度相同的比例來調(diào)節(jié)源負(fù)反饋電感，使輸入阻抗基本保持恒定。
10.一種調(diào)節(jié)接收機(jī)的操作特性的方法，包括接收射頻RF輸入信號(hào)；評(píng)估RF輸入信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量，以確定RF輸入信號(hào)是否基本滿足噪聲指數(shù)和線性度要求；基于對(duì)RF輸入信號(hào)的評(píng)估，來調(diào)節(jié)接收機(jī)的增益，其中，調(diào)節(jié)接收機(jī)的增益包括在控制晶體管的柵極處接收獨(dú)立控制信號(hào)，每個(gè)控制晶體管向接收機(jī)內(nèi)的多個(gè)放大晶體管之一輸出，以規(guī)定所述多個(gè)放大晶體管中每個(gè)放大晶體管的獨(dú)立操作，從而控制接收機(jī)的增益， 并且，操作中的多個(gè)放大晶體管的數(shù)目與接收機(jī)電路的晶體管寬度相對(duì)應(yīng)；基于接收機(jī)電路的晶體管寬度，并且與所述獨(dú)立控制信號(hào)無關(guān)地，調(diào)節(jié)偏置電流； 使用調(diào)節(jié)后的增益和調(diào)節(jié)后的偏置電流值來放大RF輸入信號(hào)；以及輸出放大的RF輸入信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括對(duì)放大的RF輸入信號(hào)進(jìn)行評(píng)估，以確定放大的RF輸入信號(hào)是否基本滿足噪聲指數(shù)和線性度要求。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，如果放大的RF輸入信號(hào)不基本滿足噪聲指數(shù)和線性度要求，則所述方法還包括再次調(diào)節(jié)接收機(jī)的增益或偏置電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，還包括對(duì)放大的RF輸入信號(hào)進(jìn)行下變頻。
14.一種電感負(fù)反饋的低噪聲信號(hào)放大器，包括 第一電感電路，包括串聯(lián)的第一多個(gè)放大晶體管，用于放大輸入信號(hào)；以及第一多個(gè)控制晶體管，其中，所述第一多個(gè)控制晶體管中的每個(gè)控制晶體管連接至所述第一多個(gè)放大晶體管之一，每個(gè)第一控制晶體管在第一控制晶體管的柵極處接收獨(dú)立控制信號(hào)，并向所述第一多個(gè)放大晶體管之一輸出，以規(guī)定所述第一多個(gè)放大晶體管中每個(gè)放大晶體管的獨(dú)立操作，并且，操作中的第一多個(gè)放大晶體管的數(shù)目與接收機(jī)電路的晶體管寬度相對(duì)應(yīng)；以及第二電感電路，包括串聯(lián)的第二多個(gè)放大晶體管，用于接收所述第一多個(gè)放大晶體管的輸出；以及第二多個(gè)控制晶體管，其中，所述第二多個(gè)控制晶體管中的每個(gè)控制晶體管連接至所述第二多個(gè)放大晶體管之一，每個(gè)第二控制晶體管在第二控制晶體管的柵極處接收獨(dú)立控制信號(hào)，并向第二放大晶體管之一輸出，以規(guī)定第二多個(gè)放大晶體管中每個(gè)放大晶體管的獨(dú)立操作，并且，操作中的第二多個(gè)放大晶體管的數(shù)目與接收機(jī)電路的晶體管寬度相對(duì)應(yīng)；其中，調(diào)節(jié)第二多個(gè)放大晶體管的增益包括調(diào)節(jié)第一電感電路和第二電感電路的電感。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電感負(fù)反饋的低噪聲信號(hào)放大器，其中，第一多個(gè)控制晶體管和第二多個(gè)控制晶體管接收相同的獨(dú)立控制信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的電感負(fù)反饋的低噪聲信號(hào)放大器，其中，第一電感電路的輸入阻抗的實(shí)分量是所述第一多個(gè)放大晶體管的跨導(dǎo)的函數(shù)，并基于晶體管寬度而變化，并且用與所述第一多個(gè)放大晶體管串聯(lián)的電感器將輸入阻抗的虛分量調(diào)諧消除。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電感負(fù)反饋的低噪聲信號(hào)放大器，其中，通過調(diào)節(jié)第二多個(gè)晶體管的增益以與所述第一多個(gè)放大晶體管的增益基本匹配，使輸入阻抗基本保持恒定。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的電感負(fù)反饋的低噪聲信號(hào)放大器，其中，通過按照與調(diào)節(jié)所述第一多個(gè)放大晶體管的跨導(dǎo)相同的比例來調(diào)節(jié)源負(fù)反饋電感，使輸入阻抗基本保持恒定。
19.根據(jù)權(quán)利要求16、17或18所述的電感負(fù)反饋的低噪聲信號(hào)放大器，其中，調(diào)節(jié)所述第一多個(gè)放大晶體管的跨導(dǎo)包括調(diào)節(jié)所述第一多個(gè)放大晶體管的晶體管寬度。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一項(xiàng)所述的電感負(fù)反饋的低噪聲信號(hào)放大器，還包括 偏置產(chǎn)生電路，包括仿效第一電感電路和第二電感電路的操作的電路，所述偏置產(chǎn)生電路接收所述獨(dú)立控制信號(hào)和RF偏置電流輸入，并向所述第一多個(gè)放大晶體管和所述第二多個(gè)放大晶體管輸出RF偏置電壓，所述RF偏置電壓與晶體管寬度的值相對(duì)應(yīng)。
全文摘要
提供了一種低噪聲放大器(LNA)系統(tǒng)，具有相對(duì)于功耗可控的線性度和噪聲指數(shù)。所述系統(tǒng)包括用于調(diào)諧的兩個(gè)控制輸入。一個(gè)輸入控制有效晶體管寬度，另一個(gè)輸入控制偏置電流。有效晶體管寬度的變化改變施加于信號(hào)的增益，偏置電流的變化改變系統(tǒng)的功耗。對(duì)于更嚴(yán)格的信號(hào)規(guī)格，提供LNA的阻抗匹配的電感負(fù)反饋?zhàn)冃汀?br> 文檔編號(hào)H03F1/26GK102484453SQ201080033353
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者卡曼·阿亞帕魯墨·?？ɡ瘳斕? 巴拉德瓦杰·阿姆魯托 申請(qǐng)人:印度科學(xué)院