太阳城集团

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折叠式共源共栅放大器.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201310404678.1

申请日:

2013.09.06

公开号:

太阳城集团CN103684286A

公开日:

2014.03.26

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 专利权的转移IPC(主分类):H03F 3/20登记生效日:20181025变更事项:专利权人变更前权利人:安华高科技通用IP(新加坡)公司变更后权利人:安华高科技股份有限公司变更事项:地址变更前权利人:新加坡新加坡市变更后权利人:新加坡新加坡市|||专利权的转移IPC(主分类):H03F 3/20登记生效日:20170302变更事项:专利权人变更前权利人:美国博通公司变更后权利人:安华高科技通用IP(新加坡)公司变更事项:地址变更前权利人:美国加利福尼亚州变更后权利人:新加坡新加坡市|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H03F 3/20申请日:20130906|||公开
IPC分类号: H03F3/20; H03F1/34 主分类号: H03F3/20
申请人: 美国博通公司
发明人: 谢明宏
地址: 美国加利福尼亚州
优先权: 2012.09.18 US 13/622,327
专利代理机构: 北京康信知识产权代理有限责任公司 11240 代理人: 田喜庆
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法律状态
申请(专利)号:

CN201310404678.1

授权太阳城集团号:

||||||||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2018.11.13|||2017.03.22|||2017.01.18|||2014.04.23|||2014.03.26

法律状态类型:

专利申请权、专利权的转移|||专利申请权、专利权的转移|||授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明涉及折叠式共源共栅放大器。根据本技术的一方面公开了一种增益增强放大器。增益增强可以用于改善放大器的噪声系数,并且可以通过向放大器中的多个晶体管的栅极馈送输入信号来实现,其中每个晶体管提供有助于放大器的总电流增益的电流增益。放大器还可以包括用于增加放大器的驱动能力的输出驱动器级。放大器还可以包括反馈电阻器和输入电阻器以获得高线性度增益。

权利要求书

权利要求书
1.  一种放大器,包括:
第一电流增益晶体管,具有与所述放大器的输入端耦接的栅极;
第二电流增益晶体管,具有经由第一增益通路与所述放大器的所述输入端耦接的栅极;
第一共源共栅晶体管,具有与所述第一电流增益晶体管的漏极和所述第二电流增益晶体管的漏极耦接的源极、与第一DC偏置电压耦接的栅极以及与所述放大器的增益输出端耦接的漏极;
第三电流增益晶体管,具有经由第二增益通路与所述放大器的所述输入端耦接的栅极;以及
第二共源共栅晶体管,具有与所述第三电流增益晶体管的漏极耦接的源极、与第二DC偏置电压耦接的栅极以及与所述放大器的所述增益输出端耦接的漏极。

2.  根据权利要求1所述的放大器,其中,所述第一增益通路包括耦接在所述放大器的所述输入端与所述第二电流增益晶体管的栅极之间的第一电容器,并且所述第二增益通路包括耦接在所述放大器的所述输入端与所述第三电流增益晶体管的栅极之间的第二电容器。

3.  根据权利要求2所述的放大器,进一步包括:
第一电阻器,耦接在所述第二电流增益晶体管的栅极与第三DC偏置电压之间;以及
第二电阻器,耦接在所述第三电流增益晶体管的栅极与第四DC偏置电压之间。

4.  根据权利要求1所述的放大器,进一步包括源极跟随器晶体管,所述源极跟随器晶体管具有与所述放大器的所述增益输出端耦接的栅极,以及与所述放大器的驱动器输出端耦接的源极。

5.  根据权利要求4所述的放大器,进一步包括:
反馈电阻器,耦接在所述放大器的所述驱动器输出端与所述放大器的所述输入端之间;以及
输入电阻器,耦接至所述放大器的所述输入端。

6.  一种放大器,包括:
第一电流增益晶体管,具有与所述放大器的输入端耦接的栅极;
第二电流增益晶体管,具有经由增益通路与所述放大器的所述输入端耦接的栅极;以及
共源共栅晶体管,具有与所述第一电流增益晶体管的漏极和所述第二电流增益晶体管的漏极耦接的源极、与第一DC偏置电压耦接的栅极以及与所述放大器的增益输出端耦接的漏极。

7.  根据权利要求6所述的放大器,进一步包括源极跟随器晶体管,所述源极跟随器晶体管具有与所述放大器的所述增益输出端耦接的栅极,以及与所述放大器的驱动器输出端耦接的源极。

8.  根据权利要求7所述的放大器,进一步包括:
反馈电阻器,耦接在所述放大器的所述驱动器输出端与所述放大器的所述输入端之间;以及
输入电阻器,耦接至所述放大器的所述输入端。

9.  一种放大器,包括:
第一电流增益晶体管,具有与所述放大器的输入端耦接的栅极;
第二电流增益晶体管,具有经由增益通路与所述放大器的所述输入端耦接的栅极;
第一共源共栅晶体管,具有与所述第一电流增益晶体管的漏极耦接的源极、与第一DC偏置电压耦接的栅极以及与所述放大器的增益输出端耦接的漏极;以及
第二共源共栅晶体管,具有与所述第二电流增益晶体管的漏极耦接的源极、与第二DC偏置电压耦接的栅极以及与所述放大器的所述增益输出端耦接的漏极。

10.  根据权利要求9所述的放大器,其中,所述增益通路包括耦接在所述放大器的所述输入端与所述第二电流增益晶体管的栅极之间的电容器。

说明书

说明书折叠式共源共栅放大器
技术领域
本描述总体涉及放大器,更具体地,涉及折叠式共源共栅放大器。
背景技术
低噪声放大器(LNA)可以在系统的前端接收器中用来放大输入信号,并且将所放大的信号输出至系统中的其他电路(例如,调谐器、解调器等),用于进行进一步处理。为了让系统实现高输入灵敏度,LNA具有低噪声和高线性度是很重要的。
在传统LNA中,线性度由gm*Ro限制,其中gm是LNA的跨导并且Ro是LNA的输出阻抗。结果,传统LNA需要高电流,因此需要高功率,从而实现高线性度。在传统LNA中,感应器可以用于实现低噪声。然而,感应器占据较大的芯片面积,显著增大了LNA的大小。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了以下放大器。
(1)一种放大器,包括:
第一电流增益晶体管,具有与所述放大器的输入端耦接的栅极;
第二电流增益晶体管,具有经由第一增益通路与所述放大器的所述输入端耦接的栅极;
第一共源共栅晶体管,具有与所述第一电流增益晶体管的漏极和所述第二电流增益晶体管的漏极耦接的源极、与第一DC偏置电压耦接的栅极以及与所述放大器的增益输出端耦接的漏极;
第三电流增益晶体管,具有经由第二增益通路与所述放大器的所述输入端耦接的栅极;以及
第二共源共栅晶体管,具有与所述第三电流增益晶体管的漏极耦接的源极、与第二DC偏置电压耦接的栅极以及与所述放大器的所述增益输出端耦接的漏极。
(2)根据(1)所述的放大器,其中,所述第一增益通路包括耦接在所述放大器的所述输入端与所述第二电流增益晶体管的栅极之间的第一电容器,并且所述第二增益通路包括耦接在所述放大器的所述输入端与所述第三电流增益晶体管的栅极之间的第二电容器。
(3)根据(2)所述的放大器,进一步包括:
第一电阻器,耦接在所述第二电流增益晶体管的栅极与第三DC偏置电压之间;以及
第二电阻器,耦接在所述第三电流增益晶体管的栅极与第四DC偏置电压之间。
(4)根据(1)所述的放大器,进一步包括源极跟随器晶体管,所述源极跟随器晶体管具有与所述放大器的所述增益输出端耦接的栅极,以及与所述放大器的驱动器输出端耦接的源极。
(5)根据(4)所述的放大器,进一步包括:
反馈电阻器,耦接在所述放大器的所述驱动器输出端与所述放大器的所述输入端之间;以及
输入电阻器,耦接所述放大器的所述输入端。
(6)根据(5)所述的放大器,其中,所述输入电阻器的电阻在50Ω至100Ω的范围内。
(7)一种放大器,包括:
第一电流增益晶体管,具有与所述放大器的输入端耦接的栅极;
第)二电流增益晶体管,具有经由增益通路与所述放大器的所述输入端耦接的栅极;以及
共源共栅晶体管,具有与所述第一电流增益晶体管的漏极和所述第二电流增益晶体管的漏极耦接的源极、与第一DC偏置电压耦接的栅极以及与所述放大器的增益输出端耦接的漏极。
(8)根据(7)所述的放大器,其中,所述增益通路包括耦接在所述放大器的所述输入端与所述第二电流增益晶体管的栅极之间的电容器。
(9)根据(8)所述的放大器,进一步包括耦接在所述第二电流增益晶体管的栅极与第二DC偏置电压之间的电阻器。
(10)根据(7)所述的放大器,进一步包括源极跟随器晶体管,所述源极跟随器晶体管具有与所述放大器的所述增益输出端耦接的栅极,和与所述放大器的驱动器输出端耦接的源极。
(11)根据(10)所述的放大器,进一步包括电流偏置晶体管,所述电流偏置晶体管与所述源极跟随器晶体管的源极耦接,并且被配置为向所述源极跟随器晶体管提供偏置电流。
(12)根据(10)所述的放大器,进一步包括:
反馈电阻器,耦接在所述放大器的所述驱动器输出端与所述放大器的所述输入端之间;以及
输入电阻器,耦接所述放大器的所述输入端。
(13)根据(12)所述的放大器,其中,所述输入电阻器的电阻在50Ω至100Ω的范围内。
(14)一种放大器,包括:
第一电流增益晶体管,具有与所述放大器的输入端耦接的栅极;
第二电流增益晶体管,具有经由增益通路与所述放大器的所述输入端耦接的栅极;
第一共源共栅晶体管,具有与所述第一电流增益晶体管的漏极耦接的源极、与第一DC偏置电压耦接的栅极以及与所述放大器的增益输出端耦接的漏极;以及
第二共源共栅晶体管,具有与所述第二电流增益晶体管的漏极耦接的源极、与第二DC偏置电压耦接的栅极以及与所述放大器的所述增益输出端耦接的漏极。
(15)根据(14)所述的放大器,其中,所述增益通路包括耦接在所述放大器的所述输入端与所述第二电流增益晶体管的栅极之间的电容器。
(16)根据(15)所述的放大器,进一步包括耦接在所述第二电流增益晶体管的栅极与第三DC偏置电压之间的电阻器。
(17)根据(14)所述的放大器,进一步包括源极跟随器晶体管,所述源极跟随器晶体管具有与所述放大器的所述增益输出端耦接的栅极,以及与所述放大器的驱动器输出端耦接的源极。
(18)根据(17)所述的放大器,进一步包括电流偏置晶体管,所述电流偏置晶体管与所述源极跟随器晶体管的源极耦接,并被配置为向所述源极跟随器晶体管提供偏置电流。
(19)根据(17)所述的放大器,进一步包括:
反馈电阻器,耦接在所述放大器的所述驱动器输出端与所述放大器的所述输入端之间;以及
输入电阻器,耦接所述放大器的所述输入端。
(20)根据(19)所述的放大器,其中所述输入电阻器的电阻在50Ω至100Ω的范围内。
附图说明
在所附权利要求中陈述了本技术的某些特征。然而,为了阐述目的,在下图中陈述了本技术的几个实施方式。
图1示出了折叠式共源共栅放大器的实例。
图2示出了根据本发明的一方面的增益增强示例性折叠式共源共栅放大器。
图3示出了根据本发明的一方面的增益增强示例性折叠式共源共栅放大器和输出驱动器级。
图4示出了根据本发明的一方面的示例性放大器。
图5示出了根据本发明的一方面的放大器的噪声模型的实例。
图6示出了根据本发明的一方面的示例性系统。
具体实施方式
下面陈述的具体实施方式旨在作为本技术的各个配置的描述并且不旨在仅表示可以实施本技术的配置。附图并入本文中并构成具体实施方式的一部分。出于对本技术提供彻底理解的目的,具体实施方式包括具体细节。然而,本技术不限于本文中陈述的具体细节并且可以在没有一点或多点具体细节的情况下实施。在某些情况下,以框图形式示出结构和组件以免淡化本技术的概念。
图1示出了传统的差分折叠式共源共栅放大器100的实例。放大器100被配置为放大包括第一输入信号vin和第二输入信号vip的差分输入信号,并输出包括第一输出信号voutp和第二输出信号voutn的差分输出信号。放大器100包括形成差分输入对的第一输入晶体管M3和第二输入晶体管M8,以及配置为提供偏置电流的电流偏置晶体管M4,该偏置电流在第一和第二输入晶体管M3和M8之间分流。晶体管M4的栅极偏置DC电压vbiasp3。
放大器100进一步包括与第一输入晶体管M3耦接的第一增益级115。总的看来,第一输入晶体管M3和第一增益级115形成放大器100的右半部分。第一增益级115耦接在电源总线Vdd和Vss之间。第一增益级115包括以共源共栅配置连接的p沟道晶体管M16,M17和n沟道晶体管M15和M11,其中晶体管M16,M17,M15和M11的栅极分别偏置DC电压vbiasp1,vbiasp2,vbiasn2和vbiasn1。晶体管M15和M17是共栅极共源共栅晶体管,该等共栅极共源共栅晶体管在第一增益级115的输出端提供高阻抗,并因此在第一增益级115的输出端提供高电压增益。
当向第一输入晶体管M3的栅极馈送第一输入信号vin时,第一输入晶体管M3在其漏极输出vin*gm3的信号电流。晶体管M3的几乎所有输出信号电流都流入第一增益级115的晶体管M15,由此产生大约vin*gm3 的输出电流增益。这是因为晶体管M15以共栅极配置连接,并因此在其源极具有低输入阻抗。
在放大器100的右半部分中,最嘈杂的源是晶体管M3,M11和M16。来自主要噪声源晶体管(即,晶体管M3,M11和M16)的总噪声电流为:
In_out_stage=Vgn_M3*gm3+In_M3+Vgn_M11*gm11+In_M11+Vgn_M16*gm16+In_M16   (1)
其中,In_out_stage是输出端的总噪声电流,Vgn是各个晶体管的栅极的噪声电压,In是各个晶体管的电流噪声,并且gm是各个晶体管的跨导。如上所讨论的,放大器100的右半部分具有大约gm3*vin的输出电流增益。结果,放大器的右半部分的输入端参考噪声为:
Vn_input_refer=In_out_stage/gm3    (2)
其中Vn_input_refer是输入端参考噪声。
放大器100还包括与第二输入晶体管M8耦接的第二增益级120。总的看来,第二输入晶体管M8和第二增益级120形成放大器100的左半部分。第二增益级120包括以共源共栅配置连接的n沟道晶体管M21,M23和p沟道晶体管M20和M25,其中晶体管M21,M23,M20和M25的栅极分别偏置DC电压vbiasn1,vbiasn2,vbiasp2和vbiasp1。晶体管M23和M20是共栅极共源共栅晶体管,该等共栅极共源共栅晶体管在第二增益级120的输出端提供高输出阻抗,并因此在第二增益级120的输出端提供高电压增益。放大器100的左半部分具有与放大器的右半部分类似的输入端参考噪声,这种情况通过按照放大器100的左半部分的上述分析来证明。
图2示出了根据本发明的一方面的增益增强示例性差分折叠式共源共栅放大器200(或“放大器”)。与图1中的放大器100相比,增益增强明显减少了输入端参考噪声,由此改善噪声系数,如下面进一步讨论的。
放大器200的右半部分包括增益增强电容器C2和C4以及电阻器R1和R3。电容器C2和C4将第一输入信号vin从放大器200的第一输入端205分别传递至晶体管M11和M16的栅极,同时分别阻断来自放大器200的第一输入端205的DC偏置电压vbiasn1和vbiasp1。因此,电容器C2和C4提供从放大器200的第一输入端205分别至第一增益级215的晶体管M11和M16的增益通路。在某些实现中,电容器C2和C4中的任一个或两个可以具有例如大约4pF的电容。
电阻器R1和R3将DC偏置电压vbiasp1和vbiasn1分别传递至晶体管M16和M11的栅极。另外,电阻器R1和R3分别防止晶体管M16和M11的栅极被短接至信号地面,从而允许第一输入信号vin的电压分别施加给晶体管M16和M11的栅极。在某些实现中,电阻器R1和R3中的任一个或两个可以具有例如大约660KΩ的电阻或其他电阻。
来自晶体管M11的输出电流增益大约为vin*gm11,其中gm11是晶体管M11的跨导。这是因为晶体管M11的几乎所有输出信号电流都流入共栅极共源共栅晶体管M15的低阻抗输入端。来自晶体管M16的输出电流增益大约为vin*gm16,其中gm16是晶体管M16的跨导。因此,放大器的右半部分的总输出电流增益大约为vin*(gm3+gm11+gm16)。结果,放大器200的右半部分的输入端参考噪声为:
Vn_input_refer=In_out_stage/(gm3+gm11+gm16)    (3)
其明显小于图1中的放大器100的输入端参考噪声。输入端参考噪声减少到gm3/(gm3+gm11+gm16)。例如,如果gm3=gm11=gm16,则输入端参 考噪声减少到1/3并且增益增加3倍。因此,根据本技术的增益增强可以明显改善放大器200的噪声系数。
在这方面,晶体管M3,M11和M16有助于放大器200的右半部分的总电流增益,并且因此可以被视为电流增益晶体管。
放大器200的左半部分包括增益增强电容器C0和C1以及电阻器R0和R2。电容器C0和C1将第二输入信号vip从放大器200的第二输入端210分别传递至晶体管M25和M21的栅极,同时分别阻断来自放大器200的第二输入端210的DC偏置电压vbiasp1和vbiasn1。因此,电容器C0和C1将提供从放大器200的第二输入端210分别至第二增益级220的晶体管M25和M21的增益通路。在某些实现中,电容器C0和C1中的一个或两个可以具有例如大约4pF的电容。
电阻器R0和R2将DC偏置电压vbiasp1和vbiasn1分别传递至晶体管M25和M21的栅极。另外,电阻器R0和R2分别防止晶体管M25和M21的栅极被短接至信号地面,从而允许第二输入信号vip的电压分别施加给晶体管M25和M21的栅极。在某些实现中,电阻器R0和R2中的一个或两个可以具有例如大约660KΩ的电阻。
来自晶体管M25的输出电流增益大约为vip*gm25,并且来自晶体管M21的输出电流增益大约为vip*gm21,其中gm25和gm21分别是晶体管M25和M21的跨导。因此,放大器的左半部分的总输出电流增益大约为vip*(gm8+gm21+gm25)。结果,与图1中的放大器100相比,放大器200的左半部分的输入端参考噪声减少到gm8/(gm8+gm21+gm25)。
在这方面,晶体管M8,M21和M25有助于放大器200的左半部分的总电流增益,并且因此可以被视为电流增益晶体管。
如上所讨论的,放大器200的第一增益级215具有由于共源共栅晶体管M15和M17导致的高输出阻抗。类似地,放大器200的第二增益级220具有由于共源共栅晶体管M23和M20导致的高输出阻抗。例如,每个增益级可以具有大约500Ω的输出阻抗。结果,放大器200可能不能良好驱动低电阻负载(例如,具有大约100Ω的电阻的负载)。这是因为当与电阻明显小于放大器200的输出阻抗的负载耦接时,可以明显降低放大器200的高增益。为了驱动低电阻负载,根据本技术的一方面,可以对放大器进行修改,如图3所示。
在这方面,放大器300的右半部分进一步包括与第一增益级215的输出端225耦接的第一输出驱动器级315。第一输出驱动器级315包括晶体管M18和M19。晶体管M19以源极跟随器(即,共漏极)配置连接,其中晶体管M19的栅极与第一增益级215的输出端225耦接,并且源极与输出voutp的放大器300的第一输出端305耦接。晶体管M19在放大器300的第一输出端305提供低输出阻抗(例如,大约10Ω),从而允许放大器300的右半部分驱动低电阻负载(例如,具有大约100Ω的电阻的负载)。晶体管M19还向第一增益级215提供高输入阻抗,并因此保持第一增益级215提供的高电压增益。晶体管M18为晶体管M19建立偏置电流,其中晶体管M18的栅极偏置DC电压vbiasn3。
类似地,放大器300的左半部分进一步包括与第二增益级220的输出端230耦接的第二输出驱动器级320。输出驱动器级320包括晶体管M24和M22。晶体管M24以源极跟随器(即,共漏极)配置连接,其中晶体管M24的栅极与第二增益级220的输出端230耦接,并且源极与输出voutn的放大器300的第二输出端310耦接。晶体管M24在放大器300的第二输出端310提供低输出阻抗(例如,大约10Ω),从而允许放大器300的左半部分驱动低电阻负载(例如,具有大约100Ω的电阻的负载)。晶体管M24还向第二增益级220提供高输入阻抗,并因此保持第二增益级220 提供的高电压增益。晶体管M22为晶体管M24建立偏置电流,其中晶体管M22的栅极偏置DC电压Vbiasn3。
图4示出了能够实现高线性度的示例性放大器400。放大器400可以包括图3中所示的折叠式共源共栅放大器300,与放大器300的每个输入端耦接的输入电阻器RG以及耦接在放大器300的每个输出端和对应输入端之间的反馈电阻器RF。因为放大器300具有高增益(例如,至少一个大于RF/RG)的数量级),所以放大器400具有大约RF/RG的线性增益。因此,放大器400可以在不使用感应器的情况下实现高线性度,从而允许放大器400集成在较小的芯片面积(例如,大约为具有感应器的放大器的芯片面积的二分之一)内。
在一个方面,每个输入电阻器RG可以具有低电阻。例如,放大器400可以从低阻抗源极(例如,同轴电缆)接收输入信号,并且每个输入电阻器RG可以具有低电阻(例如,在50Ω至100Ω的范围内)以便提供与低阻抗源极的阻抗匹配。结果,每个反馈电阻器RF也可以具有相对较低的电阻。例如,对于6dB的增益而言,每个输入电阻器RG可以具有50Ω的电阻并且每个反馈电阻器RF可以具有100Ω的电阻。在该实例中,放大器400具有100Ω的差分输入电阻Zin。
因为放大器300的输出驱动器级315和320具有低输出阻抗(例如,大约10Ω),所以这些输出驱动器级315和320具有高驱动能力(即,能够驱动低电阻负载)。这使得放大器300能够良好驱动低电阻反馈电阻器RF。应理解的是,放大器300不限于在图4中所示的放大器400中使用,并且可以在其他放大器设计(包括使用低电阻反馈电阻器的其他放大器设计)中使用。
放大器400例如可以在机顶盒的前端接收器或电缆调制解调器中用来放大来自电缆的宽带信号。在某些实现中,宽带信号可以具有50MHz至1GHz的频率范围。在其他实现中,可以使用其他频率范围。宽带信号 可以源自电缆服务提供商或与电缆的另一端耦接的天线。如上所讨论的,放大器400的每个输入电阻器RG可以具有低电阻(例如,50Ω)以便提供与低阻抗电缆的阻抗匹配。阻抗匹配最小化电缆与放大器400之间的信号损失。由此产生的放大信号可以输出至其他电路(例如,调谐器、解调器等),便于进行进一步信号处理。应理解的是,放大器400不限于上述实例应用,并且可以在要求信号放大的其他应用中使用。
放大器400可以进一步包括与每个反馈电阻器RF耦接的电容器CF,以及与每个输入电阻器RG耦接的电容器Cib和电阻器Rib以便在不使用感应器的情况下对放大器400的带宽进行控制,如图4所示。在这方面,每个电容器CF可以与各个反馈电阻器RF并联耦接以便形成具有大约为以下的截止频率的低通滤波器:
fc=1/(2πRFCF)    (4)
低通滤波器的目的在于在放大的信号的频率范围内提供相对恒定的增益,同时降低较高频率信号的增益。例如,放大的信号可以是来自频率范围为50MHz至1GHz的电缆的宽带信号。在该实例中,低通滤波器可以具有大约10GHz的截止频率。使截止频率高于宽带信号的最大频率。这是因为低通滤波器在达到截止频率之前开始降低增益。将低通滤波器的截止频率置于远离宽带信号的最大频率帮助确保增益在宽带信号的频率范围内基本上保持持平。在该实例中,每个反馈电阻器RF可以具有100Ω的电阻并且每个电容器CF可以具有150fF的电容。
每个电容器Cib和各个电阻器Rib形成与各个输入电阻器RG并联耦接的高通滤波器。结果,放大器400的每个输入端的输入电阻可以大约为低于截止频率的RG并且大约为等于或高于截止频率(例如,1GHz)的RG||Rib,其中截止频率大约为:
fc=1/(2π(Rib+RG)Cib)    (5)
因此,将输入电阻降至等于或高于截止频率的RG||Rib。降低的输入电阻可以用于以截止频率周围的频率补偿放大器400中的增益损失。增益损失可能是由于放大器300中的增益损失、来自低通滤波器的增益损失和/或其他增益损失导致的。
例如,截止频率(例如,1GHz)周围的增益损失可以通过损耗因子GF量化,其中截止频率和GF周围的GF<1大约是以截止频率以下的频率的一个。因此,截止频率周围的增益可以大约为RF/RG||Rib*GF,并且较低频率的增益可以大约为RF/RG。在该实例中,Rib的电阻可以经选择使得RF/RG||Rib*GF大约等于RF/RG,以便增益在放大的宽带信号的频率范围内大约持平。在该实例中,在没有高通滤波器的情况下,增益降至截止频率(例如,1GHz)周围的大约RF/RG*GF。在该实例中,每个电阻器Rib可以具有400Ω的电阻并且每个电容器Cib可以具有400fF的电容。高通滤波器是任选的并且可以被省略,例如,当放大的信号的频率范围内没有明显的增益损失时。
如上所讨论的,增益增强减少了放大器的输入端参考噪声,由此改善放大器的噪声系数。为了说明这一点,图5示出了具有输入和反馈电阻器的放大器400的噪声模型。在图5中,eF和eG分别表示来自电阻器RF和RG的噪声,Vn_input_refer是放大器的右半部分的输入端参考噪声,RS是表示源端口的电阻的电阻器,并且eF表示来自电阻器RS的噪声。
使用图5中的噪声模型,放大器400的噪声系数(NF)可以由下式给出:
NF=SNRISNRO=SINIG×SIG(NI+NA)=1+NANI---(6)]]>
其中SNRI是输入端的信噪比(SNR),SNRO是输出端的SNR,G是放大器的功率增益,NA是来自放大器的输入端的噪声,并且NI是来自源端口的输入端的噪声。
来自源端口的输入端的噪声可以由下式给出:
NI=4KTRS(2RGRS+2RG)2---(7)]]>
其中4KTRS是源端口RS的热噪声,K是波尔兹曼常数,并且T是温度。
来自放大器的输入端的噪声可以由下式给出:
NA=C1×Vn_input_refer2+C2×2eG2+C3×eF2     (8)
其中
C1=[(1+2RFRS+2RG)(RFRG)-1]2=(RGRF+2RGRS+2RG)2]]>
C2=[(2RFRS+2RG)(RFRG)-1]2=(2RGRS+2RG)2,]]>以及
C3=[(RFRG)-1]2=(RGRF)2.]]>
将C1,C2和C3的表达式插入方程式(8)得出:
NA=(RGRF+2RGRS+2RG)2×Vn_input_refer2+(2RGRS+2RG)2×2×4KTRG+(RGRF)2×4KTRF---(9)]]>
最后,将NI和NA的方程式(7)和(9)分别插入方程式(6)得到噪声系数(NF)的以下表达式:
NF=1+(RS+2RG2RF+1)2×Vn_input_refer24KTRS+2×(RGRS)+(RS+2RG)22RF×RS---(10)]]>
如方程式(10)清楚表示的,减少使用增益增强的放大器的右半部分的输入端参考噪声Vn_input_refer减小了噪声系数(NF),由此改善放大器的噪声系数(NF)。可以表明减少使用增益增强的放大器的左半部分的输入端参考噪声通过利用放大器的左半部分的输入端参考噪声执行上述分析来类似地改善噪声系数(NF)。
根据本技术方面的放大器可以利用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,或其他半导体制造工艺来制造。放大器中的晶体管可以利用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或其他类型的晶体管来实现。放大器中的一些或所有电容器和/或电阻器可以与同一芯片上的晶体管集成。
图6示出了可以使用放大器400的示例性系统605(例如,电缆调制解调器)。在该实例中,系统605包括放大器400和信号处理电路615。为了易于说明,放大器400的差分输入差分输出在图6中分别被示为单输入单输出。
放大器400的输入端与电缆610(例如,同轴电缆)的一端耦接以便从电缆610接收输入信号(例如,宽带信号)。电缆610的另一端可以与电缆服务提供商或碟形卫星天线耦接。放大器400放大输入信号并将所放大的信号输出至信号处理电路615,便于进行进一步处理。信号处理电路615可以包括调谐器、解调器和/或其他电路,以便对放大器400输出的放大信号进行处理。在某些实现中,电缆610可以具有低阻抗并且放大器400可以具有低输入阻抗以便提供与电缆610的阻抗匹配,并从而降低电缆610与放大器400之间的信号衰减。
提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实施本文中所描述的各方面。对这些方面的各种修改将容易为本领域技术人员所明 白,并且在本文中所定义的通用原则可被应用于其他方面。例如,尽管本技术的方面在上面利用全差分放大器的实例进行描述,但是应理解的是,本技术可以在单端放大器或偏微分放大器中使用。例如,单端放大器可以利用增益增强的单一增益级而不是利用两个增益级来实现。进一步地,应理解的是,增益增强可以只利用增益级中的一个晶体管而不是利用两个晶体管来实现。例如,增益增强在放大器中可以通过在增益级中从放大器的输入端至晶体管之一的栅极只提供一个增益通路,而不是在增益级中从放大器的输入端至两个晶体管的栅极提供两个增益通路来实现。
因此,权利要求并非旨在被限定于本文中所示出的各方面,而是应被授予与权利要求的语言相一致的全部范围,其中对要素的单数形式的引述并非旨在表示“有且仅有一个”,除非特别如此声明,而是旨在表示“一个或多个”。除非特别另外声明,否者术语“一些”指的是一个或多个。男性代词(例如,他的)包括女性和中性(例如,她的和它的),反之亦然。标题和小标题(如果有)使用仅为了方便且不限制本发明。
谓语词“配置为”,“可操作用于”和“编程为”不暗示主题的任何特定有形或无形修改,但相反,旨在互换使用。例如,配置为监测并控制操作或组件的处理器也可以指编程为监测并控制操作的处理器或可操作用于监测并控制操作的处理器。类似地,配置为执行代码的处理器可以被解释为编程为执行代码或可操作用于执行代码的处理器。
措辞比如“方面”并不意味着此方面对本技术是必要的或者此方面适用于本技术的所有配置。与一方面相关的公开内容可以适用于所有配置,或一个或多个配置。措辞比如方面可以指一个或多个方面,反之亦然。措辞比如“配置”并不意味着此配置对本技术是必要的或者此配置适用于本技术的所有配置。与配置相关的公开内容可以适用于所有配置,或一个或多个配置。措辞比如配置可以指一个或多个配置,反之亦然。
本文使用词语“实例”来表示“充当实例或说明”。本文中描述为“实例”的任意方面或设计不一定被解释为优先于或优于其他方面或设计。
太阳城集团本发明中通篇描述的各方面的要素为本领域普通技术人员当前或今后所知的所有结构上和功能上的等效内容通过引用明确并入本文,且旨在被权利要求所涵盖。此外,本文所公开的任何内容都并非旨在为公众服务,无论这样的发明是否在权利要求中被显式地叙述。权利要求的任何要素都不应当在35U.S.C.§112第六款的规定下来解释,除非该要素是使用措辞“用于……的装置”来明确叙述,或者在方法权利要求的情况下,该要素是使用措辞“用于……的步骤”来叙述。此外,在术语“包括(include)”,“具有”等在该说明书或权利要求中使用的方面来说,此术语旨在以类似于术语“包括(comprise)”的方式而包括在内,因为当被用作权利要求中的转折词时解释“包括(comprise)”。

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