用于将单端输入信号转换为差分输出信号的放大器(300)。该放大器(300)包括第一晶体管(301)、第二晶体管(302)、第三晶体管(303)和第四晶体管(304)。以共源极或共发射极模式配置的第一晶体管(301)接收单端输入信号并且生成差分输出信号的第一部分。以共源极或共发射极模式配置的第二晶体管(302)生成差分输出信号的第二部分。第三和第四晶体管(303，304)电容性交叉耦合。放大器(300)还包括电感退化，使得第一晶体管(301)的源极或发射极连接至第一电感器(321)并且第二晶体管(302)的源极或发射极连接至第二电感器(322)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文中的实施例涉及放大器。特别地，实施例涉及无线通信设备中用于将单端输入信号转换为差分输出信号的低噪声放大器。
技术介绍
在无线通信设备(例如现代蜂窝电话)中采用的收发器通常高度地集成有被集成在射频集成电路(RFIC)上的大部分收发器功能，该收发器通常包括发射器和接收器。高度集成的RFIC减小了电话的印刷电路板(PCB)面积、复杂性和功耗，同时降低了部件的成本。另外，在高端移动电话和膝上型电脑中使用的蜂窝接收器需要在多个频带操作，并且蜂窝接收器必须支持若干无线标准，诸如全球移动通信系统(GSM)、宽带码分多址(WCDMA)和长期演进(LTE)等。由于每个接收频带通常需要在天线与RFIC之间的其自身的预选择滤波器，所以RFIC的接收器输入的数目基本上由需要支持的频带的数目确定。实际上，现有技术的RFIC具有10到30个接收器输入。另外，由于差分信号处理被认为对共模扰动和干扰更加不敏感并且具有鲁棒性，所以通常针对接收器RFIC采用差分输入。自然，RFIC接收器的对应的第一级——通常为低噪声放大器(LNA)——也被实现为差分输入、差分输出放大器。不幸的是，由于每个差分LNA需要两个输入封装引脚，所以在假定需要支持大量频带时，接收器输入所消耗的RFIC封装引脚的数目将显著增加。例如，在20个差分接收器输入的情况下，在RFIC中一共需要40个用于接收器输入的封装引脚。另外，在RFIC与包含预选择滤波器等的前端模块(FEM)之间的PCB上路由20个差分射频(RF)迹线变得非常有挑战性。出于这一原因，非常有益的是，LNA具有单端输入以降低接收器所需要的RFIC封装引脚的数目。另外，这简化了FEM与RFIC之间的PCB路由，并且还降低了对应路由所需要的PCB面积和足迹。另一方面，由于电气性能原因，非常有益的是，实现下变频混频器，其在接收器下游在LNA之后作为双平衡电路，因此LNA需要具有差分输出。因此，需要单端到差分LNA。单端到差分放大器可以使用单端放大器来实现，单端放大器即具有单端输入和输出的放大器，其之后是无源或有源巴伦电路，巴伦电路将放大器的单端输出信号转换为差分信号。不幸的是，单端放大器对差地建模的接地和电源寄生效应非常敏感，电源寄生效应诸如是寄生电感，其可以降低放大器增益、输入匹配、噪声图(NF)等，并且在一些极端情况下可能引起电路振荡。由于单端放大器设计需要对接地和电源寄生效应的非常准确的建模，因此由于更长的设计周期而存在对上市时间的惩罚的风险。另外，在包含RFIC的产品中，客户或另一子承包商可以设计PCB，因此，可以有益的是，使用对PCB寄生效应(例如电源和接地电感)不敏感的LNA。最后，不可避免的接地和电源寄生回路也可以充当不期望的虚假信号的磁性耦合的牺牲回路。通常，无源巴伦电路被实现为感应变压器。然而，在放大器输出处使用的无源巴伦电路或变压器电路通常比对应的差分电感器具有更低的品质因子，这导致功耗惩罚。另外，有源巴伦电路通过引入噪声和非线性而降低了接收器的性能，同时也增加了接收器的功耗。通过采用巴伦电路来实现单端到差分放大器也是可能的，该巴伦电路之后是差分放大器，即具有平衡的或差分的输入和输出的放大器。巴伦电路将单端输入信号转换为差分放大器的差分信号。传统的巴伦电路可以被实现为芯片上或芯片外感应变压器。然而，由于巴伦电路的损耗关于接收器NF非常关键，所以巴伦电路通常实现为具有高品质因子(Q因子)和低损耗的芯片外部件。不幸的是，由于每个RFIC接收器输入需要其自己的巴伦电路并且外部巴伦电路几乎与预选择滤波器一样昂贵，所以解决方案由于高成本而不太吸引人，并且消耗大的PCB面积。US 6366171公开了单端到差分LNA，其可以集成在硅上，但是在该技术中，需要补偿电路以改善差分信号相位不平衡。另外，生成差分输出信号所需要的辅助支路生成大量噪声和非线性。在US 7646250和CHOI,J.等人的A Low Noise and Low Power RF Front-End for 5.8-GHz DSRC Receiver in 0.13um CMOS,Journal of Semiconductor Technology and Science,Vol.11,No.1,March,2011中公开了具有类型拓扑的单端到差分信号转换器，该拓扑能够响应于单端输入电压而提供良好平衡的输出电流。图1中示出了如下拓扑，其中单端到差分转换器包括第一晶体管M1和第二晶体管M2，每个晶体管被配置为共源放大器。另外，电容性交叉耦合的晶体管对M3和M4耦合至第一和第二晶体管M1和M2的输出。ZL是在转换器的输出处耦合的LC谐振器电路。不幸的是，由于这一电路具有电容性或虚输入阻抗，所以其输入阻抗不能匹配真阻抗，诸如50Ω，甚至是在芯片外匹配网络的情况下。因此，图1所示的单端到差分转换器在图2所示并且在以下描述的无线接收器中不能用作LNA，在图2中LNA输入阻抗需要匹配在LNA前面的带通滤波器的特征阻抗，该特征阻抗通常为50Ω。在图2所示的无线接收器中，需要RF滤波器或带通滤波器以执行所接收的RF频带的预选择。在没有RF滤波器的情况下，接收器的线性要求是压倒性的并且是不实际的。另一方面，如果RF滤波器的终端阻抗明显不同于规定的特征阻抗，则会在RF滤波器的通带中引起大的波纹(ripple)和损耗并且使RF滤波器的过渡频带恶化。这样的大的损耗需要避免，因为它们例如可能导致接收器NF和灵敏度的惩罚。因此，非常重要的是，LNA针对RF滤波器呈现足够准确的终端阻抗。
技术实现思路
因此，本文中的实施例的第一目的是提供具有改进的性能的单端到差分放大器。根据本文中的实施例的第一方面，该目的通过用于将单端输入信号转换为差分输出信号的放大器来实现。根据本文中的实施例的放大器包括第一晶体管，第一晶体管以共源极或共发射极模式配置以接收单端输入信号并且生成差分输出信号的第一部分。放大器还包括第二晶体管，第二晶体管以共源极或共发射极模式配置以生成差分输出信号的第二部分。放大器还包括第三晶体管和第四晶体管，第三晶体管和第四晶体管交叉耦合并且按照以下方式连接至第一和第二晶体管：第一晶体管的漏极或集电极经由第一电容器耦合至第四晶体管的栅极或基极；第二晶体管的漏极或集电极经由第二电容器耦合至第三晶体管的栅极或基极；以及第一晶体管的漏极或集电极连接至第三晶体管的源极或发射极，第二晶体管的漏极或集电极连接至第四晶体管的源极或发射极。另外，第一晶体管的漏极或集电极直接地或者经由第三电容器耦合至第二晶体管的栅极或基极。放大器还包括退化电感，使得第一晶体管的源极或发射极连接至第一电感器并且第二晶体管的源极或发射极连接至第二电感器本文中的实施例的第二目的是提供具有改进的性能的多频带接收器。根据本文中的实施例的一方面，该目的通过在多个频带操作的接收器来实现。该接收器包括被配置成接收单端输入信号并且生成单端输出信号的一个或多个射频滤波器。接收器还包括一个或多个根据本文中的实施例的被配置成将单端输入信号转换为差分输出信号的放大器，该单端输入信号是从射频滤波器生成的单端输出信号。另外，一个或多个放大器的输入阻抗被配置成分别匹配一个或多个射频滤波器在操作频率处的输出阻抗。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于将单端输入信号转换为差分输出信号的放大器(300)，所述放大器(300)包括：第一晶体管(301)，以共源极或共发射极模式被配置，以接收所述单端输入信号并且生成所述差分输出信号的第一部分；第二晶体管(302)，以共源极或共发射极模式被配置，以生成所述差分输出信号的第二部分；第三晶体管(303)和第四晶体管(304)，并且其中所述第三晶体管(303)和所述第四晶体管(304)交叉耦合并且连接至所述第一晶体管和所述第二晶体管(301，302)以使得：所述第一晶体管(301)的漏极或集电极经由第一电容器(311)耦合至所述第四晶体管(304)的栅极或基极；所述第二晶体管(302)的漏极或集电极经由第二电容器(312)耦合至所述第三晶体管(303)的栅极或基极；以及所述第一晶体管(301)的所述漏极或集电极连接至所述第三晶体管(303)的源极或发射极，所述第二晶体管(302)的所述漏极或集电极连接至所述第四晶体管(304)的源极或发射极；并且进一步地所述第一晶体管(301)的所述漏极或集电极直接地或者经由第三电容器(313)耦合至所述第二晶体管(302)的栅极或基极；所述第一晶体管(301)的源极或发射极连接至第一电感器(321)并且所述第二晶体管(302)的源极或发射极连接至第二电感器(322)。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.28 EP 14157220.61.一种用于将单端输入信号转换为差分输出信号的放大器(300)，所述放大器(300)包括：第一晶体管(301)，以共源极或共发射极模式被配置，以接收所述单端输入信号并且生成所述差分输出信号的第一部分；第二晶体管(302)，以共源极或共发射极模式被配置，以生成所述差分输出信号的第二部分；第三晶体管(303)和第四晶体管(304)，并且其中所述第三晶体管(303)和所述第四晶体管(304)交叉耦合并且连接至所述第一晶体管和所述第二晶体管(301，302)以使得：所述第一晶体管(301)的漏极或集电极经由第一电容器(311)耦合至所述第四晶体管(304)的栅极或基极；所述第二晶体管(302)的漏极或集电极经由第二电容器(312)耦合至所述第三晶体管(303)的栅极或基极；以及所述第一晶体管(301)的所述漏极或集电极连接至所述第三晶体管(303)的源极或发射极，所述第二晶体管(302)的所述漏极或集电极连接至所述第四晶体管(304)的源极或发射极；并且进一步地所述第一晶体管(301)的所述漏极或集电极直接地或者经由第三电容器(313)耦合至所述第二晶体管(302)的栅极或基极；所述第一晶体管(301)的源极或发射极连接至第一电感器(321)并且所述第二晶体管(302)的源极或发射极连接至第二电感器(322)。2.根据权利要求1所述的放大器(300)，其中所述放大器(300)还包括匹配电路(330)，并且其中所述第一晶体管(301)的栅极或基极通过所述匹配电路(330)耦合至所述单端输入信号。3....
【专利技术属性】
技术研发人员：P·希沃南，J·贾西拉，S·维尔奥南，
申请(专利权)人：瑞典爱立信有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE
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