具有可变中和的差分放大器制造技术

所公开的示例包括差分放大器电路(100)和用于在放大器输入节点(101)与放大器输出节点(111)之间提供可调中和阻抗的可变中和电路(120)，该可变中和电路(120)包括具有串联在放大器输入端和输出端之间的第一阻抗元件(C1)和第二阻抗元件(C2)并具有第三阻抗元件(C3)的中和阻抗T电路，该第三阻抗元件包括连接到第一阻抗元件与第二阻抗元件之间的节点的第一端子以及连接到晶体管(MN3)的第二端子(125)。该晶体管根据控制信号(VC‑1)进行操作以控制放大器输入节点(101)与放大器输出节点(111)之间的中和阻抗。

【技术实现步骤摘要】
具有可变中和的差分放大器相关申请的参考根据35U.S.C.§100，本申请要求于2017年3月20日提交的标题为“Atunablegaincommonsourcedifferentialamplifierwithvariableneutralization”的美国临时专利申请号62/473,639的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术介绍
差分放大器被用于各种应用中，包括放大接收信号、在芯片上分配本地时钟以及在毫米波雷达系统中传输信号。中和/中性化(neutralization)有时被用于通过在输入端子和输出端子之间提供正反馈来增强差分放大器晶体管的增益。电容器中和涉及在放大器输出端和放大器输入端之间连接中和电容器以中和放大器晶体管的栅极至漏极电容。这种连接以交叉耦合的方式实现，其中正漏极端子连接到负栅极端子，反之亦然。许多毫米波共源极差分放大器设计使用中和来增加晶体管的工作功率增益并改善反向隔离。然而，制造工艺的变化导致工艺扩展，并且中和电容器或晶体管的电容可能变化很大。使用工艺可变的中和电容器的放大器设计面临整个工艺中的增益和稳定性挑战。为了确保在一个工艺极端情况下的稳定性，放大器增益必须在其它极端情况下被牺牲。可以调整或调谐放大器增益性能以对抗工艺增益和稳定性变化。例如，放大器晶体管的栅极偏压可以变化。然而，由于该技术不抵消由于重叠电容引起的增益减小，因此不能总是使用栅极偏置调整来恢复全部增益扩展。而且，改变器件的偏置也会显著影响其他RF参数，例如器件的噪声系数和线性度。另一种方法使用变容二极管代替固定金属互连中和电容器。然而，与金属电容器相比，变容二极管在毫米波频率下具有较低的品质因数(Q)，并且这会降低放大器增益。另一种方法是在放大器晶体管上使用分流开关，以降低开关接通时的增益。该方法不会改变放大器级的固有增益，并且在设计匹配网络时必须考虑由开关引起的有限阻抗偏移。因此，需要改进以提供稳健的放大器增益和工艺变化时的稳定性能。
技术实现思路
所公开的示例包括差分放大器电路和可变中和电路，以在放大器输入节点和放大器输出节点之间提供可调中和阻抗。可变中和电路包括具有串联在放大器输入端和输出端之间的第一阻抗元件和第二阻抗元件的T电路。第三阻抗元件包括与第一阻抗元件和第二阻抗元件之间的节点耦合的第一端子以及连接到地的第二端子。在某些示例中，第三阻抗元件是诸如可变电容器之类的电容器，该可变电容器形成为与充当开关的晶体管串联的变容二极管或固定金属互连电容器。控制信号改变T路径中的阻抗元件的阻抗，从而改变放大器输入节点和放大器输出节点之间的中和阻抗。在某些示例中，差分放大器包括具有第一和第二n沟道场效应晶体管的共源极差分对电路。在某些示例中，第三阻抗元件是MOS电容器。控制电路提供控制信号来操作晶体管。在某些示例中，控制电路提供双态控制，以便关断晶体管以提供用于高增益操作的第一中和阻抗值，或者将晶体管至少部分地导通以降低中和阻抗和差分放大器增益。在某些实施方式中，控制电路包括在制造期间可配置的熔丝电路，以允许增益调整来补偿工艺变化。在某些示例中，熔丝电路或数模转换器电路(DAC)提供允许对中和阻抗和放大器增益进行多位控制的控制电路。在其他示例中，传感器根据差分放大器电路的电路温度或其他环境条件提供输出信号，以直接或间接地设置控制信号的电平，从而在电路工作期间调适中和阻抗和放大器增益。附图说明图1是具有可变中和电路的差分放大器的示意图，该可变中和电路具有电容性T电路和晶体管开关，以在放大器输入端和输出端之间提供可调中和电容。图2是具有另一示例性可变中和电路的差分放大器的示意图。图3是具有又一示例性可变中和电路的差分放大器的示意图。图4是具有MOS电容器的示例中和电路的示意图。图5是示出作为晶体管开关栅极控制电压的函数的中和电容的曲线图。图6是示出作为晶体管开关栅极控制电压的函数的中和电容器质量或Q因数的曲线图。图7是示出作为中和电路晶体管开关栅极控制电压的函数的差分放大器最大增益的温度依赖性的曲线图。图8是示出包括具有可变中和电路的最终第三级的示例3级差分放大器电路的示意图。图9是示出针对图8的三级电路中的不同温度下的各种中和示例的作为频率的函数的差分放大器增益的曲线图。图10是示出针对标称制造工艺的作为中和电容的函数的增益的曲线图。图11是示出针对标称制造工艺的作为中和电容的函数的稳定性因数Mu1和Mu1’的曲线图。图12是示出针对强制造工艺的作为中和电容的函数的增益的曲线图。图13是示出针对强制造工艺的作为中和电容的函数的稳定性因数Mu1和Mu1’的曲线图。图14是示出针对弱制造工艺的作为中和电容的函数的增益的曲线图。图15是示出弱制造过程的作为中和电容的函数的稳定因数Mu1和Mu1’的曲线图。图16是示出具有熔丝电路以向中和电路提供晶体管栅极控制信号的示例控制电路的示意图。图17是示出包括熔丝电路和数模转换器电路以提供中和晶体管栅极控制信号的另一示例控制电路的示意图。图18是示出包括向模数转换器提供模拟信号的热电偶温度传感器的另一示例控制电路的示意图，该模数转换器生成数字信号来控制数模转换器电路提供中和晶体管栅极控制信号。具体实施方式在附图中，相似的参考数字始终指代相似的元件，并且各种特征不一定按比例绘制。在下面的讨论和权利要求中，术语“包含(including)”、“包含(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“带有(with)”或其变体旨在被以与术语“包括(comprising)”类似的方式兼容包纳，因此应该被解释为意指“包括但不限于......”。而且，术语“耦合(couple)”或“耦合(couples)”旨在包括间接或直接的电气或机械连接或其组合。例如，如果第一器件耦合到第二器件或与第二器件耦合，则该连接可以是通过直接电连接，或者是通过经由一个或多个中间器件和连接的间接电连接。图1示出了具有可变中和电路120的差分放大器电路100，该可变中和电路120提供在放大器输入端和输出端之间的可调中和阻抗。图1的示例包括用于提供可变中和电容的电容器元件，并且在下文中相对于中和电容器电路来描述图示的示例。在其它实施方式中，提供包括电感器、电阻器或其他形式的阻抗元件或其组合的可变中和电路，该中和电路在放大器输入端与输出端之间提供可调整的中和阻抗。差分放大器电路100可用于各种应用，包括雷达系统中的低噪声放大器、发射链中的驱动器放大器等。电路100包括具有晶体管MN1和MN2的差分对电路104，其中晶体管MN1和MN2被配置为共源极拓扑结构以放大差分输入信号VI并将差分输出信号VO传送到差分输出端。差分输入端包括连接到第一晶体管MN1的栅极控制端子的第一输入节点101，该第一输入节点101具有标记为VI+的电压。第二输入节点102连接到第二晶体管MN2的栅极控制端子并且具有标记为VI-的电压。差分输出端包括具有电压VO+的第一输出节点111和具有电压VO-的第二输出节点112。在一个示例中，差分对电路104包括n沟道场效应晶体管MN1和MN2，但是在其他示例中可以使用双极晶体管。在其他示例中，可以使用p沟道场效应晶体管。另外，所示出的示例是MN1和MN2的源极端子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种差分放大器电路，其包括：差分输入端，其包括第一输入节点和第二输入节点；差分输出端，其包括第一输出节点和第二输出节点；差分对电路，其包括第一晶体管和第二晶体管，用于放大来自所述差分输入端的差分输入信号，以将所述差分输出信号传送到所述差分输出端；第一中和电路，其包括：第一阻抗元件，其连接在所述第一输入节点和第一内部节点之间；第二阻抗元件，其连接在所述第一内部节点和所述第一输出节点之间；以及第三阻抗元件，其与在所述第一内部节点和参考节点之间的第三晶体管串联耦合；第二中和电路，其包括：第四阻抗元件，其连接在所述第二输入节点和第二内部节点之间；第五阻抗元件，其连接在所述第二内部节点和所述第二输出节点之间；第六阻抗元件，其与在所述第二内部节点和所述参考节点之间的第四晶体管串联耦合；以及控制电路，其被耦合以便向所述第三晶体管的控制端子提供第一控制信号，以控制所述第一输入节点与所述第一输出节点之间的第一中和阻抗，所述控制电路被耦合以便向所述第四晶体管的控制端子提供第二控制信号，以控制所述第二输入节点与所述第二输出节点之间的第二中和阻抗。

【技术特征摘要】
2017.03.20 US 62/473,639;2017.09.14 US 15/704,3141.一种差分放大器电路，其包括：差分输入端，其包括第一输入节点和第二输入节点；差分输出端，其包括第一输出节点和第二输出节点；差分对电路，其包括第一晶体管和第二晶体管，用于放大来自所述差分输入端的差分输入信号，以将所述差分输出信号传送到所述差分输出端；第一中和电路，其包括：第一阻抗元件，其连接在所述第一输入节点和第一内部节点之间；第二阻抗元件，其连接在所述第一内部节点和所述第一输出节点之间；以及第三阻抗元件，其与在所述第一内部节点和参考节点之间的第三晶体管串联耦合；第二中和电路，其包括：第四阻抗元件，其连接在所述第二输入节点和第二内部节点之间；第五阻抗元件，其连接在所述第二内部节点和所述第二输出节点之间；第六阻抗元件，其与在所述第二内部节点和所述参考节点之间的第四晶体管串联耦合；以及控制电路，其被耦合以便向所述第三晶体管的控制端子提供第一控制信号，以控制所述第一输入节点与所述第一输出节点之间的第一中和阻抗，所述控制电路被耦合以便向所述第四晶体管的控制端子提供第二控制信号，以控制所述第二输入节点与所述第二输出节点之间的第二中和阻抗。2.根据权利要求1所述的差分放大器电路，其中所述差分对电路包括：第一n沟道场效应晶体管，其包括连接到所述第一输入节点的第一栅极、连接到所述第二输出节点的第一漏极以及连接到公共源极节点的第一源极；以及第二n沟道场效应晶体管，其包括连接到所述第二输入节点的第二栅极、连接到所述第一输出节点的第二漏极以及连接到所述公共源极节点的第二源极。3.根据权利要求2所述的差分放大器电路，其中所述第一阻抗元件、所述第二阻抗元件、所述第三阻抗元件、所述第四阻抗元件、所述第五阻抗元件和所述第六阻抗元件是电容器。4.根据权利要求3所述的差分放大器电路，其中所述第三阻抗元件和所述第六阻抗元件是MOS电容器或变容二极管。5.根据权利要求2所述的差分放大器电路，其还包括：第一偏置电路，其与所述差分对电路耦合以控制所述公共源极节点的电压；以及第二偏置电路，其与所述差分对电路耦合以控制所述第一漏极的电流并控制所述第二漏极的电流。6.根据权利要求2所述的差分放大器电路，其中所述第三晶体管是包括连接到所述控制电路以接收所述第一控制信号的第三栅极、连接到所述第三阻抗元件的第三漏极以及连接到所述参考节点的第三源极的n沟道场效应晶体管；并且其中所述第四晶体管是包括连接到所述控制电路以接收所述第二控制信号的第四栅极、连接到所述第六阻抗元件的第四漏极以及连接到所述参考节点的第四源极的n沟道场效应晶体管。7.根据权利要求1所述的差分放大器电路，其中所述控制电路包括被耦合以提供所述第一控制信号和所述第二控制信号中的一个的熔丝电路。8.根据权利要求1所述的差分放大器电路，其中所述控制电路包括：熔丝电路，其被耦合以提供多位数字信号；以及数模转换器电路，其包括根据所述多位数字信号提供所述第一控制信号和所述第二控制信号中的一个的输出端。9.根据权利要求1所述的差分放大器电路，其中所述控制电路包括：模数转换器电路，其包括用于接收模拟输入信号的输入端以及用于根据所述模拟输入信号提供多位数字信号的输出端；以及数模转换器电路，其包括根据所述多位数字信号提供所述第一控制信号和所述第二控制信号中的一个的输出端。10.根据权利要求1所述的差分放大器电路，其还包括用于感测所述差分放大器电路的环境条件的传感器，所述传感器包括提供模拟信号以直接或间接地设置所述第一控制信号和所述第二控制信号中的一个的电平的输出端。11.根据权利要求1所述的差分放大器电路，其中所述第三阻抗元件和所述第五阻抗元件是MOS电容器或变容二极管。12.根据权利要求1所述的差分放大器电路，其中所述控制电路被配置为提供处于第...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·丹杜，B·P·金斯伯格，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US