级联放大器的导通时间加速制造技术

提出了用于减少级联放大器的导通时间的各种方法和电路布置。根据一个方面，在放大器的操作的非活动模式期间，耦接至放大器的级联晶体管的可配置开关布置将级联晶体管的栅极短接至参考地。在放大器的操作的活动模式期间，可配置开关布置将被预充电至高于到级联晶体管的栅极偏置电压的电压的栅极电容器耦接至级联晶体管的栅极，这确保了级联晶体管比传统帽接地的方法导通得快得多，因此通过不限制输入晶体管的导通时间而在较短时间内提供流过级联放大器的最终电流。栅极偏置电压经由电阻器耦接至栅极电容器。还提供了预充电电压与级联放大器的晶体管的最小饱和电压和阈值电压之间的关系。压之间的关系。压之间的关系。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】级联放大器的导通时间加速
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年11月22日提交的美国非临时申请第16/692,750号的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。本申请还可以与2018年7月31日公布的题为“Optimized Multi Gain LNA Enabling Low Current and High Linearity Including Highly Linear Active Bypass”的美国专利第10,038,418 B1号有关，其全部公开内容通过引用并入本文中。

技术介绍

[0003]本申请涉及放大器。特别地，本申请涉及级联放大器(cascode amplifier)的导通时间。
[0004]
技术介绍

[0005]近年来，在射频(RF)应用中，例如，诸如，作为RF前端通信系统的发射器部分中的功率放大器(PA)，或者作为RF前端通信系统的接收器部分中的低噪声放大器(LNA)，在放大器的放大级中使用被布置为堆叠的多个晶体管(堆叠晶体管)的堆叠级联放大器已经占主导地位。由于堆叠中的晶体管的数目较多，因此放大器的电压处理性能提高，从而允许较高的功率和较高的电压输出。由于堆叠晶体管包括能够容许显著低于放大器的输出电压的电压的单独的低电压晶体管，因此对堆叠的低电压晶体管进行偏置以将操作保持在其可容许的电压范围内是重要的。在放大器可以根据不同的操作模式、例如、诸如活动(active)(放大、导通、激活(activated))模式和非活动(inactive)(无放大、关断、去激活(activated))模式、进行操作的情况下，必须在操作模式中的每一个期间保持堆叠的低电压晶体管的这种电压符合。
[0006]图1A示出了堆叠级联放大器(100)的现有技术配置，该堆叠级联放大器(100)包括用于接收输入RF信号RF
IN
的输入晶体管M1，该输入晶体管M1与用于对输入RF信号的放大版本RF
OUT
进行输出的级联输出晶体管M2串联连接。旁路电容器(C
B1
、C
OUT
)可以用于将提供给晶体管的堆叠(晶体管堆叠)的低频(例如DC)偏置电压与RF
IN
和RF
OUT
信号解耦。应当注意，如本领域技术人员可以很好理解的，根据所选择的相应电容值，电容器(C
B1
、C
OUT
)也可以是与堆叠级联放大器(100)的输入和输出耦接的相应匹配网络的一部分。电源电压V
DD
通过电感器L
D
耦接至输出晶体管M2的漏极，并且参考地V
GND
(例如，GND或AC地)通过可选电感器L
G
(例如，退化电感器)耦接至输入晶体管M1的源极。应当注意，尽管放大器(100)被示出具有两个堆叠晶体管，但是也可以有更多数目的堆叠晶体管，其中，堆叠晶体管的数目n可以是大于或等于2的任何整数，并且可以是供给电压V
DD
的电平与晶体管(M1、M2、
…
、Mn)的可容许电压(例如，处理电压)范围的函数。
[0007]在图1A的现有技术放大器(100)中，晶体管M1和晶体管M2的偏置可以通过经由例如相应串联电阻器R
B1
和R
B2
耦接至晶体管的栅极的相应偏置电压Vbias1和Vbias2来提供。如图1A所示，耦接在串联电阻器R
B2
与级联晶体管M2的栅极之间的可配置开关布置(110)还可以控制级联晶体管M2的栅极处的有效电压，以根据不同的操作模式操作放大器(100)，不
同的操作模式包括：活动模式，在该模式中，经由流过放大器(100)(即，在耦接至M2的供给电压V
DD
与耦接至M1的参考地V
GND
之间)的电流来放大输入RF信号RF
IN
；以及非活动(例如，待机、空闲)模式，在该模式中，没有电流流过放大器(100)，并且因此不发生输入RF信号RF
IN
的放大。
[0008]如图1A所示，在活动模式下的操作期间，可以闭合可配置开关布置(110)的串联连接的开关SW21以将偏置电压Vbias2耦接至级联晶体管M2的栅极，而可以断开可配置开关布置(110)的分流开关(shunting switch)SW22以不对级联晶体管M2的栅极进行分流(即，短接至V
GND
)。因此，在活动模式下的操作期间，开关布置(110)基于由偏置电压Vbias2提供的电压有效地控制晶体管M2的栅极处的栅极电压V
G_M2
。另一方面，在图1B所示的非活动模式下的操作期间，可以断开可配置开关布置(110)的串联连接的开关SW21以将偏置电压Vbias2与级联晶体管M2的栅极解耦，而可以闭合可配置开关布置(110)的分流开关SW22以对级联晶体管M2的栅极进行分流或者短接至V
GND
。因此，在非活动模式下的操作期间，开关装置(110)通过将晶体管M2的栅极短接至V
GND
来将这样的栅极处的栅极电压V
G_M2
有效地控制为等于参考地V
GND
。
[0009]进一步参照图1A中所示的现有技术配置，在活动模式下的操作期间，耦接至级联晶体管M2的栅极的分流栅极电容器C
B2
被配置成在放大器(100)的操作频率(例如，RF信号的频率)下短接M2的栅极，以提供级联晶体管M2的共栅配置。另一方面，在放大器(100)的操作频率下，输入晶体管M1的源极直接(无可选电感器L
G
)或通过可选电感器L
G
耦接至参考地，以提供输入晶体管的共源配置。一般地，本公开内容中描述的堆叠级联放大器包括共源输入晶体管和一个或更多个共栅级联晶体管。
[0010]本领域技术人员将理解，因为级联晶体管M2的栅极在非活动模式下的操作期间被短接(例如，至GND)，所以级联晶体管M2截止并且没有电流流过这样的晶体管。因此，接下来，在紧接将操作模式从非活动模式(例如，图1B)切换至活动模式(例如，图1A)之后的时间处，级联晶体管M2保持截止，并且没有电流可以流过这样的晶体管，直到晶体管M2的栅极电压V
G_M2
达到对于晶体管M2的导通足够高的电平。然而，达到对于晶体管M2的导通的这样的足够高的电平的时间可以是基于栅极电容器C
B2
的电容(即尺寸、值)的充电时间常数的函数。应当注意，输入晶体管M1具有其自身的启动时间，并且可以具有用于实现快速启动时间的电路增强，该快速启动时间快于级联晶体管M2的启动时间。因此，本公开内容主要关注级联晶体管M2的启动时间。级联晶体管M2的导电(导通状态)的开始相对于输入晶体管M1的导电开始之间的对应延迟可能导致在放大器(100)能够根据预期性能操作之前的不期望的附加时延量。在某些情况下，这样的附加时延可能使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种射频(RF)放大器电路，包括：a)晶体管堆叠，其包括共源输入晶体管以及包括输出晶体管的一个或更多个共栅级联晶体管，所述晶体管堆叠耦接在电源电压与参考地之间，b)可配置开关布置，其耦接至所述一个或更多个共栅级联晶体管中的级联晶体管的栅极，所述可配置开关布置包括：b1)分流开关，其被配置成选择性地将所述级联晶体管的栅极耦接至所述参考地；b2)预充电开关，其被配置成选择性地将栅极电容器的第一端子耦接至预充电电压；以及b3)串联连接的开关，其被配置成选择性地将所述栅极电容器的第一端子耦接至所述级联晶体管的栅极，以及c)串联连接的电阻器，其在所述电阻器的第一端子处耦接至所述电容器的第一端子，并且所述串联连接的电阻器被配置成在所述电阻器的第二端子处耦接至用于所述级联晶体管的偏置电压，其中，所述RF放大器电路被配置成根据至少活动模式和非活动模式进行操作，所述活动模式用于经由流过所述晶体管堆叠的最终电流对提供给所述输入晶体管的输入RF信号进行放大，并且在所述非活动模式中，没有电流流过所述晶体管堆叠，其中，在所述非活动模式的至少部分中的操作期间，所述分流开关闭合、所述预充电开关闭合并且所述串联连接的开关断开，其中，在所述活动模式的至少部分中的操作期间，所述分流开关断开、所述预充电开关断开并且所述串联连接的开关闭合，以及其中，所述预充电电压具有比在所述活动模式下的操作期间所述级联晶体管的偏置电压的电平高的电平。2.根据权利要求1所述的RF放大器电路，其中，在所述非活动模式的所述部分中的操作期间，所述可配置开关布置将所述级联晶体管的栅极耦接至所述参考地，并且其中，在所述活动模式的所述部分中的操作期间，所述可配置开关布置将所述级联晶体管的栅极耦接至所述栅极电容器，所述栅极电容器以所述预充电电压被预充电。3.根据权利要求1所述的RF放大器电路，其中，所述一个或更多个共栅级联晶体管由所述输出晶体管组成，并且其中，所述预充电电压大于以下各项之和：i)所述输出晶体管的阈值电压，以及ii)所述输入晶体管的、用于使所述输入晶体管在其饱和区域中操作的漏极至源极电压的最小电压值。4.根据权利要求1所述的RF放大器电路，其中，所述一个或更多个共栅级联晶体管由根据以下序列布置的多个、n个串联连接的晶体管组成：从耦接至所述输入晶体管的第一个级联晶体管到作为所述输出晶体管的第n个级联晶体管的序列，并且其中，对于作为所述序列中的第k个级联晶体管的所述级联晶体管，所述预充电电压大于以下各项之和：
a)所述第k个级联晶体管的阈值电压，b)(k
‑
1)个电压之和，所述(k
‑
1)个电压中的各个电压是所述序列中的布置在所述输入晶体管与所述第k个级联晶体管之间的相应级联晶体管的漏极至源极电压的最小电压值，以及c)所述输入晶体管的、用于使所述输入晶体管在其饱和区域中操作的漏极至源极电压的最小电压值。5.根据权利要求4所述的RF放大器电路，其中，所述RF放大器电路包括附加的(n
‑
1)个可配置开关布置，并且其中，每个可配置开关布置耦接至所述多个、n个串联连接的晶体管中的相应的第k个级联晶体管，k从值1跨越至值n。6.根据权利要求1所述的RF放大器电路，其中：所述分流开关、所述预充电开关和所述串联连接的开关中的每一个是以下之一：a)机电开关，b)MEMS开关，以及c)晶体管开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃姆雷，
申请(专利权)人：派赛公司，
类型：发明
国别省市：