【技术实现步骤摘要】
本公开涉及射频(radio frequency，rf)放大器，尤其涉及在工艺电压温度(process、voltage、temperature，pvt)变化下提供有精确偏压及充裕伸展空间(healthyheadroom)的射频放大器及其方法。
技术介绍
1、射频放大器从输入网络接收输出信号，并输出一输出信号至负载网络。在一示范性地工艺中，射频放大器是利用互补式金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor，cmos)工艺技术制造于硅基板。射频放大器的相关规格包含增益、反向隔离、频率响应、回波损耗、噪声指数、线性度及功耗。为了提供足够的增益，射频放大器需要具有增益元件，其通常配置为共源放大器结构，且增益元件一般与叠接元件层叠(stackup)，以提升频率响应及反相隔离。增益及线性度在较大程度上取决于增益元件及叠接元件(若适用的情形下)的偏压条件。回波损耗及噪声指数通常取决于阻抗匹配及偏压条件。在功耗及噪声指数之间具有一个取舍(tradeoff)。在任何情形中，偏压条件是一关键因数，会影响大部分(即使并非所有的情形下)的规格的相关性能。利用cmos工艺技术所制造的电路的性能在pvt变化下具有较大的变化，此主要是由偏压条件的变化所造成。共源放大器结构的现有技术的射频放大器利用配置为二极管连接(diode-connect)结构的第一n型金属氧化物半导体场效晶体管(n-channel metal oxide semiconductor field effecttransistor，nmosfe
2、此外，第二偏电压是通过对第一偏电压施加偏移(offset)而得，且第二偏电压用于决定由层叠于第二nmosfet之上的第三nmosfet实现的叠接元件的栅电压。在此有几点问题需要解决。第一点，电流镜的精准度会因第二nmosfet的通道长度调制(channel lengthmodulation)而下降。为了实现较高的频宽，第二nmosfet通常需要具有较短的通道长度，此将造成明显的通道长度调制，从而使增益元件的偏电流不精准。第二点，第二nmosfet及第三nmosfet皆需要在pvt变化下维持充足的伸展空间，以确保良好的线性度。由于层叠结构致使前述条件通常较难实现，尤其是在低电源应用中可用的伸展空间是非常有限的，且第二nmosfet及第三nmosfet中的其中一者在大输入信号的情形下较容易损坏。
3、本领域技术人员所期望的是一种偏压方案的射频放大器，其可以具有精准的偏电流且可以在pvt变化下维持充裕的伸展空间使用。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的是在pvt变化下建立用于射频放大器的精准偏电流。
2、本专利技术的第二目的是在pvt变化下建立用于射频放大器的强健(robust)的偏压条件从而可以维持充裕的伸展空间。
3、在一实施例中，射频放大器包含：一叠接放大器，包含输入元件及叠接元件的层叠，输入元件包含由第一偏电压偏置的第一nmosfet，叠接元件包含由第二偏电压偏置的第二nmosfet；一负载网络，包含负载电感，用以将电源节点耦接至第二nmosfet的漏极；及一偏压产生网络，用以根据参考电流及参考电压，产生第一偏电压及第二偏电压，偏压产生网络包含第三nmosfet、第四nmosfet、第五nmosfet、第一运算放大器及第二运算放大器。其中，参考电流输入至第三nmosfet的漏极；第一运算放大器根据第三nmosfet的漏极与第四nmosfet的漏极之间或是第三nmosfet的漏极与参考电压之间的电压差异，输出第一偏电压以控制第三nmosfet的栅极及第四nmosfet的栅极；第二nmosfet层叠于第一nmosfet之上，且第五nmosfet以相同方式层叠于第四nmosfet之上；第二运算放大器根据参考电压与第四nmosfet的漏极之间的电压差异，输出第二偏电压以控制第五nmosfet的栅极；且第五nmosfet的漏极连接电源节点。
4、在一实施例中，一种方法包含：将叠接放大器层叠于第一nmosfet之上，叠接放大器包含第二nmosfet；将第五nmosfet以与第二nmosfet层叠于第一nmosfet之上的相同方式层叠于第四nmosfet之上；输入参考电流至第三nmosfet的漏极；利用第一偏电压控制第三nmosfet的栅极及第四nmosfet的栅极，将第三nmosfet及第四nmosfet配置为电流镜；利用第一运算放大器根据第三nmosfet的漏极与第四nmosfet的漏极之间或是第三nmosfet的漏极与参考电压之间的电压差异，建立第一偏电压；根据参考电压与第四nmosfet的漏极之间的电压差异，建立第二偏电压以控制第五nmosfet的栅极；利用第一偏电压控制第一nmosfet的栅极；利用第二偏电压控制第二nmosfet的栅极；连接第五nmosfet的漏极至电源节点；及通过负载电感，连接第二nmosfet的漏极至电源节点。
5、在一实施例中，一种方法包含：将第一nmosfet作为共源放大器；将第二nmosfet作为层叠于第一nmosfet之上的叠接元件，其中第二nmosfet的源极连接第一nmosfet的漏极，且第二nmosfet的漏极通过负载电感连接电源节点；输入参考电流至第三nmosfet的漏极；利用第一运算放大器根据第三nmosfet的漏极与第四nmosfet的漏极之间或是第三nmosfet的漏极与参考电压之间的电压差异，产生第一偏电压以控制第一nmosfet的栅极、第三nmosfet的栅极及第四nmosfet的栅极；将第五nmosfet层叠于第四nmosfet之上，其中第五nmosfet的源极连接第四nmosfet的漏极，且第五nmosfet的漏极连接电源节点；及利用第二运算放大器根据参考电压与第四nmosfet的漏极之间的电压差异，产生第二偏电压以控制第二nmosfet的栅极及第五nmosfet的栅极。
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1.一种射频放大器，包含：
2.如权利要求1所述的射频放大器，其中该偏压产生网络还包含一补偿电容，耦接该第三N型金属氧化物半导体场效晶体管的栅极，以稳定该第一运算放大器。
3.如权利要求1所述的射频放大器，其中该第四N型金属氧化物半导体场效晶体管的宽长比是由该第三N型金属氧化物半导体场效晶体管的宽长比根据一第一缩放系数缩放而得。
4.如权利要求3所述的射频放大器，其中该第一N型金属氧化物半导体场效晶体管的宽长比是由该第四N型金属氧化物半导体场效晶体管的宽长比根据一第二缩放系数缩放而得，且该第二N型金属氧化物半导体场效晶体管的宽长比是由该第五N型金属氧化物半导体场效晶体管的宽长比根据该第二缩放系数缩放而得。
5.如权利要求1所述的射频放大器，还包含一交流耦合网络，该交流耦合网络包含一电容及一电阻，该电容用以将一第一节点耦接至一第二节点，该电阻用以将该第一偏电压耦接至该第二节点，该第二节点连接该第一N型金属氧化物半导体场效晶体管的栅极。
6.如权利要求1所述的射频放大器，还包含一负载电容，该负载电容并联连接该负载电感。>
7.一种射频放大器的运行方法，包含：
8.如权利要求7所述的射频放大器的运行方法，还包含：将一补偿电容耦接该第三N型金属氧化物半导体场效晶体管的栅极以稳定该第一运算放大器。
9.如权利要求7所述的射频放大器的运行方法，其中该第四N型金属氧化物半导体场效晶体管的宽长比是由该第三N型金属氧化物半导体场效晶体管的宽长比根据一第一缩放系数缩放而得。
10.一种射频放大器的运行方法，包含：
...【技术特征摘要】
1.一种射频放大器，包含：
2.如权利要求1所述的射频放大器，其中该偏压产生网络还包含一补偿电容，耦接该第三n型金属氧化物半导体场效晶体管的栅极，以稳定该第一运算放大器。
3.如权利要求1所述的射频放大器，其中该第四n型金属氧化物半导体场效晶体管的宽长比是由该第三n型金属氧化物半导体场效晶体管的宽长比根据一第一缩放系数缩放而得。
4.如权利要求3所述的射频放大器，其中该第一n型金属氧化物半导体场效晶体管的宽长比是由该第四n型金属氧化物半导体场效晶体管的宽长比根据一第二缩放系数缩放而得，且该第二n型金属氧化物半导体场效晶体管的宽长比是由该第五n型金属氧化物半导体场效晶体管的宽长比根据该第二缩放系数缩放而得。
5.如权利要求1所述的射频放大器，还包含一交流耦...
【专利技术属性】
技术研发人员：艾哈迈德·寇尔德，林嘉亮，
申请(专利权)人：瑞昱半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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