高线性互补放大器制造技术

一种互补放大器(400)包括以堆叠配置耦合到PMOS晶体管(422)的NMOS晶体管(412)。所述NM(via)。所述NMOS和PMOS晶体管(412/422)作为线性互补放大器而操作，且提供输出信号(vat)。所述NMOS和PMOS晶体管(412/422)可具有单独偏压，所述偏压可经选择以使这些晶体管(412/422)的跨导的低到高转变与高到低转变重叠。所述NMOS和PMOS晶体管的宽度和长度尺寸可经选择以使中等反转区中的所述NMOS晶体管(412)的输入电容的改变和跨导的改变与中等反转区中的所述PMOS晶体管(422)的输入电容的改变和跨导的改变匹配。所述互补放大器可在一电压范围内具有大致恒定的总输入电容和大致恒定的总跨导。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及电子元件，且更具体来说，涉及放大器。
技术介绍
放大器通常用于各种电子元件中以提供信号放大。不同类型的放大器可用于不同 用途。举例来说，例如蜂窝式电话的无线装置可包括用于双向通信的发射器和接收器。发 射器可利用功率放大器(PA)，接收器可利用低噪声放大器(LNA)，且发射器和接收器可利 用可变增益放大器(VGA)。为了减小成本并改进集成度，亚微米互补金属氧化物半导体(CMOS)制造工艺通 常用于无线装置中的射频(RF)电路和其它应用。遗憾的是，晶体管在亚微米CMOS工艺中 变为较具非线性。此外，归因于CMOS制造技术的持续改进而缩小晶体管的物理尺寸对通过 深亚微米CMOS工艺制造的放大器强加苛刻的可靠性要求。因此，在此项技术中需要具有良 好线性和可靠性的放大器。
技术实现思路
本文中描述可在亚微米CMOS工艺中制造且具有良好线性和可靠性的互补放大 器。互补放大器适用于例如现代无线通信系统的具有严格线性要求的应用中。在一个设计中，互补放大器包括以堆叠配置耦合到P沟道金属氧化物半导体 (PMOS)晶体管的N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。NMOS晶体管接收并放大输入信 号。PMOS晶体管也接收并放大输入信号。NMOS和PMOS晶体管作为线性互补放大器而操作， 且提供输出信号。NMOS和PMOS晶体管可具有单独偏压。可用第一偏压来偏置NMOS晶体管的栅极， 且可用第二偏压来偏置(例如，自偏置)PM0S晶体管的栅极。可偏置NMOS和PMOS晶体管 以使得NMOS晶体管的跨导的低到高转变与PMOS晶体管的跨导的高到低转变重叠。可选择NMOS和PMOS晶体管的区域以使中等反转区中的NMOS晶体管的输入电容 的改变与中等反转区中的PMOS晶体管的输入电容的改变匹配。可选择NMOS和PMOS晶体 管的大小(或宽度与长度比)以使中等反转区中的NMOS晶体管的跨导的改变与中等反转 区中的PMOS晶体管的跨导的改变匹配。互补放大器可因此在输入信号的一电压范围内具 有NMOS和PMOS晶体管的大致恒定的总输入电容以及大致恒定的总跨导。恒定的总输入电 容和恒定的总跨导可改进互补放大器的线性。以下进一步详细描述本专利技术的各个方面和特征。附图说明图1展示无线装置的框图。图2展示具有无源负载的放大器的示意图。图3展示MOS晶体管的模型的示意图。图4A和图4B展示两个互补放大器的示意图。图5A展示NMOS晶体管的输入电容的曲线图。图5B展示PMOS晶体管的输入电容的曲线图。图5C展示NMOS和PMOS晶体管的总输入电容的曲线图。图6A展示NMOS晶体管的跨导的曲线图。图6B展示PMOS晶体管的跨导的曲线图。图6C展示NMOS和PMOS晶体管的总跨导的曲线图。图7展示差动互补放大器的示意图。图8展示用于放大信号的过程。具体实施例方式本文中所描述的互补放大器可用于各种电子装置，例如，蜂窝式电话、个人数字助 理(PDA)、手持式装置、无线调制解调器、膝上型计算机、无绳电话、蓝牙装置、消费型电子装 置等。为了清楚起见，以下描述在可为蜂窝式电话或某一其它装置的无线装置中使用互补 放大器。图1展示无线装置100的设计的框图。在此设计中，无线装置100包括数据处理 器110、收发器120、控制器/处理器180和存储器182。收发器120包括支持双向无线通信 的发射器130和接收器150。一般来说，无线装置100可包括用于任何数目的通信系统和频 带的任何数目的发射器和任何数目的接收器。在发射路径中，数据处理器110处理待发射的数据，且将模拟输出信号提供给发 射器130。在发射器130内，模拟输出信号由放大器(Amp) 132放大，由低通滤波器134滤 波以移除由数/模转换引起的图像，由VGA 136放大，且由混频器138从基带上变频转换到 RF。经上变频转换的信号由带通滤波器140滤波以移除由上变频转换引起的图像，进一步 由功率放大器(PA) 142放大，经路由通过双工器144，且经由天线146发射。在接收路径中，天线146从基站接收下行链路信号，且提供接收到的信号，所述接 收到的信号经路由通过双工器144并呈现给接收器150。在接收器150内，接收到的信号 由LNA 152放大，由带通滤波器154滤波，且由混频器156从RF下变频转换到基带。经下 变频转换的信号由VGA 158放大，由低通滤波器160滤波，且由放大器162放大以获得模拟 输入信号，所述模拟输入信号被提供给数据处理器110。图1展示实施直接转换架构的发射器130和接收器150，所述直接转换架构在一个 级中在RF与基带之间频率转换信号。发射器130和/或接收器150还可实施超外差架构， 所述超外差架构在多个级中在RF与基带之间频率转换信号。LO产生器170产生用于上变 频转换的发射LO信号，且将所述发射LO信号提供给混频器138。LO产生器170还产生用 于下变频转换的接收LO信号，且将所述接收LO信号提供给混频器156。图1展示实例收发器设计。一般来说，可由放大器、滤波器、混频器等的一个或一 个以上级来执行发射器130和接收器150中的信号的调节。可不同于图1中所示的配置来 布置这些电路块。此外，还可使用图1中未展示的其它电路块以在发射器和接收器中调节 信号。还可省略图1中的一些电路块。可将收发器120的全部或一部分实施于一个或一个 以上模拟集成电路(IC)、RF IC(RFIC)、混频信号IC等上。控制器/处理器180可控制无线装置100的操作。存储器182可存储用于无线装 置100的程序代码和数据。可将数据处理器110、控制器/处理器180和/或存储器182实 施于一个或一个以上专用集成电路(ASIC)和/或其它IC上。如图1中所示，发射器和接收器可包括各种放大器。可通过各种设计来实施每一 放大器。每一放大器可具有与线性和/或其它参数相关的特定要求。图2展示具有无源负载的放大器200的示意图。可将放大器200用于图1中的 LNA152、PA 142和/或其它放大器。在放大器200内，NMOS晶体管212使其源极耦合到电 感器218的一个末端，且使其漏极耦合到电感器220的一个末端。电感器218的另一末端 耦合到电路接地。电感器220的另一末端耦合到电源VDD。电容器214使一个末端耦合到 NMOS晶体管212的栅极，且使另一末端接收输入信号Vin。电阻器216使一个末端耦合到 NMOS晶体管212的栅极，且使另一末端接收偏压Vbias。电容器222使一个末端耦合到NMOS 晶体管212的漏极，且使另一末端提供输出信号V。ut。NMOS晶体管212提供输入信号Vin的信号放大。可选择NMOS晶体管212的偏压 Vbias和大小以实现放大器200的所要增益和线性。电容器214提供AC耦合。电感器218 提供NMOS晶体管212的源极退化，其可改进放大器200的线性。电感器218还可提供考虑 NMOS晶体管212的栅极的阻抗匹配。如果将放大器200用于LNA，则可包括电感器218，且 对于其它类型的放大器来说，可省略电感器218。电感器220和电容器222可形成放大器 200的输出阻抗匹配电路。可选择电感器220和/或电容器222的值以在所关注的频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其包含：Ｎ沟道金属氧化物半导体（ＮＭＯＳ）晶体管，其经配置以接收并放大输入信号；以及Ｐ沟道金属氧化物半导体（ＰＭＯＳ）晶体管，其耦合到所述ＮＭＯＳ晶体管且经配置以接收并放大所述输入信号，所述ＮＭＯＳ和ＰＭＯＳ晶体管作为线性互补放大器而操作且提供输出信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2007.11.29 US 11/947,570一种设备，其包含N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，其经配置以接收并放大输入信号；以及P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，其耦合到所述NMOS晶体管且经配置以接收并放大所述输入信号，所述NMOS和PMOS晶体管作为线性互补放大器而操作且提供输出信号。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述NMOS和PMOS晶体管具有单独偏压，且其中所 述NMOS晶体管的栅极被第一偏压偏置，且所述PMOS晶体管的栅极被第二偏压偏置。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述NMOS晶体管的栅极被外部偏压偏置，且所述 PMOS晶体管的栅极经自偏置。4.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含第一电阻器，其耦合到所述NMOS晶体管的栅极且经配置以为所述NMOS晶体管提供偏 压；以及第二电阻器，其耦合于所述PMOS晶体管的栅极与漏极之间，且经配置以为所述PMOS晶体管提供自偏置。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述NMOS和PMOS晶体管经偏置以使所述NMOS晶 体管的跨导的低到高转变与所述PMOS晶体管的跨导的高到低转变重叠。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述NMOS和PMOS晶体管两者在所述输入信号的 一电压范围内均在中等反转区中操作。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述NMOS和PMOS晶体管具有大致相等的面积。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述NMOS和PMOS晶体管的宽度和长度尺寸经选 择以在所述输入信号的一电压范围内获得所述NMOS和PMOS晶体管的大致恒定的总输入电 容。9.根据权利要求1所述的设备，其中所述NMOS和PMOS晶体管的宽度和长度尺寸经选 择以使中等反转区中的所述NMOS晶体管的输入电容的改变与中等反转区中的所述PMOS晶 体管的输入电容的改变匹配。10.根据权利要求1所述的设备，其中所述NMOS和PMOS晶体管的大小经选择以在所述 输入信号的一电压范围内获得所述NMOS和PMOS晶体管的大致恒定的总跨导。11.根据权利要求1所述的设备，其中所述NMOS和PMOS晶体管的大小经选择以使中等 反转区中的所述NMOS晶体管的跨导的改变与中等反转区中的所述PMOS晶体管的跨导的改 变匹配。12.根据权利要求1所述的设备，其中所述NMOS晶体管具有第一跨导和第一大小，且所 述PMOS晶体管具有第二跨导和第二大小，所述第二大小为所述第一大小的M倍，且M经选 择以使得所述第二跨导与所述第一跨导匹配。13.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含第二 NMOS晶体管，其经配置以接收并放大第二输入信号；以及第二 PMOS晶体管，其耦合到所述第二 NMOS晶体管且经配置以接收并放大所述第二输 入信号，所述第二 NMOS和PMOS晶体管提供第二输出信号，所述输入信号和所述第二输入信 号形成差动输入信号，所述输出信号和所述第二输出信号形成差动输出信号，所述NMOS和 PMOS晶体管以及所述第二 NMOS和PMOS晶体管作为差动线性互补放大器而操作。14....

【专利技术属性】
技术研发人员：邓君雄，居坎瓦尔·辛格·萨霍塔，佐尔蒂·彭，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US