CN102396152A - 具有组合的输入匹配、平衡-不平衡转换器与发射/接收开关的低噪声放大器 - Google Patents

具有组合的输入匹配、平衡-不平衡转换器与发射/接收开关的低噪声放大器 Download PDF

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Abstract

本发明基本上关于接收单端输入信号(Vin)并提供差分输出信号(Vinp、Vinn)的发射线变压器(310)，和接收并放大由所述发射线变压器提供的所述差分信号的低噪声放大器(230b)。在本发明的第一方面中，所述变压器(310)和所述低噪声放大器(230b)建置于集成电路上。在本发明的又一方面中，两个可切换电容器(322、332)并联耦合到形成所述变压器(310)的部分的线圈(320、330)，以便获得可切换的高输入阻抗。在接收模式期间，开关(324、334)断开，因而所述变压器(310)以常规方式操作。在发射模式期间，所述开关(324、334)闭合，因而结合所述电容器(322、332)的所述变压器(310)如同谐振电路一样操作，其在输入节点(X)处提供高输入阻抗。结果，使所述低噪声放大器(230b)与信号输入(X)隔离。在本发明的又一方面中，两个开关(326、336)耦合于接地与所述低噪声放大器的所述输入之间，所述开关可另外用于改进信号隔离并切断所述低噪声放大器的放大晶体管(350、354、360、364)。所述布置可进一步包含位于所述输入节点(X)与发射器之间的开关(340)，其中所述开关在发射模式期间闭合且在接收模式期间断开。在本发明的又一方面中，调谐电容器(338)用于补偿所述变压器(310)的所述输出信号(Vinp、Vinn)之间的任何振幅失配。在本发明的又一方面中，所述低噪声放大器包含两个共源共栅级(350、354；360、364)，每一共源共栅级包含源电感器(352、362)和负载电感器(356、366)。在本发明的又一方面中，所述变压器(310)的所述线圈(320、330)实施于螺旋图案中。

Description

具有组合的输入匹配、平衡-不平衡转换器与发射/接收开关的低噪声放大器
技术领域
本发明大体上涉及电子器件，且更具体来说，涉及放大器。
背景技术
放大器通常用于各种电子装置中以提供信号放大。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通信装置可包括用于双向通信的发射器和接收器。接收器可利用低噪声放大器(LNA)，发射器可利用功率放大器(PA)，且接收器和发射器可利用可变增益放大器(VGA)。
接收器可包括经由各种前端电路块耦合到天线的LNA。这些电路块可执行各种功能，例如滤波、在发射器与接收器之间切换、阻抗匹配等。这些电路块可用在含有LNA的集成电路(IC)外部的离散组件来实施且于是可能增加接收器的成本和大小。这些电路块中的每一者还可具有***损耗，***损耗可使接收器的噪声指数(NF)降级且因此使接收器的性能降级。
发明内容
附图说明
图1展示具有芯片外前端电路块的无线装置。
图2展示具有芯片上前端电路块的无线装置。
图3到图7展示输入电路和LNA的若干示范性设计。
图8展示发射开关的示范性设计。
图9展示耦合式电感器的示范性设计。
图10展示用于调节信号的过程的示范性设计。
具体实施方式
词“示范性”在本文中用以指“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示范性”的任何设计未必解释为比其它设计优选或有利。
本文中描述具有组合的输入匹配、平衡-不平衡转换器和/或发射/接收(T/R)开关的LNA的各种示范性设计。LNA可用于各种电子装置，例如无线和有线通信装置、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、广播接收器等。下文描述用于无线通信装置的LNA的使用。
图1展示无线通信装置100的方框图，所述无线通信装置100可为蜂窝式电话或某一其它装置。无线装置100包括发射器和接收器。为简单起见，图1中仅展示接收器的一部分，且图1中未展示发射器。
在接收路径中，天线110接收由基站和/或其它发射器站所发射的信号且提供所接收的射频(RF)信号Vrx。带通滤波器112对所接收的RF信号进行滤波以移除频带外噪声和非所要的信号，且提供经滤波的RF信号。T/R开关114在任何给定时刻将接收器或发射器连接到天线110。在接收模式中，选择接收器，且T/R开关114将经滤波的RF信号从带通滤波器112路由到平衡-不平衡转换器116。在发射节点中，选择发射器，且T/R开关114接收来自发射器的发射RF信号且将发射RF信号路由到带通滤波器112以用于经由天线110来发射。
平衡-不平衡转换器116执行单端到差分转换。平衡-不平衡转换器116经由T/R开关114接收来自带通滤波器112的单端RF信号，且将差分RF信号提供到匹配电路118。匹配电路118执行用于LNA 130的输入阻抗匹配，且提供包含非反相输入RF信号Vinp和反相输入RF信号Vinn的差分输入RF信号。匹配电路118可用电感器、电容器等来实施。LNA 130放大差分输入RF信号，且提供包含非反相输出RF信号Voutp和反相输出RF信号Voutn的差分输出RF信号。
图1展示无线通信装置100的前端的示范性设计。一般来说，来自天线的所接收RF信号可经由LNA前面的任何数目个电路块路由且可通过LNA前面的任何数目个电路块来调节。这些电路块可包括图1中未展示的不同和/或额外电路块。
如图1中所示，LNA 130可在集成电路(IC)内在芯片上实施，所述集成电路(IC)可为模拟IC、RF IC(RFIC)、混频信号IC等。带通滤波器112、T/R开关114、平衡-不平衡转换器116和匹配电路118可在芯片外并在IC外部实施。这些电路块中的一些或全部(例如，T/R开关114和平衡-不平衡转换器116)可以外部离散组件来实施，此可接着增加无线装置100的成本和大小。
T/R开关114、平衡-不平衡转换器116和匹配电路118可以级联形式耦合，如图1中所示。这些电路块可用无源电路来实施。这些电路块中的每一者可接着具有某一***损耗，***损耗接着可使接收器的噪声指数降级。举例来说，T/R开关114可具有1分贝(dB)***损耗，且平衡-不平衡转换器116还可具有1dB的***损耗。接收器的最小噪声指数将接着为2dB。一般来说，T/R开关114、平衡-不平衡转换器116和匹配电路118中的每一dB的***损耗可转换为接收器噪声指数的相应dB的降级。LNA 130可用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术来实施且可能能够实现约1.5dB的噪声指数。归因于T/R开关114和平衡-不平衡转换器116的2dB的***损耗，接收器噪声指数接着将降级到约3.5dB。可使用高性能平衡-不平衡转换器和/或T/R开关，以便减少***损耗量，但高性能平衡-不平衡转换器和/或T/R开关将更昂贵且将增加无线装置100的成本。此外，T/R开关114可使接收器的线性降级。
图2展示具有集成于IC上的前端电路块的无线装置200的示范性设计的方框图。无线装置200包括发射器和接收器。图2中仅展示接收器的一部分，且图2中未展示发射器。
在接收路径中，天线210接收由基站和/或其它发射器站所发射的信号且提供所接收的RF信号。带通滤波器212对所接收的RF信号进行滤波，且将单端输入RF信号Vin提供到输入电路220。输入电路220接收所述单端输入RF信号，且将差分输入RF信号Vinp和Vinn提供到LNA 230。输入电路220可执行各种功能，例如输入阻抗匹配、单端到差分转换等。输入电路220还在任何给定时刻将接收器或发射器耦合到带通滤波器212。在接收模式中，LNA 230放大差分输入RF信号且提供差分输出RF信号Voutp和Voutn。
输入电路220和LNA 230可在IC内在芯片上实施，所述IC可为模拟IC、RFIC、混频信号IC等。带通滤波器212可在芯片外和IC外部实施。
在图2中所示的示范性设计中，T/R开关、平衡-不平衡转换器和匹配电路可组合于单一电路块中，所述单一电路块为输入电路220。在等效功能的情况下，输入电路220可具有比图1中的T/R开关114、平衡-不平衡转换器116和匹配电路118的级联低的***损耗。具有组合的输入匹配、平衡-不平衡转换器和T/R开关的LNA(例如，如图2中所示)可能能够实现比具有级联的输入匹配、平衡-不平衡转换器和T/R开关的LNA(例如，如图1中所示)低的噪声指数和高的线性。此外，具有组合的输入匹配、平衡-不平衡转换器和T/R开关的LNA可为较低成本的且可占据较小总面积。
输入电路220和LNA 230可以各种方式来实施。下文描述输入电路220和LNA 230的若干示范性设计。
图3展示包含具有组合的输入匹配和平衡-不平衡转换器的LNA的前端202a的示范性设计的示意图。前端202a包含输入电路220a和LNA 230a，其分别为图2中的输入电路220和LNA 230的示范性设计。输入电路220a接收单端输入RF信号Vin，且提供差分输入RF信号Vinp和Vinn。LNA 230a放大差分输入RF信号，且提供差分输出电流信号Ioutp和Ioutn。
在图3中所示的示范性设计中，输入电路220a包含耦合式电感器310，耦合式电感器310具有与第二线圈330磁耦合的第一线圈320。耦合式电感器为具有至少两个磁耦合在一起的线圈的电路。线圈还可被称为导体、电感器、导线、绕组等。线圈320具有接收Vin信号的一端(标记为节点A)和提供Vinp信号的另一端(标记为节点B)。线圈330具有耦合到电路接地的一端(标记为节点A′)和提供Vinn信号的另一端(标记为节点B′)。
在图3中所示的示范性设计中，LNA 230包括N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管350和360以及电感器352和362。NMOS晶体管350的栅极接收Vinp信号，其源极耦合到电感器352的一端，且其漏极提供Ioutn信号。NMOS晶体管360的栅极接收Vinn信号，其源极耦合到电感器362的一端，且其漏极提供Ioutp信号。电感器352和362的另一端耦合到电路接地。
电感器352和362为用于LNA 230a的窄频带设计的源极退化电感器。线圈320和330以及电感器352和362用于输入阻抗匹配。这些线圈和电感器可实施于芯片上且接着可具有相对低的质量因子(Q)。线圈320和330可经磁耦合以改进这些线圈的Q。磁耦合下的线圈320与330的总电感可表达为：
Ltotal＝L1+L2+M，和                 等式(1)
M = k · L 1 L 2 , 等式(2)
其中L1和L2分别为线圈320和330的电感，
M为线圈320和330的互感，
k为耦合系数，且
Ltotal为耦合式电感器310的总电感。
耦合系数k可取决于线圈320与330之间的磁耦合量。耦合系数可大体上小于1.0且通常在0.4到0.7的范围内。可用线圈320和330的较多匝数获得较大耦合系数，以增加磁耦合。可通过磁耦合线圈320与330用较小的L1和L2获得给定Ltotal。可用较短长度线圈获得较小L1和L2，较短长度线圈可接着产生较小串联电阻且因此产生线圈的较高Q。在k＝1的理想情况下，每一线圈的电感可减小约二分之一，串联电阻也可减小约二分之一，且Q可加倍。一般来说，Q的改进量可取决于k的值。
在图3中所示的示范性设计中，可通过将线圈330的节点A′简单接地而获得输入电路220a的单端输入。耦合式电感器可因而允许输入电路220a容易地实施平衡-不平衡转换器。对于具有差分输入信号的LNA，可共模放大来自电源或耦合到LNA的衬底的噪声，且来自LNA的差分输出信号可具有极少(或理想上，不具有)共模噪声。输入电路220a的平衡-不平衡转换器和输入迹线可经屏蔽以减少到LNA 230a的噪声耦合。
图4展示包含具有组合的输入匹配、平衡-不平衡转换器和振幅平衡调谐的LNA的前端202b的示范性设计的示意图。前端202b包含输入电路220b(其为图2中的输入电路220的另一示范性设计)和LNA 230a。输入电路220b包含耦合式电感器310和调谐电容器338。如上文针对图3所描述，将耦合式电感器310与LNA 230a耦合。调谐电容器338具有耦合到线圈330的节点A′的一端和耦合到电路接地的另一端。
将线圈330的节点A′接地(如图3中所示)并用信号源驱动线圈320的节点A可产生Vinp与Vinn信号之间的振幅不平衡。信号源可具有Zs欧姆的输出阻抗，其中Zs可为50欧姆或某一其它值。可在线圈330的节点A′与电路接地之间添加Zs欧姆的电阻器。此电阻器可减少振幅不平衡，但可将噪声引入到LNA 230a。
在图4中所示的示范性设计中，调谐电容器338耦合于线圈330的节点A′与电路接地之间。在一个示范性设计中，调谐电容器338用可选电容器组来实施。每一可选电容器可经启用/选择以增加调谐电容器338的电容或被停用/取消选择以减小电容。所述组可包括足够数目个具有合适值的可选电容器以获得电容器338的所要调谐范围。在另一示范性设计中，调谐电容器338用具有基于控制电压所确定的可变电容的至少一个可变电抗器来实施。在又一示范性设计中，调谐电容器338用具有固定值的至少一个电容器来实施。
为简单起见，图4展示直接耦合到电路接地的调谐电容器338。实际上，调谐电容器338可耦合到IC上的接合线或封装路由迹线。寄生电感器接着可存在于调谐电容器338与电路接地之间。可通过调谐电容器338的值来解决此寄生电感器。可调谐电容器338以在LNA 230a的操作频率(而非宽带)下使节点A′处的输入阻抗与节点A处的输入阻抗匹配。可通过调整电容器338的值并测量每一电容器值的性能度量(例如，接收器噪声指数)来实现调谐。电容器338可接着被设定为提供最佳性能度量的值。在线圈330的节点A′处使用电容器338(而非电阻器)可平衡Vinp与Vinn信号的振幅，同时减小噪声降级。
图5展示包含具有组合的输入匹配、平衡-不平衡转换器、T/R开关和振幅平衡调谐的LNA的前端202c的示范性设计的示意图。前端202c包含输入电路220c(其为图2中的输入电路220的另一示范性设计)和LNA 230a。输入电路220c包含耦合式电感器310和调谐电容器338，其如上文针对图4所描述而耦合。输入电路220c进一步包含用发射(TX)开关340和接收(RX)开关342实施的T/R开关。开关340具有耦合到节点X的一端和耦合到发射器(图5中未展示)的另一端。开关342具有耦合到节点X的一端和耦合到线圈320的节点A的另一端。节点X可对应于IC衬垫或引脚。
前端202c可在任何给定时刻操作于发射模式或接收模式中。在发射模式中，闭合TX开关340，且断开RX开关342。发射器接着经由开关340和带通滤波器212而耦合到天线210。在接收模式中，断开TX开关340，且闭合RX开关342。发射器接着通过开关340而与节点X解耦。经由带通滤波器212和开关342将来自天线210的所接收RF信号提供到线圈320的节点A。
TX开关340可经设计以处置来自发射器的发射RF信号的大振幅并在接通时具有低***损耗。RX开关342还可经设计以在发射模式中处置来自发射器的大发射RF信号并在接收模式中具有低***损耗。
图6展示包含具有组合的输入匹配、平衡-不平衡转换器、RX开关和振幅平衡调谐的LNA的前端202d的示范性设计的示意图。前端202d包含输入电路220d(其为图2中的输入电路220的另一示范性设计)和LNA 230a。在图6中所示的示范性设计中，输入电路220d包含耦合式电感器310和调谐电容器338，其如上文针对图4所描述而耦合。输入电路220d进一步包含串联耦合的电容器322和开关324，电容器322与开关324的组合在节点A和B处与线圈320并联耦合。电容器332与开关334串联耦合，电容器332与开关334的组合在节点A′和B′处与线圈330并联耦合。开关326耦合于节点B与电路接地之间。开关336耦合于节点B′与电路接地之间。开关324、326、334和336可各自用NMOS晶体管和/或P沟道MOS(PMOS)晶体管来实施。通过接通NMOS和/或PMOS晶体管来闭合开关且可通过切断晶体管来断开开关。
当闭合开关324时，线圈320和电容器322形成在fres1频率下谐振的第一谐振电路。
当闭合开关334时，线圈330和电容器332形成在fres2频率下谐振的第二谐振电路。谐振频率fres1可表达为：
f res 1 = 1 2 π L 1 C , 等式(3)
其中C为电容器322的电容。谐振频率fres2可以类似方式基于L2和C来确定。
接收器可操作于开(ON)状态或关(OFF)状态中。在开状态中，开关324、326、334和336断开。电容器322和332分别与线圈320和330解耦。输入电路220d将接着等效于图4中的输入电路220b。
在关状态中，开关324、326、334和336闭合。电容器322耦合到线圈320，且第一谐振电路在节点A处具有高输入阻抗。类似地，电容器332耦合到线圈330，且第二谐振电路在节点A′处具有高输入阻抗。理想上，归因于线圈320与电容器322的并联谐振和还归因于线圈330与电容器332的并联谐振，看进节点A和A′的输入阻抗在LNA230a的操作频率下应为无穷大。线圈320和330的Q以及开关324和334的接通电阻可限制节点A和A′处的输入阻抗。开关326和336将LNA 230a的输入以及两个谐振器电路的节点B和B′接地。
输入电路220d包括接收器的RX开关。RX开关用在接收器的关状态中被启用的两个谐振器电路来实施。因为无串联开关存在于从节点X到LNA 230a的输入的信号路径中，所以接收器可具有良好的线性。开关324、326、334和336并不位于信号路径中，当接收器在开状态中时所述开关被断开并切断，且当被停用时所述开关最低程度地使线性降级(如果真的使线性降级)。当接收器在关状态中时，闭合并接通开关，且因此开关对接收器没有影响。
图7展示包含具有组合的输入匹配、平衡-不平衡转换器、T/R开关和振幅平衡调谐的LNA的前端202e的示范性设计的示意图。前端202e包含输入电路220e和LNA 230b，输入电路220e和LNA 230b分别为图2中的输入电路220和LNA 230的另一示范性设计。输入电路220e包括图6中的输入电路220d中的所有电路组件。输入电路220e进一步包括开关340，开关340具有耦合到节点X的一个输入和耦合到发射器的另一端。节点X进一步耦合到带通滤波器212，带通滤波器212进一步耦合到天线210。
LNA 230b包括NMOS晶体管350和360以及电感器352和362，其如上文针对图3所描述而耦合。LNA 230b进一步包括NMOS晶体管354和364以及电感器356和366。NMOS晶体管354的源极耦合到NMOS晶体管350的漏极，其栅极接收启用电压Venb，且其漏极提供反相输出RF信号Voutn。NMOS晶体管364的源极耦合到NMOS晶体管360的漏极，其栅极接收Venb电压，且其漏极提供非反相输出RF信号Voutp。电感器356和366分别耦合于电源电压Vdd与NMOS晶体管354和364的漏极之间。电阻器358和368具有接收偏置电压Vbias的一端和分别耦合到NMOS晶体管350和360的栅极的另一端。
在LNA 230b内，NMOS晶体管350和360是为Vinp和Vinn信号提供放大的增益晶体管。NMOS晶体管354和364是为增益晶体管提供缓冲且进一步为Voutp和Voutn信号提供信号驱动的共源共栅晶体管。电感器356和364是还为LNA 230b提供输出阻抗匹配的负载电感器。可通过用高Venb电压(例如，Vdd)接通NMOS晶体管354和364且经由Vbias电压接通NMOS晶体管350和360而启用LNA 230b。可通过用低Venb电压(例如，接地)切断NMOS晶体管354和364且通过经由开关326和336使NMOS晶体管350和360的栅极接地而切断NMOS晶体管350和360来停用LNA 230b。
前端202e可在任何给定时刻操作于发射模式或接收模式中。在发射模式中，开关324、326、334、336和340全部闭合。发射器经由开关340耦合到节点X。两个谐振电路在开关324和334闭合的情况下被启用，且看进节点A和A′获得高输入阻抗。在接收模式中，开关324、326、334、336和340全部断开。通过开关340而将发射器与节点X解耦。在开关324和334断开的情况下停用两个谐振电路，且经由耦合式电感器310将Vin信号提供到LNA 230b的输入。T/R开关因而可通过开关340、可通过开关324和334启用或停用的两个谐振器电路以及分路开关326和336来实施。
在发射模式中，发射器可提供具有大振幅的发射RF信号。开关340可经设计以处置大信号振幅并具有低***损耗。由线圈320和330以及电容器322和332形成的谐振器电路在发射模式中提供高输入阻抗。因此，跨越开关324、326、334和336的信号摆动可相对小。这些开关可经设计以提供良好的RF性能。
图8展示图7中的发射器的开关340的示范性设计。在此示范性设计中，NMOS晶体管810的源极耦合到发射器，其栅极接收发射器启用信号TX_enb，且其漏极耦合到电容器812的一端。电容器812的另一端耦合到节点X。NMOS晶体管810可用深N阱晶体管来实施，且其深N阱可经由电阻器814耦合到Vdd供应电压，其主体经由电阻器816耦合到电路接地，且其块体浮动。此配置可允许NMOS晶体管810处置大信号摆动，并在接通时具有较低串联电阻和较低***损耗。
NMOS晶体管820、822和824以堆叠配置耦合，且其栅极接收经反相的发射启用信号TX_enbn。NMOS晶体管820的漏极耦合到NMOS晶体管810的源极，且其源极耦合到NMOS晶体管822的漏极。NMOS晶体管824的漏极耦合到NMOS晶体管822的源极，且其源极耦合到电路接地。
在发射模式中，NMOS晶体管810通过TX_enb信号接通，且NMOS晶体管820、822和824通过TX_enbn信号切断。来自发射器的发射RF信号接着被传递通过NMOS晶体管810并经由AC耦合电容器812而传递到节点X。在接收模式中，NMOS晶体管810通过TX_enb信号切断，且NMOS晶体管820、822和824通过TX_enbn信号接通。NMOS晶体管810阻断来自发射器的发射RF信号。在接收模式中，NMOS晶体管820、822和824分路从节点X到电路接地的泄漏信号，此可提供从节点X到发射器的更多隔离。串联堆叠的三个NMOS晶体管可在发射模式中更好地处置大信号。每一NMOS晶体管可接着仅观测到大信号摆动的一分数，此可改进可靠性。
图9展示图3到图7中的耦合式电感器310的示范性设计。在此示范性设计中，线圈320用具有两个末端端口a和b的第一导体920来实施，两个末端端口a和b分别对应于线圈320的节点A和B。线圈330用具有两个末端端口a′和b′的第二导体930来实施，两个末端端口a′和b′分别对应于线圈330的节点A′和B′。在图9中所示的示范性设计中，两个导体920和930布置在螺旋图案中且具有总共七匝。一般来说，匝数、匝的直径、每一导体的宽度和高度、两个导体之间的间隔和/或两个导体的其它属性可经选择以获得每一线圈的所要电感和Q以及两个线圈之间的所要耦合系数。耦合系数可通过控制导体920和930的放置和/或所述导体之间的距离来改变。还可(例如)用围绕最外匝的保护环和/或在导体下方的接地平面(图9中未展示)来屏蔽导体920和930。
图9展示具有螺旋图案的耦合式电感器310的示范性设计。耦合式电感器310还可以其它方式来实施。举例来说，可以双螺旋、锯齿形或某一其它图案来布置用于线圈320和330的导体920和930。
导体920和930可用各种类型的导电材料(例如低损耗金属(例如，铜)、较多损耗金属(例如，铝))或某一其它材料来制造。如果除用以互连同一导体的区段的任何下通路(underpass)以外，导体920和930主要或完全制造于低损耗金属层上，则可实现较高Q。因为可应用不同设计规则，所以较小大小的电感器可制造于有损耗金属层上。导体920和930可制造于同一层上(如图9中所示)或不同层上以(例如)获得堆叠式电感器。不同布局和制造技术(包括微机电***(MEMS)技术)可为耦合式电感器提供不同优点。
一般来说，设备可包含耦合式电感器和LNA。所述耦合式电感器可接收单端输入信号，执行单端到差分转换，并提供差分输入信号。LNA可耦合到所述耦合式电感器，可接收并放大所述差分输入信号，且可提供差分输出信号。所述耦合式电感器和所述LNA可实施于IC上。
在一示范性设计中，耦合式电感器可包含与第二线圈(例如，线圈330)磁耦合的第一线圈(例如，线圈320)。所述第一线圈可接收单端输入信号并将第一输入信号提供到LNA。所述第二线圈可将第二输入信号提供到LNA。差分输入信号可包含所述第一输入信号和所述第二输入信号。
在一示范性设计中，第一电容器(例如，电容器322)和第一开关(例如，开关324)可串联耦合并进一步与第一线圈并联。第一电容器和第一线圈可在第一开关闭合时形成第一谐振电路。第二电容器(例如，电容器332)和第二开关(例如，334)可串联耦合并进一步与第二线圈并联。第二电容器和第二线圈可在第二开关闭合时形成第二谐振电路。第一线圈可在LNA被启用时提供输入阻抗匹配。第一谐振器电路可在LNA被停用时提供高输入阻抗。第一谐振电路和第二谐振电路可在LNA的操作频率下或在其附近谐振。第一线圈和第二线圈可分别用第一导体和第二导体来实施，第一导体和第二导体可布置在螺旋图案(例如，如图9中所示)或某一其它图案中。
在一示范性设计中，第三开关(例如，开关326)可具有耦合到第一开关和第一线圈的第一端以及耦合到电路接地的第二端。第四开关(例如，开关336)可具有耦合到第二开关和第二线圈的第一端以及耦合到电路接地的第二端。第三开关和第四开关可在LNA被启用时断开且可在LNA被停用时闭合。
在一示范性设计中，调谐电容器(例如，电容器338)可耦合到第二线圈且可为差分输入信号提供振幅不平衡调谐。调谐电容器可包含一组可选电容器，其中每一可选电容器被启用或停用以改变调谐电容器的电容。调谐电容器还可用一个或一个以上可变电抗器、一个或一个以上固定电容器等来实施。
在一示范性设计中，开关(例如，开关340)可耦合于第一线圈与发射器之间。所述开关可在发射模式中闭合且在接收模式中断开。
在一示范性设计中，LNA可包含第一晶体管和第二晶体管以及第一电感器和第二电感器。第一晶体管可接收并放大第一输入信号。第二晶体管可接收并放大第二输入信号。第一电感器和第二电感器可分别耦合于第一晶体管和第二晶体管的源极与电路接地之间。LNA可进一步包含第三晶体管和第四晶体管以及第三电感器和第四电感器。第三晶体管可耦合到第一晶体管且可提供第一输出信号。第四晶体管可耦合到第二晶体管且可提供第二输出信号。差分输出信号可包含第一输出信号和第二输出信号。第三电感器和第四电感器可分别耦合于第三晶体管和第四晶体管的漏极与供应电压之间。
在一示范性设计中，带通滤波器可从天线接收信号且将单端输入信号提供到耦合式电感器。带通滤波器可在包含耦合式电感器和LNA的IC外部。其它电路块也可耦合于天线与耦合式电感器之间。
图10展示用于调节信号的过程1000的示范性设计。可用实施于IC上的耦合式电感器将单端输入信号转换成差分输入信号(方框1012)。可用实施于IC上的LNA来放大所述差分输入信号以获得差分输出信号(方框1014)。可在LNA被启用时用耦合式电感器提供输入阻抗匹配(方框1016)。可在LNA被停用时用与耦合式电感器一起形成的谐振器电路提供高输入阻抗(方框1018)。可用耦合到耦合式电感器并实施于集成电路上的可变电容器来提供振幅不平衡调谐(方框1020)。当选择发射模式时，可经由开关将发射器耦合到IC的输入引脚(方框1022)。当选择接收模式时，可经由耦合式电感器将接收器耦合到所述输入引脚(方框1024)。
具有本文中所描述的组合的输入匹配、平衡-不平衡转换器和/或T/R开关的LNA可提供各种优点。T/R开关可实施于芯片上且可避免额外芯片外电路组件的使用。可经由芯片上调谐电容器338实现用于组合的平衡-不平衡转换器和/或T/R开关的可调谐输入匹配。可调谐输入匹配可在不使用芯片外组件的情况下提供增强性能的灵活性。归因于谐振器电路情况下在高频率下的大输入阻抗，还可实现改进的静电放电(ESD)性能，尤其针对带电装置模型(CDM)测试。归因于用谐振器电路实施并在接通时具有低***损耗的T/R开关，还可获得改进的噪声和增益性能。归因于在接收模式中切断(而非接通)开关324、326、334和336，还可获得改进的线性。
具有本文中所描述的组合的输入匹配、平衡-不平衡转换器和/或T/R开关的LNA可用于例如通信、网络连接、计算、消费型电子器件等的各种***和应用中。举例来说，LNA可用于各种无线通信***，例如码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、正交FDMA(OFDMA)、单载波FDMA(SC-FDMA)和其它***。LNA还可用于无线广域网(WWAN)、无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)等。LNA还可用于全球定位***(GPS)接收器、广播接收器等。LNA还可用于例如全球移动通信***(GSM)、宽带CDMA(WCDMA)、cdma2000、长期演进(LTE)、高级移动电话***(AMPS)、IEEE 802.11(WiFi)、IEEE 802.16(WiMax)、蓝牙等各种无线电技术。LNA还可在各种操作频率下使用。电感器和电容器可经设计用于选定的操作频率。
具有本文中所描述的组合的输入匹配、平衡-不平衡转换器和/或T/R开关的LNA可实施于IC、模拟IC、RFIC、混频信号IC、专用集成电路(ASIC)等上。LNA还可用例如CMOS、NMOS、PMOS、双极结晶体管(BJT)、双极CMOS(BiCMOS)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)等各种IC工艺技术来制造。
实施本文中所描述的LNA的设备可为独立装置或可为较大装置的部分。装置可为(i)独立IC、(ii)可包括用于存储数据和/或指令的存储器IC的一个或一个以上IC的集合、(iii)例如RF接收器(RFR)或RF发射器/接收器(RTR)的RFIC、(iv)例如移动台调制解调器(MSM)的ASIC、(v)可嵌入于其它装置内的模块、(vi)接收器、蜂窝式电话、无线装置、手持机或移动单元、(vii)其它。
在一个或一个以上示范性设计中，所描述的功能可以硬件、软件、固件或其任何组合来实施。如果以软件实施，则可将所述功能作为一个或一个以上指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体进行传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体与通信媒体两者，通信媒体包括促进将计算机程序从一处传送到另一处的任何媒体。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。以实例而非限制的方式，此些计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用以载运或存储呈指令或数据结构的形式的所要程序代码并可由计算机存取的任何其它媒体。而且，恰当地将任何连接称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或无线技术(例如，红外线、无线电和微波)从网站、服务器或其它远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(例如，红外线、无线电和微波)包括于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘用激光以光学方式再现数据。以上各者的组合也应包括于计算机可读媒体的范围内。
提供对本发明的先前描述以使所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。所属领域的技术人员将容易明白对本发明的各种修改，且在不脱离本发明的范围的情况下，本文中所界定的一般原理可应用于其它变化形式。因此，本发明无意限于本文所描述的实例和设计，而是将赋予本发明与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。

Claims (24)

1.一种设备，其包含：
耦合式电感器，其接收单端输入信号、执行单端到差分转换，并提供差分输入信号；以及
低噪声放大器LNA，其耦合到所述耦合式电感器，且接收所述差分输入信号并提供差分输出信号。
2.根据权利要求1所述的设备，所述耦合式电感器和所述LNA实施于集成电路上。
3.根据权利要求1所述的设备，所述耦合式电感器包含与第二线圈磁耦合的第一线圈，所述第一线圈接收所述单端输入信号并将第一输入信号提供到所述LNA，所述第二线圈将第二输入信号提供到所述LNA，且所述差分输入信号包含所述第一和第二输入信号。
4.根据权利要求3所述的设备，其进一步包含：
第一电容器和第一开关，其串联耦合且进一步与所述第一线圈并联，所述第一电容器和所述第一线圈在所述第一开关闭合时形成第一谐振电路；以及
第二电容器和第二开关，其串联耦合且进一步与所述第二线圈并联，所述第二电容器和所述第二线圈在所述第二开关闭合时形成第二谐振电路。
5.根据权利要求4所述的设备，所述第一线圈在所述LNA被启用时提供输入阻抗匹配，且所述第一谐振器电路在所述LNA被停用时提供高输入阻抗。
6.根据权利要求4所述的设备，所述第一和第二谐振电路在所述LNA的操作频率下谐振。
7.根据权利要求4所述的设备，其进一步包含：
第三开关，其具有耦合到所述第一开关和所述第一线圈的第一端以及耦合到电路接地的第二端；以及
第四开关，其具有耦合到所述第二开关和所述第二线圈的第一端以及耦合到电路接地的第二端，所述第三和第四开关在所述LNA被启用时断开且在所述LNA被停用时闭合。
8.根据权利要求3所述的设备，其进一步包含：
调谐电容器，其耦合到所述第二线圈并为所述差分输入信号提供振幅不平衡调谐。
9.根据权利要求8所述的设备，所述调谐电容器包含一组可选电容器，每一可选电容器被启用或停用以改变所述调谐电容器的电容。
10.根据权利要求3所述的设备，其进一步包含：
耦合于所述第一线圈与发射器之间的开关，所述开关在发射模式中闭合且在接收模式中断开。
11.根据权利要求3所述的设备，所述第一和第二线圈分别用第一和第二导体来实施，所述第一和第二导体布置在螺旋图案中。
12.根据权利要求1所述的设备，所述LNA包含
第一晶体管，其接收并放大第一输入信号，
第二晶体管，其接收并放大第二输入信号，所述差分输入信号包含所述第一和第二输入信号，
第一电感器，其耦合于所述第一晶体管的源极与电路接地之间，和
第二电感器，其耦合于所述第二晶体管的源极与电路接地之间。
13.根据权利要求12所述的设备，所述LNA进一步包含
第三晶体管，其耦合到所述第一晶体管并提供第一输出信号，
第四晶体管，其耦合到所述第二晶体管并提供第二输出信号，所述差分输出信号包含所述第一和第二输出信号，
第三电感器，其耦合于所述第三晶体管的漏极与供应电压之间，和
第四电感器，其耦合于所述第四晶体管的漏极与所述供应电压之间。
14.根据权利要求2所述的设备，其进一步包含：
带通滤波器，其从天线接收信号并提供所述单端输入信号，所述带通滤波器在所述集成电路外部。
15.一种集成电路，其包含：
耦合式电感器，其接收单端输入信号、执行单端到差分转换，并提供差分输入信号；以及
低噪声放大器LNA，其耦合到所述耦合式电感器，且接收所述差分输入信号并提供差分输出信号。
16.根据权利要求15所述的集成电路，所述耦合式电感器包含与第二线圈磁耦合的第一线圈，所述第一线圈接收所述单端输入信号并将第一输入信号提供到所述LNA，所述第二线圈将第二输入信号提供到所述LNA，且所述差分输入信号包含所述第一和第二输入信号。
17.根据权利要求16所述的集成电路，其进一步包含：
第一电容器和第一开关，其串联耦合且进一步与所述第一线圈并联，所述第一电容器和所述第一线圈在所述第一开关闭合时形成第一谐振电路；以及
第二电容器和第二开关，其串联耦合且进一步与所述第二线圈并联，所述第二电容器和所述第二线圈在所述第二开关闭合时形成第二谐振电路。
18.根据权利要求16所述的集成电路，其进一步包含：
调谐电容器，其耦合到所述第二线圈并为所述差分输入信号提供振幅不平衡调谐。
19.根据权利要求16所述的集成电路，其进一步包含：
耦合于所述第一线圈与发射器之间的开关，所述开关在发射模式中闭合且在接收模式中断开。
20.一种方法，其包含：
用实施于集成电路上的耦合式电感器将单端输入信号转换成差分输入信号；以及
用实施于所述集成电路上的低噪声放大器LNA来放大所述差分输入信号以获得差分输出信号。
21.根据权利要求20所述的方法，其进一步包含：
当所述LNA被启用时，用所述耦合式电感器提供输入阻抗匹配；以及
当所述LNA被停用时，用与所述耦合式电感器一起形成的谐振器电路提供高输入阻抗。
22.根据权利要求20所述的方法，其进一步包含：
用耦合到所述耦合式电感器并实施于所述集成电路上的可变电容器提供振幅不平衡调谐。
23.根据权利要求20所述的方法，其进一步包含：
当选择发射模式时，经由开关将发射器耦合到所述集成电路的输入引脚；以及
当选择接收模式时，经由所述耦合式电感器将接收器耦合到所述输入引脚。
24.一种设备，其包含：
用于用实施于集成电路上的耦合式电感器将单端输入信号转换成差分输入信号的装置；以及
用于用实施于所述集成电路上的低噪声放大器LNA来放大所述差分输入信号以获得差分输出信号的装置。
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