CN105453422B - 用于多级放大的方法及电路 - Google Patents

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Abstract

在放大器(300)的所述实例中，第一级(102)接收由第一及第二输入电压(VIN+、VIN‑)形成的差分输入电压，且响应于所述差分输入电压而在具有相应第一及第二线路电压的第一及第二线路(S10、Sn)上输出第一差分电流。第二级(104)接收所述第一及第二线路电压，且响应于所述第一及第二线路电压而在具有相应第三及第四线路电压的第三及第四线路(S20、S21)上输出第二差分电流。变压器(302)包含第一及第二线圈(304、306)。所述第一线圈(304)的第一端子通过第一电阻器(Rio)耦合到所述第一线路(S10)。所述第一线圈(304)的第二端子通过第二电阻器(Rii)耦合到所述第二线路(Sn)。所述第二线圈(306)的第一端子通过第三电阻器(R20)耦合到所述第三线路(S20)。所述第二线圈(306)的第二端子通过第四电阻器(R21)耦合到所述第四线路(S21)。

Description

用于多级放大的方法及电路
技术领域
本发明大体上涉及电子电路，且更特定来说涉及一种用于多级放大的方法及电路。
背景技术
图1(现有技术)为一般以100指示的常规多级放大器的示意电路图。放大器100至少包含第一级102及第二级104，所述第一级102及所述第二级104为其增益分别是Gm1及Gm2的跨导放大器。放大器100从线路S00及S01接收差分输入电压。
第一级102施加增益Gm1以放大S00的电压(“VIN+”)与S01的电压(“VIN-”)之间的差(“ΔVIN”)。相似地，第二级104施加增益Gm2以放大线路S10的电压(“V10”)与线路S11的电压(“V11”)之间的差(“ΔV1”)。因此：(a)响应于ΔVIN，第一级102生成S10的电流(“I10”)与S11的电流(“I11”)之间的差(“ΔI1”)；及(b)响应于ΔV1，第二级104生成线路S20的电流(“I20”)与线路S21的电流(“I21”)之间的差(“ΔI2”)。
如图1中所展示，S10连接到电阻器R10，所述电阻器R10通过电感器L1的第一端子耦合到电压供应节点VDD。再者，S11连接到电阻器R11，所述电阻器R11通过L1的第二端子耦合到VDD。相似地，S20连接到电阻器R20，所述电阻器R20通过电感器L2的第一端子耦合到VDD。此外，S21连接到电阻器R21，所述电阻器R21通过L2的第二端子耦合到VDD。
图2(现有技术)为具有3dB带宽区域204的放大器100的增益(dB)对频率的示例性曲线202的图表。如图2中所展示，3dB带宽区域204为增益与峰值增益相差不超过3dB的频率的范围。在没有L1、L2、R10、R11、R20及R21的情况下，根据具有3dB带宽区域208的示例性曲线206，放大器100的性能可减小。
相比之下，在具有L1、L2、R10、R11、R20及R21的情况下：(a)在区域208中，由R10、R11、R20及R21对3dB带宽区域204提供主要贡献；及(b)在带宽扩展区域210中，除R10、R11、R20及R21的贡献外，还由L1及L2对3dB带宽区域204提供重要贡献。
然而，放大器100具有缺点。例如，放大器100的每级具有一个无源磁组件(例如，电感器)。作为防止可能由磁场耦合(例如，在邻近电感器的线圈绕组之间)引起的干扰的预防措施，在所述无源磁组件之间强加间隔，其增大了集成电路中容纳放大器100的硅面积。
发明内容
在放大器的所述实例中，第一级接收由第一及第二输入电压形成的差分输入电压，且响应于所述差分输入电压而在具有相应第一及第二线路电压的第一及第二线路上输出第一差分电流。第二级接收第一及第二线路电压，且响应于所述第一及第二线路电压而在具有相应第三及第四线路电压的第三及第四线路上输出第二差分电流。变压器包含第一及第二线圈。第一线圈的第一端子通过第一电阻器耦合到第一线路。第一线圈的第二端子通过第二电阻器耦合到第二线路。第二线圈的第一端子通过第三电阻器耦合到第三线路。第二线圈的第二端子通过第四电阻器耦合到第四线路。
附图说明
图1(现有技术)为常规多级放大器的示意电路图。
图2(现有技术)为图1的放大器的增益(dB)对频率的示例性曲线的图表。
图3为示例性实施例的多级放大器的示意电路图。
具体实施方式
图3为示例性实施例的一般以300指示的多级放大器的示意电路图。放大器300至少包含第一级102及第二级104以及电阻器R10、R11、R20及R21。然而，放大器300包含由虚线框302指示的变压器，而非L1及L2(图1)。
第一级102及第二级104为增益分别是Gm1及Gm2的跨导放大器。第一级102施加增益Gm1以放大VIN+与VIN-之间的差(“ΔVIN”)。相似地，第二级104施加增益Gm2以放大S10的电压(“V10”)与S11的电压(“V11”)之间的差(“ΔV1”)。因此：(a)响应于ΔVIN，第一级102生成S10的电流(“I10”)与S11的电流(“I11”)之间的差(“ΔI1”)；及(b)响应于ΔV1，第二级104生成S20的电流(“I20”)与S21的电流(“I21”)之间的差(“ΔI2”)。
在此实例中：(a)如果ΔVIN为正，那么ΔI1为负；及(b)相反地，如果ΔVIN为负，那么ΔI1为正。相似地，在此实例中：(a)如果ΔV1为正，那么ΔI2为负；及(b)相反地，如果ΔV1为负，那么ΔI2为正。
变压器302包含第一线圈304及第二线圈306。如图3中所展示：(a)R10通过线圈304的第一端子耦合到VDD；(b)R11通过线圈304的第二端子耦合到VDD(其耦合到线圈304的第三端子)；(c)R21通过线圈306的第一端子耦合到VDD；及(d)R20通过线圈306的第二端子耦合到VDD(其耦合到线圈306的第三端子)。电流：(a)在第一方向上流过线圈304；及(b)在实质上相同于第一方向(例如，与第一方向相同)的第二方向上流过线圈306。
如果变压器302是理想的、无损的且完全耦合的，那么V2＝n·V1，I2＝I1/n，且PIN＝POUT，其中：(a)V1为跨线圈304的第一及第二端子的电压；(b)V2为跨线圈306的第一及第二端子的电压；(c)I1为通过线圈304的电流；(d)I2为通过线圈306的电流；(e)n为线圈304与306之间的绕组匝数比，使得n等于线圈306的绕组匝数除以线圈304的绕组匝数；(f)V1·I1＝PIN，其为变压器302的输入功率；及(g)V2·I2＝POUT，其为变压器302的输出功率。
线圈304将无源阻抗增量提供给级102的输出线路S10及S11。相似地，线圈306将无源阻抗增量提供给级104的输出线路S20及S21。再者，归因于线圈304与306之间的耦合：(a)线圈304将有源反馈提供给级104的输出线路S20及S21；及(b)线圈306将有源反馈提供给级102的输出线路S10及S11。此有源反馈减小变压器302的成本及大小。
此外，级102及104间的间隔可更紧密，其减小集成电路中容纳放大器300的硅面积。例如，放大器300的每两级(例如，级102及104)包含一个变压器(例如，变压器302)，而非每级一个无源磁组件。再者，变压器302约束具有在线圈304与306之间的受控制H场耦合的磁场，而非避免磁场耦合。此约束减小邻近电路(例如，邻近磁装置)之间的扩散(掺杂)。
出于此些各种理由，放大器300的3dB带宽得到扩展。出于此带宽扩展的目的，变压器302的品质因子(“QF”)无需为高的。因此，放大器300可具有缩减的形状因子。
在所述实施例中，修改是可能的，且在权利要求书的范围内，其它实施例是可能的。

Claims (18)

1.一种放大器，其包括：
第一级，其用于接收由第一及第二输入电压形成的差分输入电压，且响应于所述差分输入电压而在具有相应第一及第二线路电压的第一及第二线路上输出第一差分电流；
第二级，其耦合到所述第一级，以用于接收所述第一及第二线路电压，且响应于所述第一及第二线路电压而在具有相应第三及第四线路电压的第三及第四线路上输出第二差分电流；及
变压器，其耦合到所述第一及第二级，其中所述变压器包含第一及第二线圈，其中所述第一线圈的第一端子通过第一电阻器耦合到所述第一线路，其中所述第一线圈的第二端子通过第二电阻器耦合到所述第二线路，其中所述第二线圈的第一端子通过第三电阻器耦合到所述第三线路，且其中所述第二线圈的第二端子通过第四电阻器耦合到所述第四线路；
其中电压供应节点耦合到所述第一线圈的第三端子且耦合到所述第二线圈的第三端子。
2.根据权利要求1所述的放大器，其中所述第一及第二级为分别具有第一及第二增益的第一及第二跨导放大器。
3.根据权利要求1所述的放大器，其中所述第一线圈用于在第一方向上传导电流，且其中所述第二线圈用于在所述第一方向上传导电流。
4.根据权利要求1所述的放大器，其中所述第一线圈用于将无源阻抗增量提供给所述第一及第二线路，且其中所述第二线圈用于将无源阻抗增量提供给所述第三及第四线路。
5.根据权利要求1所述的放大器，其中所述第一线圈用于将有源反馈提供给所述第三及第四线路，且其中所述第二线圈用于将有源反馈提供给所述第一及第二线路。
6.根据权利要求1所述的放大器，其中所述变压器用于约束具有在所述第一线圈与所述第二线圈之间的受控制H场耦合的磁场。
7.一种放大器，其包括：
第一级，其用于接收由第一及第二输入电压形成的差分输入电压，且响应于所述差分输入电压而在具有相应第一及第二线路电压的第一及第二线路上输出第一差分电流，其中所述第一级为具有第一增益的第一跨导放大器；
第二级，其耦合到所述第一级，以用于接收所述第一及第二线路电压，且响应于所述第一及第二线路电压而在具有相应第三及第四线路电压的第三及第四线路上输出第二差分电流，其中所述第二级为具有第二增益的第二跨导放大器；及
变压器，其耦合到所述第一及第二级，其中所述变压器包含第一及第二线圈，其中所述第一线圈的第一端子通过第一电阻器耦合到所述第一线路，其中所述第一线圈的第二端子通过第二电阻器耦合到所述第二线路，其中所述第二线圈的第一端子通过第三电阻器耦合到所述第三线路，其中所述第二线圈的第二端子通过第四电阻器耦合到所述第四线路，其中所述第一线圈用于在第一方向上传导电流，且其中所述第二线圈用于在实质上相同于所述第一方向的第二方向上传导电流；
其中电压供应节点耦合到所述第一线圈的第三端子且耦合到所述第二线圈的第三端子。
8.根据权利要求7所述的放大器，其中所述第一线圈用于将无源阻抗增量提供给所述第一及第二线路且将有源反馈提供给所述第三及第四线路，且其中所述第二线圈用于将无源阻抗增量提供给所述第三及第四线路且将有源反馈提供给所述第一及第二线路。
9.根据权利要求8所述的放大器，其中所述变压器用于约束具有在所述第一线圈与所述第二线圈之间的受控制H场耦合的磁场。
10.一种用于多级放大的方法，其包括：
运用放大器的第一级，接收由第一及第二输入电压形成的差分输入电压，且响应于所述差分输入电压而在具有相应第一及第二线路电压的第一及第二线路上输出第一差分电流；及
运用所述放大器的第二级，接收所述第一及第二线路电压，且响应于所述第一及第二线路电压而在具有相应第三及第四线路电压的第三及第四线路上输出第二差分电流；
变压器的第一线圈的第一端子通过第一电阻器耦合到所述第一线路；所述第一线圈的第二端子通过第二电阻器耦合到所述第二线路；所述变压器的第二线圈的第一端子通过第三电阻器耦合到所述第三线路；所述第二线圈的第二端子通过第四电阻器耦合到所述第四线路；且电压供应节点耦合到所述第一线圈的第三端子且耦合到所述第二线圈的第三端子。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一及第二级为分别具有第一及第二增益的第一及第二跨导放大器。
12.根据权利要求10所述的方法，且其包括：通过所述第一线圈，在第一方向上传导电流；及通过所述第二线圈，在所述第一方向上传导电流。
13.根据权利要求10所述的方法，且其包括：运用所述第一线圈，将无源阻抗增量提供给所述第一及第二线路；及运用所述第二线圈，将无源阻抗增量提供给所述第三及第四线路。
14.根据权利要求10所述的方法，且其包括：运用所述第一线圈，将有源反馈提供给所述第三及第四线路；及运用所述第二线圈，将有源反馈提供给所述第一及第二线路。
15.根据权利要求10所述的方法，且其包括：运用所述变压器，约束具有在所述第一线圈与所述第二线圈之间的受控制H场耦合的磁场。
16.一种用于多级放大的方法，其包括：
运用放大器的第一级，接收由第一及第二输入电压形成的差分输入电压，且响应于所述差分输入电压而在具有相应第一及第二线路电压的第一及第二线路上输出第一差分电流，其中所述第一级为具有第一增益的第一跨导放大器；
运用所述放大器的第二级，接收所述第一及第二线路电压，且响应于所述第一及第二线路电压而在具有相应第三及第四线路电压的第三及第四线路上输出第二差分电流，其中所述第二级为具有第二增益的第二跨导放大器；
变压器的第一线圈的第一端子通过第一电阻器耦合到所述第一线路；所述第一线圈的第二端子通过第二电阻器耦合到所述第二线路；所述变压器的第二线圈的第一端子通过第三电阻器耦合到所述第三线路；所述第二线圈的第二端子通过第四电阻器耦合到所述第四线路；且电压供应节点耦合到所述第一线圈的第三端子且耦合到所述第二线圈的第三端子；
通过所述第一线圈，在第一方向上传导电流；及
通过所述第二线圈，在实质上相同于所述第一方向的第二方向上传导电流。
17.根据权利要求16所述的方法，且其包括：
运用所述第一线圈，将无源阻抗增量提供给所述第一及第二线路且将有源反馈提供给所述第三及第四线路；及
运用所述第二线圈，将无源阻抗增量提供给所述第三及第四线路且将有源反馈提供给所述第一及第二线路。
18.根据权利要求17所述的方法，且其包括：运用所述变压器，约束具有在所述第一线圈与所述第二线圈之间的受控制H场耦合的磁场。
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