CN116888889A - 宽带低噪声放大器 - Google Patents

宽带低噪声放大器 Download PDF

Info

Publication number
CN116888889A
CN116888889A CN202280017606.9A CN202280017606A CN116888889A CN 116888889 A CN116888889 A CN 116888889A CN 202280017606 A CN202280017606 A CN 202280017606A CN 116888889 A CN116888889 A CN 116888889A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coil
transistor
coupled
output
transconductance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280017606.9A
Other languages
English (en)
Inventor
A·M·A·梅德拉
F·盖塔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qualcomm Inc
Original Assignee
Qualcomm Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qualcomm Inc filed Critical Qualcomm Inc
Publication of CN116888889A publication Critical patent/CN116888889A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/56—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
    • H03F1/565—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for using inductive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/34—Negative-feedback-circuit arrangements with or without positive feedback
    • H03F1/347—Negative-feedback-circuit arrangements with or without positive feedback using transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/195—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only in integrated circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G1/00—Details of arrangements for controlling amplification
    • H03G1/0005—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
    • H03G1/0017—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier
    • H03G1/0029—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier using FETs
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
    • H03G3/001—Digital control of analog signals
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/222—A circuit being added at the input of an amplifier to adapt the input impedance of the amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/294—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a low noise amplifier [LNA]
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/372—Noise reduction and elimination in amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/387—A circuit being added at the output of an amplifier to adapt the output impedance of the amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/444—Diode used as protection means in an amplifier, e.g. as a limiter or as a switch
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/489—A coil being added in the source circuit of a common source stage, e.g. as degeneration means
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/492—A coil being added in the source circuit of a transistor amplifier stage as degenerating element
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/534—Transformer coupled at the input of an amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/541—Transformer coupled at the output of an amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/61—Indexing scheme relating to amplifiers the cascode amplifier has more than one common gate stage
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/72—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier stage being a common gate configuration MOSFET
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/75—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier stage being a common source configuration MOSFET

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

一种宽带放大器包括第一级和第二级。第一级包括由通过输入变压器的输入信号驱动的跨导晶体管。跨导晶体管耦合到共源共栅晶体管，形成针对第一级的输出节点。第二级通过输出变压器耦合来自第一级的输出节点，以驱动输出晶体管。

Description

宽带低噪声放大器
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年3月23日提交的美国专利申请第17/210,416号的优先权和权益，该专利申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本申请涉及低噪声放大器，并且更具体地涉及宽带低噪声放大器。
背景技术
来自接收器天线的RF信号通常非常微弱，信噪比也相应地低。因此，接收器通常包括低噪声放大器，以放大接收到的RF信号，而不会由于附加噪声而显著恶化信噪比。与发射器中向负载供电的功率放大器相比，低噪声放大器(LNA)为接收到的RF信号提供电压(或电流)增益。期望在不恶化噪声系数的情况下提供这种增益。
低噪声特性对LNA尤为重要，因为LNA通常是接收器放大器链中的第一个放大器。因此，LNA的噪声贡献将主导接收器噪声系数。LNA噪声系数的一个重要因素是LNA的源阻抗与所需水平的匹配。但是这种匹配受到信号频率的影响，使得在宽工作频带上实现低噪声LNA性能具有挑战性。
发明内容
公开了一种放大器，该放大器包括：输入变压器，包括耦合到被配置为接收输入信号的输入节点的第一线圈；第二线圈，以及第三线圈，该第二线圈耦合到输入节点；第一跨导晶体管，具有栅极和源极，该栅极通过第二线圈耦合到输入节点并且该源极耦合到第三线圈；输出晶体管；输出变压器，具有耦合到输出晶体管的源极的第四线圈、耦合到输出晶体管的栅极的第五线圈，以及耦合到输出晶体管的漏极的第六线圈；以及第一共源共栅晶体管，耦合在第一跨导晶体管的漏极与第四线圈之间。
此外，公开了一种放大输入信号的方法，该方法包括：通过输入变压器的三个相互耦合的线圈耦合输入信号，以使跨导晶体管传导电流通过共源共栅晶体管；以及将电流传导通过输出变压器，以在输出晶体管的漏极产生输出信号。
此外，公开了一种放大器的第一级，该第一级包括：第一跨导晶体管；第一线圈，耦合在输入节点与参考电压的节点之间；第二线圈，耦合在输入节点与第一跨导晶体管的栅极之间；第三线圈，耦合在第一跨导晶体管的源极与参考电压的节点之间，其中第一线圈、第二线圈和第三线圈都相互耦合以形成输入变压器；以及电容器，耦合在输入节点与地之间，该电容器被配置为与第二线圈一起形成低通滤波器，其中第一线圈和第一跨导晶体管的栅极-源极电容被配置为形成高通滤波器。
最后，公开了一种在放大器的第一级中放大的方法，该方法包括：利用输入信号驱动输入节点，以使第一电流流过耦合在输入节点与参考电压的节点之间的第一线圈；响应于第一电流，在第一线圈与第二线圈之间进行耦合，该第二线圈耦合在输入节点与跨导晶体管的栅极之间，其中在第一线圈与第二线圈之间进行耦合以及利用输入信号驱动输入节点使第二电流流过第二线圈以对跨导晶体管的栅极充电；响应于第一电流，在第一线圈与第三线圈之间进行耦合，该第三线圈耦合到跨导晶体管的源极和参考电压的节点，以使第三电流流过第三线圈；并且其中在第一线圈与第二线圈之间进行耦合结合输入节点的电容对输入信号进行低通滤波，并且其中在第一线圈与第二线圈之间进行耦合结合跨导晶体管的栅极-源极电容对输入信号进行高通滤波。
通过以下详细描述，可以更好地理解这些和其他有利特征。
附图说明
图1A图示了根据本公开的一个方面的宽带放大器的第一级。
图1B图示了根据本公开的一个方面的图1A的第一级中输入变压器的端子标记和互感。
图1C图示了根据本公开的一个方面的用于图1A的输入变压器中的线圈的金属层布线。
图2A图示了根据本公开的一个方面的宽带放大器的第二级。
图2B图示了根据本公开的一个方面的图2A的第二级中输出变压器的端子标记和互感。
图2C图示了根据本公开的一个方面的用于图2A的输出变压器中的线圈的金属层布线。
图3A图示了根据本公开的一个方面的并有宽带低噪声放大器的接收器。
图3B图示了根据本公开的一个方面的并有宽带低噪声放大器的蜂窝电话。
图4是根据本公开的一个方面的第一级放大的示例方法的流程图。
通过参考下面的详细描述，可以最佳地理解本公开的实施例和它们的优点。应当理解，相同的附图标记用于标识一个或多个图中所图示的相同元件。
具体实施方式
第五代新无线电(5G NR)的频率范围1(FR1)频谱中的频带激增，在C波段上扩展，包括从3.3GHz至7GHz。然而，C波段的某些部分要么保留给其他应用，要么与其他应用共用。例如，从4.2GHz至4.4GHz的频带被保留用于航空电子应用。此外，从大约5GHz延伸到6GHz的频带与WiFi网络共用。但是C波段的剩余部分可用于5G。例如，5G可以使用从3.3GHz延伸到4.2GHz的n77频带、从4.2GHz延伸到5GHz的n79频带以及从5GHz延伸到6GHz的C波段的剩余上部。
5GHz至6GHz频带的WiFi流量中存在的强干扰对5G应用提出了挑战。在一种方法中，可以使用带通滤波来抑制WiFi波段，但是这样的滤波可能会降低噪声系数和输出功率。因此，已知依赖共存管理器或干扰检测来代替带通滤波。考虑到这些简单滤除5GHz至6GHz频带的替代方法，5G收发器可能需要适应C波段的广阔范围。例如，5G接收器可能需要对范围为n77波段到C波段上部的接收信号进行低噪声放大。在如此宽的频率范围上匹配(提供期望的输入阻抗和期望的输出阻抗)低噪声放大器是一个挑战。
提供了一种宽带放大器(例如，低噪声放大器)，该宽带放大器包括输入级，该输入级在相对大的频率范围内有利地将宽带放大器的输入阻抗匹配到期望的输入阻抗值。类似地，宽带放大器包括输出级，该输出级在相对大的频率范围内有利地将宽带放大器的输出阻抗匹配到期望的输出阻抗值。由于宽带放大器可以在整个相对大的频率范围上工作，所以与使用多个放大器来提供宽带性能的传统实践相比，包括宽带放大器的接收器的设计在从天线到宽带放大器的路由方面被有利地简化了。此外，从宽带放大器到基带调制解调器的路由也同样被简化，与使用多个放大器相比，这大大降低了成本。
下面的讨论将假设宽带放大器所服务的频率范围是C波段，诸如范围为从3.3GHz至7GHz，但是应当理解，所公开的宽带放大器可以容易地适于在替代的频带中使用。在图1A中图示了宽带放大器的示例输入级100。输入级100在本文也被称为第一级100。为了允许增益适应，输入级100包括若干可选的分支或段。每个分支包括其自己的跨导晶体管和共源共栅晶体管。例如，第一分支105包括跨导晶体管M1，其漏极连接到共源共栅晶体管M2的源极。第二分支105'具有跨导晶体管M1'和共源共栅晶体管M2'的类似布置。类似地，第三分支105”包括跨导晶体管M1”和共源共栅晶体管M2”。最后，第四分支105”'包括跨导晶体管M1”'和共源共栅晶体管M2”'。在输入级100中，跨导晶体管和共源共栅晶体管都是n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，但是应当理解，输入级100容易转换成p型金属氧化物半导体(PMOS)实现，其中跨导晶体管和共源共栅晶体管都是PMOS晶体管。
为了激活分支，控制器150用偏置发生器151产生的偏置电压来控制相应的共源共栅晶体管的栅极偏压。例如，对于第一级100，只有一个分支在低增益状态下是有源的。为了说明清楚，偏置发生器151被示出为仅向共源共栅晶体管M1的栅极施加偏置电压，但是应当理解，偏置发生器151为每个有源分支使共源共栅晶体管的栅极偏置。类似地，偏置发生器151使无源分支中的共源共栅晶体管的栅极偏置，使得它们的共源共栅晶体管不传导。例如，在NMOS实现方式中，偏置发生器151可以将无源分支中的共源共栅晶体管的栅极接地，以防止它们对输入节点110的输入信号(例如，接收到的RF输入信号)的放大做出贡献。每个共源共栅晶体管的栅极通过相应的电容器C2耦合到地，使得每个共源共栅晶体管栅极是AC接地的。在PMOS实现方式中，无源分支将使它们的共源共栅晶体管的栅极充电到电源电压，而不是在NMOS实现方式中接地。
输入信号驱动每个有源分支中的跨导晶体管的栅极，使得每个有源分支根据跨导晶体管的跨导来传导相应的电流。例如，假设分支105是有源的。跨导晶体管M1然后将传导通过共源共栅晶体管M2的电流，以在输出节点115使输出级偏置(在本文进一步讨论)。为了提供与期望的输入阻抗(例如，50Ω)的宽带匹配，每个有源分支由通过输入变压器120的输入信号驱动，该输入变压器包括耦合在输入节点110与固定参考电压的节点(诸如地)之间的第一线圈(电感器)L1。第二线圈L2耦合在输入节点110与跨导晶体管的栅极之间。线圈L1和L2对于所有分支是公共的。输入变压器120的第三线圈耦合在固定参考电压的节点(诸如地)与每个跨导晶体管的源极之间。在一个实现方式中，每个跨导晶体管的源极可以通过其自己的第三线圈耦合到地。然而，可以通过在多个分支上共用线圈来实现提高的密度。例如，分支105和105'两者可以共享耦合在跨导晶体管M1和M1'的源极与地之间的线圈L3。类似地，分支105”和105”'两者可以共享耦合在跨导晶体管M3”和M3”'的源极与地之间的线圈L3'。线圈L1、L2和L3都相互耦合，如图1A所示的同名端(dot convention)所表示。类似地，线圈L1、L2和L3'都相互耦合，如图示的同名端所表示。线圈的共享还扩展到电容器，这种共享提供从线圈L2到跨导晶体管栅极的AC隔离。例如，跨导晶体管M1和M1'的栅极通过栅极电容器C1耦合到线圈L2。类似地，跨导晶体管M1”和M1”'的栅极通过栅极电容器C1'耦合到线圈L2。在共源共栅晶体管和跨导晶体管的PMOS实施例中，线圈L1和L3所耦合到的固定参考电压的节点可以包括电源电压的节点，而不是在NMOS实施例中接地。
如前所述，线圈的极性由同名端图示。线圈L1与线圈L3之间的互感耦合增加了跨导晶体管M1和M1'的源极退化(当它们相应的分支是有源的时)，以增加与期望输入阻抗的宽带匹配。当跨导晶体管M1”和M1”'的相应分支是有源的时，线圈L1与线圈L3'之间的耦合类似地增加了它们的源极退化。线圈L1与线圈L3和L3'之间的共栅耦合增加了有源分支的跨导，并进一步增强了宽带匹配。
线圈L1与L2之间的耦合通过与输入节点110处的输入电容和每个有源跨导晶体管的栅极-源极电容一起形成四阶滤波器，进一步增强了宽带耦合。输入电容控制所得四阶滤波器的频率响应中较高频低通滤波器极点的频率，而栅极-源极电容控制较低频高通滤波器极点的频率。为了在C波段上提供宽带匹配，较高频率极点频率可以大约等于7GHz，而较低频极点频率大约等于3GHz。然后，可以通过适当设置线圈L1与L2之间的互感来进一步调谐C波段上的匹配。在一个实施例中，耦合在输入节点110与地之间的静电放电(ESD)二极管125的寄生电容提供了足够的电容来产生较低频极点的期望频率。为了提供额外的电容，输入电容器Cin可以通过开关S1选择性地耦合到输入节点110。有源跨导晶体管的寄生栅极-源极电容可以提供足够的电容来给出较高频极点的期望频率。然而，在一些实施例中，Cgs电容器可以通过闭合开关S2选择性地耦合在有源跨导晶体管的栅极和源极上。在这样的实施例中，控制器150还可以控制开关S1和S2的操作。为了说明清楚，单个电容器Cgs被图示耦合到线圈L3，但是应当理解，可以提供另一电容器Cgs耦合到线圈L3'。关于宽带匹配，可以示出第一级100的输入阻抗等于晶体管M1的跨导与线圈L3的电感的乘积除以栅极-源极电容Cgs(单独来自晶体管M1或者与Cgs电容器结合)。通过适当调节这些输入阻抗因子，可以实现宽带匹配，以产生所需的输入阻抗，诸如50Ω。
为了节省裸片空间，输入变压器120可以通过在与半导体裸片相邻的金属层中形成的同心线圈来形成，第一级100集成在该半导体裸片中。关于这种线圈布置，线圈L1、L2和L3的一组端子P1、P2、P3和P4可以如图1B所示地标记。输入变压器120的最终金属层线圈布置可以如图1C所示。线圈L1和L2形成在以黑色图示的一个金属层中，而源线圈L3可以形成在以交叉影线图示的相邻的第二金属层中。端子P1对线圈L1和L2两者是公共的。因为端子P1跨越线圈L1，所以端子P1可以形成在第二金属层中，并且通过在金属层之间延伸的过孔130连接到线圈L1和L2。线圈L3在第二金属层中在端子P4与P3之间延伸。由于端子P4对于形成在第一金属层中的线圈L1也是公共的，所以端子P4通过过孔135耦合到线圈L1。端子P2通过过孔140耦合到线圈L2。线圈L1与线圈L2之间存在互感K12(耦合)。类似地，线圈L1与线圈L3之间存在互感K13。最后，线圈L2与线圈L3之间存在互感K23。在一个实现方式中，这些互感中的每个互感可以约为0.3，但是应当理解，在替代实现方式中可以使用互感的其他值。为了图示清楚起见，线圈L3'没有在图1C中图示，但是可以类似于线圈L3所讨论的那样构造。
现在将讨论图2A所示的第二级200。注意，第一级100可以与第二级的其他实现方式组合，或者可以在替代实现方式中单独使用。第二级200在本文也称为输出级200。第一级100的输出节点115充当输出级200的输入节点205。输出变压器210包括耦合在输入节点205与NMOS输出晶体管M3的源极之间的线圈L4。线圈L4在输出晶体管M3栅极处与线圈L5互耦，在输出晶体管M3的漏极处与线圈L6互耦。电容器C4耦合在输出晶体管M3的源极与地之间，以向输出晶体管M3的源极提供AC接地。线圈L6耦合在诸如电源电压的固定参考电压的节点与输出晶体管M3的漏极之间。在输出晶体管M3的PMOS实施例中，与在NMOS实施例中等于电源电压相反，线圈L6的固定参考电压可以是地。电压源225通过线圈L5利用可能小于电源电压的正偏置电压Vbias2使输出晶体管M3的栅极偏置。
线圈L5与线圈L4之间的耦合用于匹配第二级200的输入阻抗和第一级100的输出阻抗。线圈L5与线圈L6之间的耦合对于增强稳定性非常有利，否则稳定性会由于晶体管M3的寄生栅极-漏极电容而受到干扰。第一级100中的共源共栅晶体管M2-M2”'提供了类似的稳定性增强，以解决可能由相应跨导晶体管M1-M1”'的寄生栅极-漏极电容引起的不稳定性。为了适应电源电压的相对低值(例如，1.2V)以降低功耗，在第二级200中可能没有足够的净空来将共源共栅晶体管放置在输出晶体管M3的漏极。输出变压器210因此有利地增强了由第一级100和第二级200的组合形成的低噪声放大器的稳定性，尽管在第二级200中缺少共源共栅晶体管。以这种方式，适应电源电压的相对低值以降低功耗。然而，应当理解，在替代实现方式中，第二级200中可以包括共源共栅晶体管。
输出变压器210可以以与输入变压器所讨论的类似方式形成在与半导体裸片相邻或与半导体裸片一起集成的金属层中，第二级200集成在该半导体裸片中。对于输出变压器210，线圈L1、L2和L3的一组端子P1'、P2'、P3'、P4'和P5'可以如图2B所示地标记。输出变压器210的最终金属层线圈布置可以如图2C所示。线圈L4、L5和L6以及端子P1'形成在以黑色示出的一个金属层中，而端子P2'、P3'、P4'、P5'和P6'可以形成在以交叉影线图示的相邻的第二金属层中。从端子P1'，线圈L4顺时针卷绕成越来越小的线圈，以通过过孔耦合到端子P2'。端子P3'通过过孔耦合到线圈L5的最内部线圈的开头。线圈L5从其连接到端子P3'的过孔逆时针卷绕成越来越大的线圈，卷绕到将其连接到端子P4'的过孔。线圈L6位于线圈L5的线圈内。端子P6'通过过孔连接到线圈L5的最外面的线圈，然后线圈L5以顺时针方向卷绕成越来越小的线圈，卷绕到过孔以连接到端子P5'。互感K45(耦合)存在于线圈L4与线圈L5之间，并且在一些实现方式中可以大约等于0.7。类似地，在线圈L5与线圈L6之间存在在一些实现方式中可以约大等于0.2的互感K56。然而，应当理解，在替代实现方式中，可以使用互感的其他值。
诸如由第一级100和第二级200的组合形成的宽带放大器可以在任何合适的接收器架构中用作低噪声放大器(LNA)。图3A中示出了示例蜂窝电话接收器300(其也可以适用于其他合适的接收器架构，诸如WLAN或其他WWAN***)。宽带LNA 305包括如本文所公开地布置的第一级和第二级。LNA 305放大诸如由来自天线310(或多个天线)的接收RF信号产生的输入电压信号。来自LNA 305的输出电压信号在混频器330中与诸如来自压控振荡器(VCO)315的本地振荡器信号混频以产生模拟基带信号，该模拟基带信号在被模数转换器(ADC)325数字化以形成数字基带信号之前被滤波器320滤波。滤波器320可以替代地在ADC325下游的数字域中实现，如接收器领域所已知的。
如图3B所示，如本文所公开的具有LNA的接收器可以集成到蜂窝电话350内的收发器RF前端电路335中。收发器RF前端电路335将来自调制解调器340的数字基带信号转换成RF信号，用于传输到远程网络节点，诸如基站(未图示)。收发器RF前端电路335还用于将接收到的RF信号转换成调制解调器340的数字基带信号。在一些实现方式中，调制解调器340也可以集成在片上***(SoC)中。应当理解，如本文所公开的LNA可以被包括在不同于收发器集成电路的RF前端集成电路中。
现在将参照图4的流程图讨论第一级放大的方法。该方法包括动作400，利用输入信号驱动输入节点以使第一电流流过耦合在输入节点与参考电压的节点之间的第一线圈。此外，该方法包括动作405，其响应于第一电流并包括在第一线圈与第二线圈之间进行耦合，该第二线圈耦合在输入节点与跨导晶体管的栅极之间，其中在第一线圈与第二线圈之间进行耦合以及利用输入信号驱动输入节点使第二电流流过第二线圈以对跨导晶体管的栅极充电。该方法还包括动作410，其也响应于第一电流并包括在第一线圈与第三线圈之间进行耦合，该第三线圈耦合到跨导晶体管的源极和参考电压的节点，以使第三电流流过第三线圈。最后，该方法包括动作415，其中在第一线圈与第二线圈之间进行耦合结合输入节点的电容对输入信号进行低通滤波，并且其中在第一线圈与第二线圈之间进行耦合结合跨导晶体管的栅极-源极电容对输入信号进行高通滤波。
现在将通过一系列条款总结本公开：
条款1.一种放大器，包括：
输入变压器，包括第一线圈、第二线圈和第三线圈，该第二线圈耦合到被配置为接收输入信号的输入节点；
第一跨导晶体管，具有栅极和源极，第一跨导晶体管的栅极通过第二线圈耦合到输入节点，第一跨导晶体管的源极耦合到第三线圈；
输出晶体管；
输出变压器，具有耦合到输出晶体管的源极的第四线圈、耦合到输出晶体管的栅极的第五线圈，以及耦合到输出晶体管的漏极的第六线圈；以及
第一共源共栅晶体管，耦合在第一跨导晶体管的漏极与第四线圈之间。
条款2.根据条款1所述的放大器，还包括：
电容器，耦合在输出晶体管的源极与地之间。
条款3.根据条款1-2中任一项所述的放大器，其中第一线圈耦合在输入节点与地之间。
条款4.根据条款3所述的放大器，还包括：
电压源，被配置为利用偏置电压将第五线圈的第一端子偏置，其中第五线圈的第二端子耦合到输出晶体管的栅极。
条款5.根据条款1-4中任一项所述的放大器，其中第一跨导晶体管、第一共源共栅晶体管和输出晶体管被集成到半导体裸片中。
条款6.根据条款5中任一项所述的放大器，其中第一线圈和第二线圈两者共享第一端子，第二线圈具有连接到第一跨导晶体管的栅极的第二端子，第三线圈具有连接到第一跨导晶体管的源极的第三端子，并且第一线圈和第三线圈两者共享连接到地的第四端子。
条款7.根据条款6所述的放大器，其中第一端子、第二端子、第三端子和第四端子在第一金属层中实现，并且其中第一线圈、第二线圈和第三线圈在与第一金属层相邻的第二金属层中实现。
条款8.根据条款5-7中任一项所述的放大器，其中第五线圈被容纳在第四线圈内，并且第六线圈被容纳在第五线圈内。
条款9.根据条款1-8中任一项所述的放大器，其中第一跨导晶体管、第一共源共栅晶体管和输出晶体管都包括n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。
条款10.根据条款9所述的放大器，其中第六线圈的第一端子耦合到针对电源电压的节点，并且其中第六线圈的第二端子耦合到输出晶体管的漏极。
条款11.根据条款1-10中任一项所述的放大器，其中输出晶体管的漏极包括放大器的输出节点。
条款12.根据条款11所述的放大器，其中放大器包括被集成在接收器内的低噪声放大器，该接收器包括：
耦合到放大器的输出节点的混频器；和
耦合到混频器的输出节点的模数转换器。
条款13.根据条款1-12中任一项所述的放大器，还包括：
第二跨导晶体管，具有栅极和源极，第二跨导晶体管的栅极通过第二线圈耦合到输入节点，第二跨导晶体管的源极耦合到第三线圈；以及
第二共源共栅晶体管，耦合在第二跨导晶体管的漏极与第四线圈之间。
条款14.根据条款1-13中任一项所述的放大器，还包括：
耦合到输入节点的多个静电放电二极管。
条款15.一种放大输入信号的方法，包括：
通过输入变压器的三个相互耦合的线圈耦合输入信号，以使跨导晶体管传导电流通过共源共栅晶体管；以及
将电流传导通过输出变压器，以在输出晶体管的漏极产生输出信号。
条款16.根据条款15所述的方法，其中传导电流通过输出变压器包括：
传导电流通过输出变压器的第一线圈，第一线圈耦合在共源共栅晶体管与输出晶体管的源极之间；
将来自输出变压器的第一线圈的电流耦合到输出变压器的第二线圈，第二线圈耦合到输出晶体管的栅极；以及
将来自输出变压器的第二线圈的电流耦合到输出变压器的第三线圈，第三线圈耦合到输出晶体管的漏极。
条款17.根据条款16所述的方法，还包括：
利用电源电压对第三线圈的第一端子进行偏置；以及
利用偏置电压对第二线圈的第一端子进行偏置，其中第二线圈的第二端子耦合到输出晶体管的栅极。
条款18.根据条款15-17中任一项所述的方法，还包括：
使输出晶体管的源极AC接地。
条款19.一种放大器的第一级，包括：
第一跨导晶体管；
第一线圈，耦合在输入节点与针对参考电压的节点之间；
第二线圈，耦合在输入节点与第一跨导晶体管的栅极之间；
第三线圈，耦合在第一跨导晶体管的源极与参考电压的节点之间，其中第一线圈、第二线圈和第三线圈都相互耦合以形成输入变压器；以及
输入电容器，耦合在输入节点与地之间，该输入电容器被配置为与第二线圈一起形成低通滤波器，其中第一线圈和第一跨导晶体管的栅极-源极电容被配置为形成高通滤波器。
条款20.根据条款19所述的第一级，其中参考电压的节点包括地。
条款21.根据条款20所述的第一级，其中第一跨导晶体管包括NMOS晶体管。
条款22.根据条款19-21中任一项所述的第一级，还包括：
第一共源共栅晶体管，具有耦合到所述第一跨导晶体管的漏极的源极。
条款23.根据条款22所述的第一级，还包括：
第二跨导晶体管，具有栅极和源极，第二跨导晶体管的栅极耦合到第二线圈，第二跨导晶体管的源极耦合到第三线圈；
第二共源共栅晶体管，具有连接到第二跨导晶体管的漏极的源极，其中第一共源共栅晶体管的漏极和第二共源共栅晶体管的漏极被配置为形成第一级的输出节点。
条款24.根据条款23所述的第一级，还包括：
控制器，被配置为选择性地控制第一共源共栅晶体管的栅极电压和第二共源共栅晶体管的栅极电压，以调节第一级的增益。
条款25.根据条款20-24中任一项所述的第一级，还包括：
栅极电容器，其中第二线圈被配置为通过栅极电容器耦合到所述第一跨导晶体管的栅极。
条款26.根据条款20-25中任一项所述的第一级，其中输入电容器包括多个静电放电二极管的寄生电容。
条款27.一种在放大器的第一级中放大的方法，包括：
利用输入信号驱动输入节点，以使第一电流流过耦合在输入节点与参考电压的节点之间的第一线圈；
响应于第一电流，在第一线圈与第二线圈之间进行耦合，该第二线圈耦合在输入节点与跨导晶体管的栅极之间，其中在第一线圈与第二线圈之间进行耦合以及利用输入信号驱动输入节点使第二电流流过第二线圈以对跨导晶体管的栅极充电；
响应于第一电流，在第一线圈与第三线圈之间进行耦合，该第三线圈耦合到跨导晶体管的源极和参考电压的节点，以使第三电流流过第三线圈；并且
其中在第一线圈与第二线圈之间进行耦合结合输入节点的电容对输入信号进行低通滤波，并且其中在第一线圈与第二线圈之间进行耦合结合跨导晶体管的栅极-源极电容对输入信号进行高通滤波。
条款28.根据条款27所述的方法，还包括：
响应于跨导晶体管的栅极的充电，将电流通过共源共栅晶体管。
条款29.根据条款27-28中任一项所述的方法，其中针对参考电压的节点包括地。
应当理解，在不脱离本公开范围的情况下，可以对本公开的装置的材料、设备、配置和使用方法进行许多修改、替代和变型。鉴于此，本公开的范围不应限于本文图示和描述的特定实施例的范围，因为它们仅仅是本公开的一些示例，而是应该与所附权利要求及其功能等效物的范围完全相称。

Claims (30)

1.一种放大器，包括：
输入变压器，包括第一线圈、第二线圈和第三线圈，所述第二线圈耦合到被配置为接收输入信号的输入节点；
第一跨导晶体管，具有栅极和源极，所述第一跨导晶体管的所述栅极通过所述第二线圈耦合到所述输入节点，所述第一跨导晶体管的所述源极耦合到所述第三线圈；
输出晶体管；
输出变压器，具有耦合到所述输出晶体管的源极的第四线圈、耦合到所述输出晶体管的栅极的第五线圈，以及耦合到所述输出晶体管的漏极的第六线圈；以及
第一共源共栅晶体管，耦合在所述第一跨导晶体管的漏极与所述第四线圈之间。
2.根据权利要求1所述的放大器，还包括：
电容器，耦合在所述输出晶体管的所述源极与地之间。
3.根据权利要求1所述的放大器，其中所述第一线圈耦合在所述输入节点与地之间。
4.根据权利要求1所述的放大器，还包括：
电压源，被配置为利用偏置电压将所述第五线圈的第一端子偏置，其中所述第五线圈的第二端子耦合到所述输出晶体管的所述栅极。
5.根据权利要求1所述的放大器，其中所述第一跨导晶体管、所述第一共源共栅晶体管和所述输出晶体管被集成到半导体裸片中。
6.根据权利要求5所述的放大器，其中所述第一线圈和所述第二线圈两者共享第一端子，所述第二线圈具有连接到所述第一跨导晶体管的所述栅极的第二端子，所述第三线圈具有连接到所述第一跨导晶体管的所述源极的第三端子，并且所述第一线圈和所述第三线圈两者共享连接到地的第四端子。
7.根据权利要求6所述的放大器，其中所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子和所述第四端子在第一金属层中实现，并且其中所述第一线圈、所述第二线圈和所述第三线圈在与所述第一金属层相邻的第二金属层中实现。
8.根据权利要求5所述的放大器，其中所述第五线圈被容纳在所述第四线圈内，并且所述第六线圈被容纳在所述第五线圈内。
9.根据权利要求1所述的放大器，其中所述第一跨导晶体管、所述第一共源共栅晶体管和所述输出晶体管都包括n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。
10.根据权利要求9所述的放大器，其中所述第六线圈的第一端子耦合到针对电源电压的节点，并且其中所述第六线圈的第二端子耦合到所述输出晶体管的所述漏极。
11.根据权利要求10所述的放大器，其中所述输出晶体管的所述漏极包括所述放大器的输出节点。
12.根据权利要求11所述的放大器，其中所述放大器包括被集成在接收器内的低噪声放大器，所述接收器包括：
耦合到所述放大器的所述输出节点的混频器；和
耦合到所述混频器的输出节点的模数转换器。
13.根据权利要求1所述的低噪声放大器，还包括：
第二跨导晶体管，具有栅极和源极，所述第二跨导晶体管的所述栅极通过所述第二线圈耦合到所述输入节点，所述第二跨导晶体管的所述源极耦合到所述第三线圈；以及
第二共源共栅晶体管，耦合在所述第二跨导晶体管的漏极与所述第四线圈之间。
14.根据权利要求1所述的放大器，还包括耦合到所述输入节点的多个静电放电二极管。
15.一种放大输入信号的方法，包括：
通过输入变压器的三个相互耦合的线圈耦合输入信号，以使跨导晶体管传导电流通过共源共栅晶体管；以及
将所述电流传导通过输出变压器，以在输出晶体管的漏极产生输出信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中传导所述电流通过所述输出变压器包括：
传导所述电流通过所述输出变压器的第一线圈，所述第一线圈耦合在所述共源共栅晶体管与所述输出晶体管的源极之间；
将来自所述输出变压器的所述第一线圈的所述电流耦合到所述输出变压器的第二线圈，所述第二线圈耦合到所述输出晶体管的栅极；以及
将来自所述输出变压器的所述第二线圈的电流耦合到所述输出变压器的第三线圈，所述第三线圈耦合到所述输出晶体管的所述漏极。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
利用电源电压对所述第三线圈的第一端子进行偏置；以及
利用偏置电压对所述第二线圈的第一端子进行偏置，其中所述第二线圈的第二端子耦合到所述输出晶体管的所述栅极。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：
使所述输出晶体管的所述源极AC接地。
19.一种放大器的第一级，包括：
输入节点；
第一跨导晶体管；
第一线圈，耦合在所述输入节点与针对参考电压的节点之间；
第二线圈，耦合在所述输入节点与所述第一跨导晶体管的栅极之间；
第三线圈，耦合在所述第一跨导晶体管的源极与所述参考电压的所述节点之间，其中所述第一线圈、所述第二线圈和所述第三线圈都相互耦合以形成输入变压器；以及
输入电容器，耦合在所述输入节点与地之间，所述输入电容器被配置为与所述第二线圈一起形成低通滤波器，其中所述第一线圈和所述第一跨导晶体管的栅极-源极电容被配置为形成高通滤波器。
20.根据权利要求19所述的第一级，其中所述参考电压的所述节点包括地。
21.根据权利要求20所述的第一级，其中所述第一跨导晶体管包括NMOS晶体管。
22.根据权利要求19所述的第一级，还包括：
第一共源共栅晶体管，所述第一共源共栅晶体管具有耦合到所述第一跨导晶体管的漏极的源极。
23.根据权利要求22所述的第一级，还包括：
第二跨导晶体管，具有栅极和源极，所述第二跨导晶体管的所述栅极耦合到所述第二线圈，所述第二跨导晶体管的所述源极耦合到所述第三线圈；
第二共源共栅晶体管，具有连接到所述第二跨导晶体管的漏极的源极，其中所述第一共源共栅晶体管的漏极和所述第二共源共栅晶体管的漏极被配置为形成所述第一级的输出节点。
24.根据权利要求23所述的第一级，还包括：
控制器，被配置为选择性地控制所述第一共源共栅晶体管的栅极电压和所述第二共源共栅晶体管的栅极电压，以调节所述第一级的增益。
25.根据权利要求20所述的第一级，还包括：
栅极电容器，其中所述第二线圈被配置为通过所述栅极电容器耦合到所述第一跨导晶体管的所述栅极。
26.根据权利要求20所述的第一级，其中所述输入电容器包括多个静电放电二极管的寄生电容。
27.根据权利要求22所述的第一级，还包括：
负载，耦合到所述第一共源共栅晶体管的漏极。
28.根据权利要求22所述的第一级，还包括第二级，所述第二级包括：
输出晶体管；
输出变压器，具有耦合到所述输出晶体管的源极的第四线圈、耦合到所述输出晶体管的栅极的第五线圈，以及耦合到所述输出晶体管的漏极的第六线圈，其中所述第四线圈还耦合到所述第一共源共栅晶体管的所述漏极。
29.根据权利要求28所述的第一级，其中所述输出晶体管的所述漏极包括放大器的输出节点，所述放大器包括所述第一级和所述第二级。
30.根据权利要求29所述的第一级，其中所述放大器包括集成在接收器内的低噪声放大器，所述接收器包括：
混频器，耦合到所述放大器的所述输出节点；以及
模数转换器，耦合到所述混频器的输出节点。
CN202280017606.9A 2021-03-23 2022-03-08 宽带低噪声放大器 Pending CN116888889A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/210,416 US11888453B2 (en) 2021-03-23 2021-03-23 Wideband low-noise amplifier
US17/210,416 2021-03-23
PCT/US2022/019405 WO2022203860A1 (en) 2021-03-23 2022-03-08 Wideband low-noise amplifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116888889A true CN116888889A (zh) 2023-10-13

Family

ID=80937048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280017606.9A Pending CN116888889A (zh) 2021-03-23 2022-03-08 宽带低噪声放大器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11888453B2 (zh)
CN (1) CN116888889A (zh)
WO (1) WO2022203860A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116073772B (zh) * 2023-03-07 2023-07-18 华南理工大学 一种超宽带低噪声放大器及通信设备
CN116015221B (zh) * 2023-03-24 2023-05-26 安徽矽磊电子科技有限公司 一种基于变压器负反馈的射频放大器电路

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8446217B2 (en) * 2008-07-17 2013-05-21 Imec Dual-loop feedback amplifying circuit
JP2017225070A (ja) 2016-06-17 2017-12-21 株式会社村田製作所 増幅器
US10211795B2 (en) * 2016-07-21 2019-02-19 Skyworks Solutions, Inc. Impedance transformation circuit and overload protection for low noise amplifier
GB201614239D0 (en) * 2016-08-19 2016-10-05 Novelda As Amplifier
US10530314B2 (en) * 2017-11-17 2020-01-07 Qualcomm Incorporated Gain-dependent impedance matching and linearity
US10707817B2 (en) 2018-05-30 2020-07-07 Speedlink Technology Inc. Wideband low noise amplifier (LNA) with a reconfigurable bandwidth for millimeter-wave 5G communication
KR102133926B1 (ko) 2018-11-07 2020-07-15 한국과학기술원 낮은 위상 변화를 갖는 광대역 가변 이득 증폭기
KR102657358B1 (ko) * 2019-02-15 2024-04-15 한국전자통신연구원 변압기를 이용하여 전류를 재사용하기 위한 증폭기 및 그의 동작 방법
US10944441B2 (en) * 2019-05-13 2021-03-09 Qualcomm Incorporated Receiver with broadband low-noise amplifier and filter bypass

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022203860A1 (en) 2022-09-29
US20220311391A1 (en) 2022-09-29
US11888453B2 (en) 2024-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10536187B2 (en) Complementary metal oxide semiconductor differential antenna transmit-receive switches with power combining circuitry for orthogonal frequency-division multiplexing systems
US7209727B2 (en) Integrated circuit radio front-end architecture and applications thereof
US7928802B2 (en) RF amplification device
US6919858B2 (en) RF antenna coupling structure
US7719141B2 (en) Electronic switch network
CN116888889A (zh) 宽带低噪声放大器
US11336243B2 (en) RFFE LNA topology supporting both noncontiguous intraband carrier aggregation and interband carrier aggregation
CN110120790B (zh) 用于多频带毫米波5g通信的宽带功率放大器和匹配网络
Lee et al. A broadband receive chain in 65nm CMOS
CN108809262B (zh) 一种可重构的低功耗低成本支持多频多模的接收机前端
Zhao et al. 5G millimeter-wave phased-array transceiver: System considerations and circuit implementations
CN114978070A (zh) 推挽功率放大电路
CN117378142A (zh) 内置sutardja变压器的低噪声放大器
Zhao et al. A band-shifting millimeter-wave T/R front-end with enhanced imaging and interference rejection covering 5G NR FR2 n257/n258/n259/n260/n261 bands
US20230387868A1 (en) Wideband Amplifier
CN111654247A (zh) 一种采用电流复用和电压合路的宽带低噪声放大器
WO2011012473A1 (en) Dual use transistor
Bashir et al. A high linearity low noise amplifier for 5G front-end modules
Zolkov et al. A mm-wave blocker-tolerant receiver achieving< 4 dB NF and− 3.5 dBm B1dB in 65-nm CMOS
Amiri et al. A pseudo-concurrent multiband LNA using double tuned transformers
US20220158682A1 (en) Transformer-based current-reuse amplifier with embedded iq generation for compact image rejection architecture in multi-band millimeter-wave 5g communication
Koringa et al. High power gain low noise amplifier design for next generation 1–7GHz wideband RF frontend RFIC using 0.18 μm CMOS
González et al. Stacked-Cascode Current Steering Architecture for Gallium Nitride Variable-Gain LNAs
Phan et al. Design technique of broadband CMOS LNA for DC-11GHz SDR
Chakraborty et al. An energy efficient wideband RF front-end for a DVB-H/ISDB-T receiver

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination