CN1476666A - 宽带双重放大器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及宽带双重放大器电路，其具有以互补组形式构造的磁隧道结器件和场效应晶体管。在一种实施例中，场效应晶体管运行以控制流经磁隧道结器件的电流操作信号的电流电平。在另一种实施例中，磁隧道结器件运行以控制施加到场效应晶体管的栅极的电压信号的电压电平。两个实施例的增益带宽乘积大于通过消除电阻型电路元件的噪声的单个器件的单个增益带宽乘积。

Description

宽带双重放大器电路
技术领域
一般地说，本发明涉及提供具有最小噪声的宽带放大的放大器电路，具体地说，本发明涉及利用在功能上互补的器件对的放大器电路。
背景技术
场效应晶体管(在下文中称为“FET”)的增益带宽乘积以及噪声系数限制了FET在较大的频率范围上放大低电平电压输入信号的能力。此外，磁隧道结器件(在下文中称为“MTJ”)的增益带宽乘积以及噪声系数限制了MTJ在较大的频率范围上放大低电平电流输入信号的能力。
在射频和微波电路中，通过缩小FET或MTJ的通带可以增加利用FET或MTJ作为有源滤波器的放大器的增益。但是，增益响应并不均匀并且经常相位不连续。此外，在串连多级时噪声性能更差。
因此，在高频电子行业人们一直在为提高放大电路的增益带宽乘积而努力。
发明内容
本发明涉及利用器件的对偶性来提高增益带宽乘积的放大器电路。
FET和MTJ在功能上串联连接以最佳地利用每个器件的放大、阻抗、噪声和操作模式的特性。这种复合结构利用了这种级联对在增益带宽方面的协同改善作用。在一种形式中MTJ输入是FET的负载。在另一种形式中FET输入(栅电极)是MTJ的负载。FET/MTJ复合结构与相应的理想阻抗特性相配合，同时消除了在常规的级联结构中由电阻引起的噪声。
结合附图从下文对当前优选的实施例的详细描述中可以进一步清楚本发明的上述形式和其它形式、特征以及优点。这些详细描述和附图仅是示例性的，而不是限制性的，本发明的范围由附加的权利要求及其等同替代方案限定。
附图说明
附图1描述了FET和MTJ的小信号模型；
附图2描述了级联的FET和MTJ放大器；
附图3a描述了应用本发明的对偶性原理的双重电压放大器；
附图3b描述了应用本发明的对偶性原理的双重电流放大器；
附图3c描述了应用本发明的对偶性原理的级联双重电压放大器；
附图3d描述了在附图3a中的放大器的小信号模型；
附图4所示为根据本发明的MTJ的示意图；
附图5所示为附图4的MTJ的磁阻响应曲线；和
附图6所示为可适用于附图3a的放大电路的操作的附图5的磁阻响应曲线的部分。
具体实施方式
对于两个电路，如果它们符合相同的电路方程但交换了电流和电压的作用，则可以认为一个是另一个的对偶。一般地，通过在表1中所述的参数/构造交换来构造对偶电路。
表1
    第一电路     第二电路
    电流I     电压V
    电场E     磁场M
    电阻R     电感G
    电感L     电容C
    电荷Q     磁通Ф
    开路     闭路
    串联连接     并联连接
    节点     网格
半导体场效应晶体管和磁隧道结类似于有源对偶元件。FET是电压控制的，即在栅极上的电压控制沟道(输出)电流，栅极具有电容性阻抗，并且不同的沟道阻抗较高-理想的电流源。MTJ是电流控制的，即通过控制线的电流控制输出电压，控制线具有电感性阻抗，不同的沟道阻抗较低-理想的电压源。
FET和MTJ的重要小信号参数列在表2中。
表2
 FET    MTJ
 跨导gm    互阻rm
 输入电容Ci    输入电感Li
 GB乘积ωv＝gm/Ci    GB乘积ωv＝rm/Li
 电压增益Av＝gmrm    电流增益Ac＝rmgc
 输出阻抗rv＝Vds//ds    输出电导gc＝VJ//J
如附图2所示，如果级联单个的FET放大器级或MTJ级，总是使放大器具有最大GB乘积ωv或ωc，噪声特性比单级的噪声特性更差。
如果半导体FET 20具有GB乘积ωv和MTJ 30对偶具有GB乘积ωc，在附图3a中的双重放大器10可以实现大于ωv或ωc的带宽ωh的信号增益和功率增益。放大器10的独特的特性在于没有“负载”元件；对偶器件FET 20和MTJ 30将电压简单地转换为电流和将电流转换为电压。
在附图3a中的双重电压放大器10的电压增益和在附图3b中的双重电流放大器40的电流增益由如下的方程(1)表示：
           Ah＝gmrm                       (1)这里，gm是FET 20的跨导，rm是在操作点上的MTJ 30的互阻。具有高输出阻抗的FET 20级驱动MTJ 30的低(电感性)输入阻抗，而MTJ 50的低输出阻抗驱动FET 60的高(电容性)输入阻抗。这就得到了具有良好增益平稳度的超宽范围的宽带响应。如果rv是FET(20或60)的小信号输出阻抗，gc是MTJ(30或50)的小信号输出电导，则混合放大器(10或40)的GB乘积由下式(2)给出：
         ωh＝(gmrm)/(Li/rv)+(Ci/gc)          (2)这里，Li和Ci分别是磁性耦合MTJ(30或50)的输入电感和FET(10或40)的输入电容。有趣的是，ωh独立于FET(10或40)的宽度和串联连接的MTJ(30或50)的长度或数量。这是因为gm、Ci和rv -1与FET(10或40)的宽度成比例，而rm、Li和gc -1与MTJ(30或50)的长度成比例。每个包括FET和MTJ的双重放大器(10或40)与具有表示正确性能测量的GB乘积的单级类似的作用。通过代数换算，根据FET的(最大可能的)电压增益(Av＝gmrv)和磁性耦合的MTJ的(最大可能的)电流增益(Ac＝rmgc)、FET的GB乘积(ωv)和MTJ的BF乘积(ωc)通过如下的公式(3)表示ωh：
        1/ωh＝(1/Avωc)+(1/Acωh)                   (3)
如果Av和Ac都远大于1，则ωh远大于ωv和ωc。这是一个值得注意的结果，因为GB乘积是宽带放大器的更重要的参数。
为什么双重放大器(10或40)的噪声较低，具体有如下三个原因：第一，没有负载电阻和与电阻相关的约翰逊(Johnson)噪声。第二，各个级磁性地耦合。因此，在每单个级的电源或地线中的电压干扰或地线抖动都可以被隔离并不通过级联链传播。最后，晶体管的宽度和MTJ的长度或MTJ的数量可以增加但不严重地影响增益带宽乘积。宽晶体管或增加MTJ的数量可以减小约翰逊噪声和1/f噪声。
附图3c所示为仍然利用在每个串联级中的对偶性原理的双重放大器10的多级级联结构。因此，每个双重放大器级的MTJ输出连接到后续的双重放大器级的FET输入。使用如在附图3b中所示的双重放大器40可以实现对应的级联结构。
附图3d所示为在附图3a中的双重放大器10的小信号模型示意图。在与在附图1中所描述的单个FET和MTJ小信号模型相比时，器件特性的有选择性匹配是显而易见的。
参考附图4，详细地示出了MTJ 30。MTJ 30包括电极21、自由铁磁体22、隧道势垒23、被钉轧的(pinned)铁磁体24、反铁磁体25和电极26。电极26(例如，Ti、Ti/PD或Ta/Pt)形成在衬底27(例如Si、石英、N58)上。反铁磁体25(例如，MnFe或IrMn)形成在电极26上。被钉轧的铁磁体24(例如，CoFe或NiFe/CoFe)形成在反铁磁体25上。隧道势垒23(例如，Al2O3)形成在被钉轧的铁磁体24上。自由铁磁体22(例如，CoFe/NiFe)形成在隧道势垒23上。电极21(例如，Ti、Ti/PD或Ta/Pt)形成在自由铁磁体22上。
参考附图5和6，曲线28代表在将强度上降低的内部磁场平行地施加到自由铁磁体22和被钉轧的铁磁体24时MTJ 30的磁阻的变化。曲线29代表在将强度上增加的内部磁场平行地施加到自由铁磁体22和被钉轧的铁磁体24时MTJ 30的磁阻的变化。曲线28和29说明了在±20Oe的范围上大约36％的变化。因此，对于双重放大电路10(附图3a)，通过FET 20的电流必须维持在±20Oe的范围上产生内部磁场的电流电平的范围上，而对于双重放大电路40(附图3b)，电流输入信号Ii必须维持在±20Oe的范围上产生内部磁场的电流电平的范围上。
结合附图3a和3b从对FET 20所带来的理想的电子特性的描述中可以看出，本领域普通技术人员能够做出并应用根据本发明的双重放大电路，其中以不同类型的场效应器件替代FET。此外，从结合附图3a和3b对MTJ 30和50的描述中可以看出，本领域的普通技术人员能够做出并应用根据本发明的双重放大电路，其中以不同类型的有源磁体或自旋粒子(spintronic)器件替代MTJ。
虽然在此所描述的本发明的实施例在目前被认为是优选的，但是在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以做出不同的变化和改进。本发明的范围以附加的权利要求确定，落在权利要求的等同替代方案的范围内的所有的变型也都包括在本发明范围内。

Claims (13)

1.一种双重放大电路，包括
一对有源器件，包括场效应器件和磁隧道结器件；和
所述有源器件对的电连接，由此所述有源器件对的第一有源器件的负载是到该有源器件对的第二有源器件的输入。
2.权利要求1所述的双重放大电路，进一步包括：
连接在所述磁隧道结器件的输出通路中的电流源器件。
3.权利要求1或2所述的双重放大电路，进一步包括：
连接在所述场效应器件的输出通路中的电压源。
4.权利要求1、2或3所述的双重放大电路，其中：
所述场效应器件是场效应晶体管。
5.权利要求1、2、3或4所述的双重放大电路，其中：
所述有源器件对的第一有源器件是场效应晶体管；和
所述有源器件对的第二有源器件是所述磁隧道结有源器件。
6.权利要求5所述的双重放大电路，其中：
所述场效应晶体管的源/漏电极耦合以驱动所述磁隧道结有源器件的输入电极。
7.权利要求6所述的双重放大电路，进一步包括：
电流源，其中
输入信号耦合到所述场效应晶体管的栅电极，和
从耦合在所述磁隧道结有源器件的输出电极和所述电流源之间的电极中检测输出信号。
8.前述任一权利要求所述的双重放大电路，其中
所述有源器件对的第一有源器件是所述磁隧道结有源器件；和
所述有源器件对的第二有源器件是场效应晶体管。
9.权利要求8所述的双重放大电路，其中
耦合所述磁隧道结有源器件的输出电极以驱动所述场效应晶体管的栅电极。
10.权利要求9所述的双重放大电路，其中输入信号耦合到磁隧道结有源器件的输入电极，以及该场效应晶体管的栅电极耦合在磁隧道结有源器件的输出电极和电流源之间。
11.一种双重放大电路，包括：
多对有源器件的级联连接，每对有源器件具有电耦合的场效应晶体管和磁隧道结器件，由此所选择的一对有源器件的第一有源器件的负载是所述所选择的一对有源器件的第二有源器件的输入。
12.权利要求11所述的双重放大电路，进一步包括：
连接在所述磁隧道结器件的输出通路中的电流源器件。
13.权利要求12所述的双重放大电路，其中
所述场效应晶体管的源/漏电极耦合以驱动所述磁隧道结有源器件的输入电极，它是所述级联连接的后续级。
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IL (2) IL156322A0 (zh)
WO (1) WO2002050998A2 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108390656A (zh) * 2018-02-27 2018-08-10 京东方科技集团股份有限公司 参量放大器及控制方法、液晶天线及显示面板、终端
CN111416586A (zh) * 2020-04-03 2020-07-14 杭州易百德微电子有限公司 负载结构及其构成的射频放大器

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100462467B1 (ko) * 2001-12-27 2004-12-17 한국전자통신연구원 자동이득제어의 가변이득증폭회로
US20090121259A1 (en) * 2007-11-13 2009-05-14 Iben Icko E T Paired magnetic tunnel junction to a semiconductor field-effect transistor
WO2013123363A1 (en) 2012-02-17 2013-08-22 Crocus Technology Inc. Magnetic logic units configured as an amplifier
EP2712078B1 (en) * 2012-09-25 2015-06-03 Crocus Technology S.A. Magnetic logic unit (MLU) cell and amplifier having a linear magnetic signal
EP2712079B1 (en) * 2012-09-25 2015-06-03 Crocus Technology S.A. Magnetic logic unit (MLU) cell and amplifier having a linear magnetic signal

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4885548A (en) 1987-07-24 1989-12-05 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Wideband amplifier
JPH02260705A (ja) 1989-03-30 1990-10-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 広帯域増幅装置
US5365198A (en) 1993-09-23 1994-11-15 Philips Electronics North America Corporation Wideband amplifier circuit using npn transistors
KR0176094B1 (ko) 1995-12-15 1999-04-01 양승택 병렬 궤환 트랜지스터를 이용한 광대역 증폭기 구조
US5650958A (en) 1996-03-18 1997-07-22 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junctions with controlled magnetic response
US5640343A (en) * 1996-03-18 1997-06-17 International Business Machines Corporation Magnetic memory array using magnetic tunnel junction devices in the memory cells
US5764567A (en) 1996-11-27 1998-06-09 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junction device with nonferromagnetic interface layer for improved magnetic field response
US5835314A (en) 1996-04-17 1998-11-10 Massachusetts Institute Of Technology Tunnel junction device for storage and switching of signals
EP0843360A1 (en) * 1996-11-15 1998-05-20 Hitachi Europe Limited Memory device
US5801984A (en) 1996-11-27 1998-09-01 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junction device with ferromagnetic multilayer having fixed magnetic moment
JPH11195202A (ja) * 1997-11-04 1999-07-21 Hitachi Ltd 微小信号増幅装置とそれを用いた磁気ディスクメモリ装置
JP3646508B2 (ja) * 1998-03-18 2005-05-11 株式会社日立製作所 トンネル磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気センサー及び磁気ヘッド
US6205073B1 (en) * 2000-03-31 2001-03-20 Motorola, Inc. Current conveyor and method for readout of MTJ memories

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108390656A (zh) * 2018-02-27 2018-08-10 京东方科技集团股份有限公司 参量放大器及控制方法、液晶天线及显示面板、终端
CN108390656B (zh) * 2018-02-27 2021-11-02 京东方科技集团股份有限公司 参量放大器及控制方法、液晶天线及显示面板、终端
CN111416586A (zh) * 2020-04-03 2020-07-14 杭州易百德微电子有限公司 负载结构及其构成的射频放大器

Also Published As

Publication number Publication date
DE60114450T2 (de) 2006-07-27
KR100509190B1 (ko) 2005-08-17
JP2004516738A (ja) 2004-06-03
WO2002050998A3 (en) 2002-10-17
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ATE308155T1 (de) 2005-11-15
DE60114450D1 (de) 2005-12-01
WO2002050998A2 (en) 2002-06-27
CA2427379C (en) 2006-01-31
IL156322A (en) 2007-09-20
JP3864254B2 (ja) 2006-12-27
EP1344314A2 (en) 2003-09-17
AU2002222297A1 (en) 2002-07-01
US6356147B1 (en) 2002-03-12
CN1254912C (zh) 2006-05-03

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