信号的无源放大的制作方法

专利名称：信号的无源放大的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线电接收机中的接收信号的无源放大。
背景技术：
在无线电^L^机中，并且特别是在直接变换(direct-conversion )接收 机中，在同相(I)信号路径和正交(Q)信号路径的前端中需要具有低噪 声系数并且能够处理高电平信号的放大器。图1示出了将所接收的无线电 信号直接变换到基带的接收机结构。该接收机在混频器4和5之前包括第 一放大器2。第一放大器2通常是低噪声放大器。在放大器2之前和之后 已提供了带通滤波器1和3来移除非期望的频率分量。混频器4和5将所 接收的无线电信号的同相(I )分量和正交(Q )分量与本地振荡信号LO一0、 LO—90、 LO—180和LO_270混合到基带。数字指的是相应的本地振荡信号 的相移。在向下混频之后，基带放大器6和7分别放大被向下混频的I分 量和Q分量，并iM氐通滤波器8和9移除导致向下混频的谐波信号分量。 在A/D-变换器12中进行模拟到数字(A/D)变换之前，放大器10和11 进一步放大被低通滤波的信号。
在基带放大器6和7是有源放大器的情况下，尤其是由于闪烁噪声(也 被称为1/f噪声)，基带放大器6和7的噪声系数通常相对不好。现今， 被应用于有源放大器6和7的供电电压非常低，这降低了它们处理具有大 幅度的输入信号的能力。由此，放大器6和7可能使输入信号严重失真， 引起进一步处理输入信号的困难。低通滤波器可以被配置以便具有低的阻 抗水平，从而使噪声电平最小化。这可以导致低通滤波器组件中的高电容 值，并且因此增加在集成电路中实际实现的大小。

发明内容
本发明的目的是提供一种改进的解决方案，用于放大所接收的无线电 信号。
根据本发明的一方面，提供了一种方法，所述方法包括接收输入信 号电压到平衡输入端口的第一和第二输入端口；在第一阶段中，响应于第 一振荡信号，在所述平衡输入端口的第一与第二输入端口之间连接第一和 第二电容；在笫二阶段中，响应于第二振荡信号，在所述第一输入端口与 第三电容之间连接所述第一电容，在所述第二输入端口与所述第三电容之 间连接所述第二电容；以及获得所述第三电容上的电压作为输出电压。
根据本发明的另一方面，提供了一种方法，所述方法包括产生具有 相同频率的第一和第二振荡信号；在所述振荡信号的第一半周期期间，利 用被接收到平衡输入端口的第一和第二输入端口中的输入信号采样，对第 一电容和第二电容进行充电；以及在所述振荡信号的第二半周期期间，利 用第一和第二电容中的电荷连同被接收到所述平衡输入端口的第 一和第二 输入端口中的输入信号采样，对在操作上耦合于第一和第二电容的第三电 容进行充电。
根据本发明的另一方面，提供了一种装置，所述装置包括输入接口， 其包括接收平衡输入信号的平衡输入端口以及接收第一和第二振荡信号的 振荡信号输入端口；第一、第二和第三电容；第一组开关，其对第一振荡 信号进行响应，并且被安排以便响应于所述第一振荡信号，在所述平衡输 入端口的第一与第二输入端口之间连接第一和第二电容；第二组开关，其 对第二振荡信号进行响应，并且被安排以便响应于所述第二振荡信号，在 所述第一输入端口与所述第三电容之间连接所述第一电容，以及在所述第 二输入端口与所述第三电容之间连接所述第二电容；以及输出端口，其被 连接至所述第三电容的端子。
根据本发明的另一方面，提供了一种设备，所述设备包括输入装置， 其包括接收平衡输入信号的平衡输入端口以及接收第一和第二振荡信号的 振荡信号输入端口；第一、第二和第三电容装置；第一开关装置，其对第
ii一振荡信号进行响应，并且被安排以便响应于所述第一振荡信号，在所述
平衡输入端口的第 一与第二输入端口之间连接所述第 一和第二电容装置； 第二开关装置，其对第二振荡信号进行响应，并且被安排以便响应于所述 第二振荡信号，在所述第一输入端口与所述第三电容装置之间连接所述第 一电容装置，以及在所述第二输入端口与所述第三电容装置之间连接所述 第二电容装置；以及输出装置，其被连接至所述第三电容装置的端子。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括上述设备的自动增益控制放 大器。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括上述设备的无线电发射机。


在下文中，将参照实施例和附图较为详细地描述本发明，在附图中 图1示出了无线电接收机的组件的例子； 图2示出了才艮据本发明实施例的无源放大器结构； 图3A示出了在图2中所示出的无源;改大器的操作的第一阶段中的等 效电路；
图3B示出了在图2中所示出的无源放大器的操作的第二阶段中的等 效电路；
图4示出了输入到图2中所示出的无源放大器的信号以及无源放大器 的组件中的电压电平；
图5A示出了示例性开关电容滤波器结构；
图5B示出了在图5A中所示出的开关电容滤波器结构的等效电路图6示出了用于根据本发明实施例的无源放大器的基本结构；
图7示出了才艮据本发明实施例的自动增益控制(AGC)无源放大器结
构；
图8A示出了具有电压倍增因子为二的AGC无源放大器的操作的第一 阶段中的等效电路图8B示出了具有电压倍增因子为一的AGC无源放大器的搮作的第一阶段中的等效电路图9示出了根据本发明实施例的并且具有可调电压倍增因子的无源放 大器的结构；
图10示出了被配置来调整图9中所示出的实施例的电压倍增因子的调 整电路；
图11示出了根据本发明另一实施例的并且具有可调电压倍增因子的 无源;故大器的结构；
图12示出了根据本发明另一实施例的自动增益控制(AGC)无源放 大器结构；以及
图13示出了图2中所示出的无源放大器的实现。
具体实施例方式
图2示出了根据本发明实施例的装置的结构。该装置可以是在无线电 接收机中实现的基带无源放大器或者电压倍增器。该放大器可以位于将所 接收的射频信号变换到基带的混频器之后。
该放大器包括输入接口 ，该输入接口包括用于接收待放大的平衡输入 信号的平衡输入端口 。该平衡输入端口包括用于接收平衡输入信号的第一 和第二输入端口 IN-P和IN—N。如本领域已知的，平衡输入信号包括具有 相反相位的两个分量。参照图2，输入到第二输入端口 IN—N的信号相应地 是输入到第一输入端口 1^UP的信号的倒转版本(inverted version )。
输入接口进一步包括用于接收第一和第二振荡信号LO—0和LO_180 的振荡信号输入端口。本地振荡器可以提供本地振荡信号，其中该本地振 荡信号可以被修改成输入到放大器的振荡信号输入端口的第一和第二振荡 信号LO—0和LO_180。振荡信号LO—0和LO—l別可以被修改成具有实质 上相同的频率。
根据本发明实施例的放大器包括第一电容C21、第二电容C22和第三 电容C23。另外，放大器包括响应于第一振荡信号LO_0的第一组开关以 及响应于第二振荡信号LO一180的第二组开关。在图2中所示出的实施例中，第一组开关包括第一开关41、第二开关44、第三开关46和第四开关 47。第一开关41可以被布置在平衡输入端口的第一输入端口 IN—P与第一 电容C21的第一端之间。第二开关44可以被布置在第一电容的第二端与 第一连接端口 A之间，第一连接端口 A在该实施例中被连接至平衡输入端 口的第二输入端口 IN_N。第三开关46可以被布置在第二电容的第一端与 第二连接端口 B之间，第二连接端口 B在该实施例中被连接至平衡输入端 口的第一输入端口 。第四开关47可以被布置在平衡输入端口的第二输入端 口与第二电容的第二端之间。
第二组开关可以包括第五开关42、第六开关43、第七开关45和第八 开关48。第五开关42可以被布置在第一电容的第一端与第三电容C23的 第一端之间。第六开关43可以被布置在平衡输入端口的第一输入端口与第 一电容C21的第二端之间。笫七开关45可以被布置在平衡输入端口的第 二输入端口与第二电容C22的第一端之间。第八开关48可以被布置在第 二电容C22的第二端与第三电容C23的第二端之间。
如以上所描述的，第一振荡信号LO—0可以^皮应用于第一组开关中的 每个开关，而第二振荡信号LO—180可以,皮应用于第二组开关中的每个开 关。
现在我们考虑根据本发明该实施例的放大器在本地振荡信号LO一0和 LO—180的时钟周期期间的操作。可以将时钟周期分为两个阶段。在第一 阶段，第一振荡信号LO_0的值为高，而第二振荡信号LO一180的值保持 为低。相应地，第一组开关(即开关41、 44、 46和47)在第一阶段是关 闭的。由此，被关闭的第一组开关形成了图3A中所示出的电路。也就是 说，在平衡输入端口的第一和第二输入端口之间并联连接第一和第二电容 C21和C22。第一开关41将第一电容C21的第一端连接至第一输入端口 ， 而第二开关44将第一电容C21的第二端连接至第二输入端口。对应地， 第三开关46将第二电容C22的第 一端连接至第 一输入端口 ，而第四开关 47将第二电容C22的第二端连接至第二输入端口 。
当在第一和第二输入端口之间并联连接时，第一和第二电容^皮对应于第 一和第二输入端口 IN—P和IN—N之间的电压的电压进行充电。图4中示 出了第一和第二输入端口 IN_P和IN—N上的电压。参照图2和4，电压 VIA表示第一输入端口与接地电平之间的电压，而电压V1B表示第二输入 端口与接地电平之间的电压。电压VI表示第一和第二输入端口 IN—P和 IN—N之间的电压，电压V2表示第二电容C22上的电压，而电压V3表示 第一电容C21上的电压。图4中还示出了被输入到输入端口 IN—P和IN—N 的信号。相应地，在第一阶段利用电压V1对第一和第二电容C21和C22 进行充电。
在第二阶段，第一振荡信号LO—0的值为低，而第二振荡信号LO一180 的值为高。相应地，第一组开关(即开关41、 44、 46和47)在第二阶段 是打开的，并且第二组开关(即开关42、 43、 45和48)是关闭的。由此， 被关闭的第二开关组形成了图3B中所示出的电路。也就是说，在第一和 第二输入端口之间，第一电容C21与第二电容C22和第三电容C23串联 连接。更详细地说，第六开关43将第一电容C21的第二端连接至第一输 入端口 IN—P，而第五开关42将第一电容C21的第一端连接至第三电容 C23的第一端。图3B中所示出的电路的其余部分由第七开关45和第八开 关48形成，其中，第七开关45将第二电容C22的第一端连接至第二输入 端口 IN—N，而第八开关48将第二电容C22的第二端连接至第三电容C23 的第二端。
相应地，第一和第二电容C21和C22释方文它们的电荷到第三电容C23 中。在第二阶段，除了第一和第二电容C21和C22中的电压，还利用输入 电压对第三电容C23进行充电，该输入电压与第一和第二电容C21和C22 中的电压合计在一起。参照图4，电压V2表示就在关闭第二组开关之前被 充电到第二电容C22的电压，并且电压V3表示就在关闭第二组开关之前 被充电到第一电容C21的电压。实际上，如果输入信号的电平在第一和第 二阶段之间没有显著变化的话，电压V2和V3大致等于电压VI。相应地，
电压V2和V2的总和，连同平衡输入端口的输入端口之间的当前电压vr
一起被充电到第三电容C23,即，第三电容C23上的电压￥4变成丫4= Vl' +V2 +V3。平衡输出端口的第一和第二输出端口 OUT—P和OUT—N可以被 分别连接至第三电容C23的第一端和第二端。如果振荡信号频率高于被输 入到输入端口 IN_P和IN—N的输入信号IN1和IN2的最高频率分量，即， 输入信号INI和IN2的电压在本地振荡信号LO—0和LO_180的一个周期 上并不显著变化，则输入电压VI被大致增至三倍。换言之，根据本发明 该实施例的无源放大器的放大是9dB，这受到实际实现以l故大器中所使 用的组件特性的影响。利用没有附加电源(当然，除了振荡信号之外)的 无源放大器结构获得了 9dB的放大。
根据本发明实施例的放大器的原理是基于在第一阶段对第一和第二 电容C21和C22进行充电，并且在第二阶段将第一和第二电容C21和C22 中的电荷与串联的输入信号一起释放至第三电容C23。这种对第一电容 C21的顺序充电和放电的操作使得第一电容C21以及开关41、 42、 43和 44(第一、第二、第五和第六开关)起到了利用开关电容滤波器(SC滤波 器)技术所实现的电阻器的作用。
图5A和5B示出了利用SC滤波器技术所实现的低通滤波器(图5A) 及其等效电路(图5B )的示意图。根据相应的振荡信号CLK—0和CLK—180 操作的开关25和26以及开关25、 26之间的第一电容器起到具有电阻 R2-T/C1的电阻器的作用，其中，T是振荡信号CLK—0和CLK—180的周 期，并且Cl是第一电容器的电容。V—in表示滤波器的输入端口 ，并且V—out 表示滤波器的输出端口。在图5B中示出了等效电路，在该等效电路中， 开关25和26以及第一电容器已被具有电阻R2的电阻器替换。另外，SC 滤波器包括与第二开关26并联连接的第二电容器。SC滤波器的拐角频率 净皮定义为
其中，C2是第二电容器的电容。可以看出，如果振荡信号的频率是常量， 则拐角频率取决于电容C1和C2的比。在CMOS实现中，绝对电容值可 以具有高差异性，但是电容值的比却保持得非常稳定和精确。也就是说，
16比值Cl/C2保持完全恒定，而与Cl和C2的绝对值的变化无关。相应地， 拐角频率可以4皮精确定义并且其仅有边际变化(marginal variation )。
由此，通过适当地设计组件(即，第一、第二和第三电容C21、 C22 和C23、开关41至48，以及振荡信号LO_0和LO_180)，根据本发明 实施例的放大器可以被用作低通滤波器。现在，第一、第二、第五和第六 开关41、 42、 43和44以及第一电容C21起到第一电阻器的作用，而第三、 第四、第七和第八开关45、 46、 47和48以及第二电容C22起到第二电阻 器的作用。通过第一和第三电容C21和C23的电容值的比以及第二和第三 电容C22和C23的电容值的比来定义拐角频率。如果第二电容C22的电 容值等于第一电容C21的电容值，则拐角频率简化为
<formula>formula see original document page 17</formula>
相应地，根据本发明实施例的放大器被配置以便还起到具有以下拐角 频率的低通滤波器的作用，即该拐角频率是通过第一、第二和第三电容
C21、 C22和C23的电容值来定义的。因此，不需要附加組件来实现低通 滤波器。这减少了采用根据本发明实施例的无源;故大器的接收机结构的大 小。
图6示出了类似于图2中所示出的放大器配置。参照图2和上述实施 例，连接端口 A和B被分别连接至笫二和第一输入端口 IN—N和IN_P。 在图6中，连接端口 A和B现在是打开的。通过适当地连接连接端口 A 和B，有可能控制放大器的放大或电压倍增因子。图6是根据本发明实施 例的自动增益控制(AGC)放大器的出发点。
在图7中所示出的实施例中，现在以参考标记70来表示图6中所示出 的放大器。第一连接端口 A被连接至第一开关机制72，第一开关机制72 被配置以便将第一连接端口 A连接至第一开关机制72的输出端口 C、 D 或E之一。第二连接端口 B被连接至第二开关机制74，第二开关机制74 被配置以便将第二连接端口 B连接至第二开关机制74的输出端口 F、G或 H之一。第一开关机制72的输出端口 C和第二开关机制74的输出端口 H可以被连接至放大器70的平衡输入端口的第一输入端口 IN_P。第一开关 机制72的输出端口 D可以被连接至第二开关机制74的输出端口 G。第一 开关机制72的输出端口 E和第二开关机制74的输出端口 F可以被连接至 放大器70的平衡输入端口的第二输入端口 IN一N。
第一和第二开关机制可以由控制器76根据所期望的电压倍增因子来 控制。控制器76可以根据AGC放大器的相关领域中已知的方法来确定所 期望的电压倍增因子。当所期望的电压倍增因子是三(放大是9dB)时， 控制器76可以控制第一开关机制72将第一连接端口 A连接至输出端口 E， 即，连接至第二输入端口 IN—N，并且控制第二开关机制74将第二连接端 口 B连接至输出端口 H,即，连接至第一输入端口 IN—P。这种配置对应 于以上参照图2所描述的实施例。相应地，第一和第二电容C21和C22在 第一阶段被并联连接在平衡输入端口的输入端口 IN一P和IN—N之间(如图 3A中所示出的)，并且在第二阶段^皮与第三电容C23串联连接在这些输 入端口之间(如图3B中所示出的)。
当所期望的电压倍增因子是二(放大是6dB)时，控制器76可以控制 第一开关机制72将第一连接端口 A连接至输出端口 D,并且控制第二开 关机制74将第二连接端口 B连接至输出端口 G。换言之，第一连接端口 A 被连接至第二连接端口 B。相应地，如图8A中所示出的，在第一阶段， 在平衡输入端口的输入端口 IN_P和IN—N之间串联连接第一和第二电容 C21和C22。现在，在第一阶段，在第一和第二电容之间划分输入端口 IN_P 和IN_N之间的电压，并且因此而划分被充电到第一和第二电容的电压， 而放大器的电压倍增因子低于这些电容被并联连接时的情况。如果第一和 第二电容C21和C22的电容值相等，则在第一和第二电容之间等分输入电 压。第二阶段同样类似于图3B中所示出的，即，在输入端口 IN—P和IN一N 之间串联连接第一、第二和第三电容C21、 C22和C23。
当所期望的电压倍增因子是一时，控制器76可以控制第一开关机制 72将第一连接端口 A连接至输出端口 C，即，连接至第一输入端口 IN_P， 并且控制第二开关机制74将第二连接端口 B连接至输出端口 F，即，连接至第二输入端口IP^N。图8B中示出了这种配置。在该情况下，在第一阶 段并不对第一和第二电容进行充电，并且因此没有获得电压倍增(放大是 OdB)。第二阶段同样类似于图3B中所示出的，即，在输入端口I1NLP和 IN—N之间串联连接第一、第二和第三电容C21、 C22和C23。
然而，在一些情况下，所期望的电压倍增因子可以不是1 (OdB) 、 2 (6dB)或3 (9dB)。图9示出了本发明的实施例，除了在第一和第二连 接端口 A和B之间提供第四电容C5之外，其类似于图6中所示出的配置。 在该实施例中，在第一阶段，第一组开关将第一、第二和第四电容C21、 C22和C5串联连接在输入端口 IN—P和ir、N之间。相应地，总输入电压 的一部分^t充电到第四电容C5中，并且总输入电压的其余部分被充电到 第一和第二电容C21和C22中。被充电到第四电容C5的电压的程度取决 于第四电容相对于第一和第二电容C21和C22的电容值的电容值。在第二 阶段，第二组开关将第一和第二电容与第三电容C23串联连接在输入端口 1^^P和IN—N之间。现在，被充电到第一和第二电容C21和C22的电压 与输入电压一起被串联释放到第三电容C23。在第二阶段可以将第四电容 C5与电路隔离。
在该实施例中，根据以下等式，放大取决于被充电到第四电容C5的 输入电压量，即，取决于第四电容C5的电容值
2-C23 + 2.C5 + C21 、'
其中，C21、 C23和C5分别表示第一、第三和第四电容C21、 C23和C5 的电容值。此处，假设第二电容C22的电容值等于第一电容C21的电容值。 第四电容C5的电容值越高，在第一阶段第四电容C5上的电压就越低，即， 放大器的电压倍增因子越高。通过调整第四电容C5的电容值，可以即时 地(on-the-fly)调整放大器的电压倍增因子。为此目的，可以在放大器中 安排调整电路。图10示出了基本放大器结构70,在该基本放大器结构70 中，在连接端口 A和B之间提供第四电容C5。除了第四电容之外，调整 电路被安排在连接端口 A和B之间，并且与第四电容C5并联。调整电路
19可以包括电容C31、 C32、 C33和C34以及开关42和43。通过适当地选 择与第四电容并联的调整电路的电容来调整第四电容值的有效电容值(即， 第四电容贡献给放大器电路70的附加电容)。通过适当地关闭和/或打开 开关42和43，可以选择电容C31、 C32、 C33和C34。开关42和43的操 作可以由控制信号生成器100来控制。与第四电容C5并联连接的电容越 多，它们的组合电容值就越高，即，由第四电容C5引起的有效电容就越 高。调整电路可以包括比图10中所示出的更多的级，或者其可以根据本领 域中已知的任何其它方法来实现。
在以上参照图9所描述的实施例中，放大器的最大电压倍增因子是二 (6dB)，因为配置U于将连接端口 A连接至连接端口 B (参见图7， 对于相应的开关72和74中的连接D、 G)。
换言之，放大可以被调整达6dB。图ll示出了另一实施例，在该实施 例中，放大器的最大电压倍增因子是三(9dB)，并JL改大可调整达9dB。 该实施例基于图2中所示出的实施例，其中，第一连接端口A被连接至第 二输入端口 IN—N，而第二连接端口 B被连接至第一输入端口 IN—P。在图 11所示出的实施例中，第五电容C26被安排在第一连接端口 A与第二输 入端口IN—N之间。对应地，第六电容C25被安排在第二连接端口 B与第 一输入端口 IN—P之间。使用措辞"第五，，和"第六，，电容是为了避免与 上述实施例中所包括的第四电容产生混淆。
在第一阶段，第一组开关将第一电容C21与第五电容C26串联连接， 并且与第二和第六电容C22和C25并联连接在输入端口 IN—P和IN一N之 间。由此，输入端口 IN—P和IN一N之间的电压在第一和第五电容C21和 C26之间以及在第二和第六电容C22和C26之间被划分。因此，第一电容 C21上的电压取决于第五电容C26的电容值，而第二电容C22上的电压取 决于第六电容C25的电容值。第五和第六电容C26和C25的电容值越高， 第一和第二电容C21和C22上的电压相应地就越高。第二阶段类似于以上 所描述的实施例，即，第二组开关将第一和第二电容C21和C22与第三电 容C23串联连接在输入端口 IN—P和IN—N之间。相应地，在第二阶段，将第五和第六电容C26和C25与电路隔离。
可以才艮据所期望的电压倍增因子来调整第五和第六电容C26和C25的 电容值。例如，可以将类似于图11中所示出的调整电路安排成并联于第五 和第六电容C26和C25中的每一个。可以根据以下等式从电容值计算出放 大器的放大<formula>formula see original document page 21</formula>
其中，C21、 C23和C26分别表示第一、第三和第五电容的电容值。在该 情况下，假设第二电容C22和第六电容C25分别与第一和第五电容C21 和C26具有相同的电容值。应当注意的是，等式(3)在其不考虑开关41 至48的导通电阻以&故大器的输入和输出阻抗的意义上被简化。对于等式 (3)也应用了相同的简化。
通过提供用于这些连接端口的第四任选连接，仍然可以改进图7中所 示出的包括开关72和74的实施例，其中根据所期望的电压倍增因子来控 制开关72和74。在图7所示出的实施例中，可能的电压倍增因子是一、 二和三，也就是0dB、 6dB和9dB的放大。图12示出了本发明的实施例， 其中，通过适当地连接连接端口 A和B，可以选择第四电压倍增因子。第 四电压倍增因子例如可以是1.4 (放大是3dB)。图12中所示出的实施例 包括开关机制80和82,其均具有一个输入端口和四个输出端口。如以上 参照图7所描述的第一开关机制72的输出端口那样连接开关机制80的输 出端口 C、 D和E。对应地，如第二开关机制74的输出端口那样连接开关 机制82的输出端口F、 G和H。
开关机制80和82均包括通过附加电容C7(第七电容)而彼此连接的 附加输出端口。相应地，开关机制80的输出端口 I通过第七电容C7被连 接至开关机制82的输出端口 J。可以选择第七电容C7的电容值，以便为 放大器提供所期望的放大因子(例如3dB)。
开关机制80和82可以由控制器84来控制。控制器84可以与以上参照图7所描述的控制器76具有类似的功能性。仅有的差别在于开关机制 80和82现在具有四个输出端口，并且控制器从一组四个可能的因子中选 择所期望的电压倍增因子。
利用上述具有可调整电压倍增因子的实施例，无源放大器可以被实现 为具有自动增益控制功能。该特征在无线电收发机中是非常实用的，因为 所接收的无线电信号的电平可以具有高变化性。
一般而言，本发明实施例的优势在于多模无线电接收机(或收发机)， 该多模无线电接收机(或收发机)在多频带上操作并且要求来自接收机组 件的高线性和噪声系数。在这样的M机中，通常难以在低噪声放大器(图 1中的放大器2)之后安排可根据当前频带变化的滤波器。如果跟随低噪声 放大器的滤波器被省略，则低噪声放大器的放大通常应当被减少，并且作 为结果，跟随下混频器(图1中的4和5)的放大器的噪声系数不得不被 降低。本发明的实施例包括无源放大器，该无源放大器具有低噪声系数并 且还起到低通开关电容滤波器的作用而不增加组件或增加实际实现(例如 集成电路)的大小。
在实践中，如以上所描述的，通过安排第一组开关来响应第一振荡信 号以及第二组开关来响应第二振荡信号，可以实现根据本发明实施例的无 源放大器。在该情况下，第一和第二振荡信号可以是不同的振荡信号，并 且各个开关可以具有相同的功能性，即，当控制开关的振荡信号的电平为 高时，可以关闭该开关，并且当振荡信号的电平为低时，可以打开该开关。 可选地，第一和第二组开关可以被安排以便响应相同的振荡信号(其可以 是第一或第二振荡信号)。在该情况下，当振荡信号的电平为高时，第一 组开关可以被安排成关闭(要不然就打开)，并且当振荡信号的电平为低 时，第二组开关可以被安排成关闭(要不然就打开)。该功能性可以通过 例如以NMOS晶体管实现第一组开关并且以PMOS晶体管实现第二组开 关来实现。相应地，在两组开关不被同时关闭的意义上，第一和第二组开 关的操作可以是互补的。
在以上的描述中，提到第一和第二振荡信号可以具有相同的频率。相应地，振荡信号可以具有不同的脉冲比和/或脉冲波形，例如，只要第一和 第二组开关不被同时关闭。第一和第二振荡信号还可以具有相反的相位。
图13示出了图2中所示出的放大器的实际实现的例子。可以通过单个 MOS晶体管Q89至Q96来实现开关41至48中的每一个。可以通过小的 电容器C110和C112至C118向对应的开关的栅极应用振荡信号CLK—0 和CLK—180。
可以通过三个电容器Clll、 C108和C130来实现笫三电容C23。可 以将电容器C130与电容器Clll和C108并联连接，并且可以将电容器 C111和C108串联连接，如图12中所示出的。与电容器C130的电容值相 比，电容器C111和C108的电容值可以非常小，并且电容器C111和C108 的主要目的可以是4吏共沖莫振荡信号(common mode oscillator signals )衰减。
虽然以上结合平衡输入和输出端口描述了实施例，但是，通过并联安 排两个平衡无源放大器结构，向并联结构的对应的平衡输入端口提供相反 相位的输入信号，以及还从该并联结构的对应的平衡输出端口获得相反相 位的输出信号，可以形成采用了双平衡结构的实施例。在该结构中，可以 向并联结构的对应的输入端口输入相同相位的振荡信号。可选地，可以向 该并联结构的对应的振荡信号输入端口提供相反相位的振荡信号，并且将 该并联结构的对应的输入或输出端口中的信号安排成处于相反相位。在进 一步的可选解决方案中，可以向该并联结构的对应端口提供(或从其获得) 相反相位的输入信号、振荡信号或输出信号，并且可以利用NMOS晶体管 来实现一个结构的开关，以及利用PMOS晶体管来实现其它结构的开关。 用于布置双平衡结构的其它解决方案也是可行的。利用双平衡结构所获得 的优势取决于实际实现，但是一般来说，在双平衡结构的情况下，振荡信 号到输入端口的漏泄较低。另外，振荡信号所承受的负载相对于平衡结构 要均衡得更好，并且该特性促进了对振荡信号的正确定相的维持。
对本领域的技术人员明显的是，就实际实现而言可以以多种方式实现 本发明的实施例。例如，可以利用GaAs场效应晶体管、SOI-CMOS晶体 管、二极管等来实现开关41至48或Q89至Q96。取决于实际实现，还可
23以在上述实施例中包括附加组件。可以在集成电路、印刷电路板或任何其 它材料上实现这些实施例。这些实施例的应用包括才艮据以下示例性技术的
无线电收发机或者无线电发射机或接收机移动电话、全球定位系统 (GPS) 、 Galileo (伽利略)、无线局域网(WLAN) 、 Bluetooth (蓝 牙⑧)、FM无线电、电视接收机、用于手持设备的数字视频广播(DVB-H)、 AM接收机、音频放大器、测量仪器，等等。
尽管以上已根据附图参照例子描述了本发明，然而清楚的是，本发明 并不局限于此，而是可以在所附权利要求的范围内以若干方式对其进行修 改。
权利要求
1. 一种方法，其包括接收输入信号电压到平衡输入端口的第一输入端口和第二输入端口；在第一阶段中，响应于第一振荡信号，在所述平衡输入端口的第一输入端口与第二输入端口之间连接第一电容和第二电容；在第二阶段中，响应于第二振荡信号，在所述第一输入端口与第三电容之间连接所述第一电容，并且在所述第二输入端口与所述第三电容之间连接所述第二电容；以及获得所述第三电容上的电压作为输出电压。
2. 才艮据权利要求l的方法，其进一步包括在所述第二阶段，将所述第一阶段中被连接至所述第二输入端口的第 一电容的第 一端连接至所述第 一输入端口 ；在所述第二阶段，将所述第一电容的第二端连接至所述第三电容的第—一 ;在所述第二阶段，将所述第一阶段中#:连接至所述第一输入端口的第 二电容的第一端连接至所述第二输入端口；以及在所述第二阶段，将所述第二电容的第二端连接至所述第三电容的第 二端。
3. 根据权利要求1或2的方法，其进一步包括 在所述第一阶段，利用电压对所述第一电容和所述第二电容进行充电，所述电压对应于所述第一输入端口和所述第二输入端口上的电压；以及在所述第二阶段，将所述第一电容和所述第二电容中的电荷与所述第 一输入端口和所述第二输入端口上的当前电压一起串联地释放到所述第三 电容，以便在所述第三电容上产生电压，所述电压是所述第一阶段中所述 第一电容上的电压、所述第一阶段中所述第二电容上的电压以及在所述第 一输入端口和所述第二输入端口上的当前电压的总和。
4. 根据权利要求1至3中任何一项的方法，其进一步包括从用于对所接收的无线电信号进行向下混频的本地振荡信号产生第一 振荡信号和第二振荡信号。
5. 根据权利要求1至3中任何一项的方法，其进一步包括'. 在所述第一阶段，取决于输出信号的所期望的电压倍增因子，在所述第 一输入端口与所述第二输入端口之间串联地或者并联地连接所述第 一电 容和所述第二电容。
6. 才艮据权利要求5的方法，其进一步包括在所述第一阶段，当所期望的电压倍增因子是二时，在所述第一输入端口与所述第二输入端口之间串联地连接所述第一电容和所述第二电容，并且当所期望的电压倍增因子是三时，在所述第一输入端口与所述第二输 入端口之间并联地连接所述第一电容和所述第二电容。
7. 根据权利要求5或6的方法，其进一步包括 在所述第一阶段，将所述第一电容的第一端和第二端连接至所述第一输入端口；以及当所期望的电压倍增因子是一时，在所述第一阶段，将所述第二电容 的第一端和第二端连接至所述第二输入端口 。
8. 根据权利要求5至7中任何一项的方法，其进一步包括 在所述第一阶段，在所述第一输入端口与所述第二输入端口之间串联连接所述第一电容和所述第二电容；以及与所述第一和第二电容串联地提供附加电容，所述附加电容具有根据 所期望的电压倍增因子而确定的电容值。
9. 根据权利要求1至8中任何一项的方法，其进一步包括 将所述第一振荡信号和所述第二振荡信号的频率配置成高于在所述输入端口处的输入信号的最高频率分量。
10. 根据权利要求1至9中任何一项的方法，其进一步包括 利用所述第一电容、所述第二电容和所述第三电容的电容值来定义低通滤波器的拐角频率；以及对输入到所述第一和第二输入端口的输入信号进行低通滤波。
11. 根据权利要求1至10中任何一项的方法，其进一步包括 在所述第一阶段，在所述第一输入端口与所述第二输入端口之间串联地连接所述第一电容和所述第二电容；以及在所述第一阶段，在所述第一电容与所述第二电容之间串联地提供第 四电容，其中，所述第四电容的电容值能被调整以便实现可调整的电压倍增。
12. 根据权利要求1至10中任何一项的方法，其进一步包括 在所述第一阶段，在所述第一输入端口与所述第二输入端口之间串联地连接所述第 一 电容和所述第二电容；在所述第一阶段，提供与所述第一电容串联的第四电容；以及在所述第一阶段，提供与所述第二电容串联的第五电容；其中，所述第四电容和所述第五电容的电容值能被调整以便实现可调整的电压倍增。
13. 根据权利要求1至12中任何一项的方法，其进一步包括 将所述第一阶段配置成所述振荡信号的第一半周期；以及 将所述第二阶段配置成所述振荡信号的第二半周期。
14. 根据权利要求1至13中任何一项的方法，其进一步包括 将所述第一振荡信号和所述第二振荡信号配置成相同的振荡信号。
15. 根据权利要求1至13中任何一项的方法，其进一步包括 将所述第一振荡信号和所述第二振荡信号配置成具有相同的频率和不同的相位。
16. 根据权利要求l的方法，所述方法是在具有双平衡结构的装置中 实现的。
17. —种方法，其包括产生具有相同频率的第一振荡信号和第二振荡信号；在所述第 一振荡信号和所述第二振荡信号的第 一半周期期间，利用被接收到平衡输入端口的第一输入端口和第二输入端口中的输入信号采样，对第一电容和第二电容进行充电；以及在所述笫一振荡信号和所述第二振荡信号的第二半周期期间，利用所 述第一电容和所述第二电容中的电荷，连同被接收到所述平衡输入端口的 所述第一输入端口和所述第二输入端口中的输入信号采样一起，对第三电 容进行充电，所述第三电容在操作上耦合于所述第一电容和所述第二电容。
18. —种装置，其包括输入接口，所述输入接口包括被配置以便接收平衡输入信号的平衡 输入端口 ，以及被配置以便接收第一振荡信号和第二振荡信号的振荡信号 输入端口；第一电容；第二电容；第三电容；第一组开关，其响应于所述第一振荡信号，并且被配置以便响应于 所述第一振荡信号，在所述平衡输入端口的第一输入端口与第二输入端口 之间连接所述第一和第二电容；第二组开关，其响应于所述第二振荡信号，并ibf皮配置以便响应于 所述第二振荡信号，在所述第一输入端口与所述第三电容之间连接所述第 一电容，并且在所述第二输入端口与所述第三电容之间连接所述第二电容； 以及输出端口，其被连接至所述第三电容的端子。
19. 根据权利要求18的装置，其中第一组开关被配置以便当关闭时， 将所述第一和第二电容的第一端连接至所述第一输入端口 ，以及将所述第 一和第二电容的第二端连接至所述第二输入端口 ；并且第二组开关集被配 置以便当关闭时，将所述第一电容的第一端连接至所述第三电容的第一 端，将所述第一电容的第二端连接至所述第一输入端口，将所述第二电容 的第一端连接至所述第二输入端口 ，以及将所述第二电容的第二端连接至 所述第三电容的第二端。
20. 根据权利要求18或19的装置，其中，所述第一振荡信号和所述 第二振荡信号是相同的振荡信号。
21. 根据权利要求18或19的装置，其中，所述第一振荡信号和所述 第二振荡信号具有相同的频率和不同的相位。
22. 根据权利要求18至21中任何一项的装置，其进一步包括 本地振荡信号生成器，其被配置以便将所述第一振荡信号和所述第二振荡信号应用于振荡输入端口 。
23. 根据权利要求22的装置，其中，所述本地振荡信号生成器被配置 以便从用于对所接收的无线电信号进行向下混频的本地振荡信号产生所 述第 一振荡信号和所述第二振荡信号。
24. 根据权利要求22或23的装置，其中，所述本地振荡信号生成器 被配置以便产生具有比所述输入端口处输入信号的最高的期望频率分量 要高的频率的所述第一振荡信号和所述第二振荡信号。
25. 根据权利要求18至24中任何一项的装置，其进一步包括 可控开关机制，其被配置以便当关闭所述第一组开关时，取决于由所述装置在输入到所述平衡输入端口的输入信号上实现的所期望的电压倍 增因子，在所述第一输入端口与所述第二输入端口之间，串联地或者并联 地连接所述第一电容和所述第二电容。
26. 根据权利要求25的装置，其中，所述开关机制被配置以便当所 期望的电压倍增因子是二时，在所述第一输入端口与所述第二输入端口之 间串联连接所述第一电容和所述第二电容，并且当所期望的电压倍增因子 是三时，在所述第 一输入'端口与所述第二输入端口之间并联连接所述第一 电容和所述第二电容。
27. 根据权利要求25或26的装置，其中，所述开关机制被进一步配 置以便在关闭所述第一组开关时，当所期望的电压倍增因子是一时，将 所述第一电容的两端连接至所述第一输入端口 ，并且将所述第二电容的两 端连接至所述第二输入端口 。
28. 根据权利要求25至27中任何一项的装置，其进一步包括 附加电容，其具有根据所期望的电压倍增因子而确定的电容值， 其中，所述开关机制被配置以便将所述第一电容和所述第二电容与所述附加电容一起串联连接在所述第 一输入端口与所述第二输入端口之 间。
29. 根据权利要求18至28中任何一项的装置，其中，所述装置被配 置以便起到低通滤波器的作用，所述低通滤波器具有由所述第一电容、所 述第二电容和所迷第三电容的电容值的比值而定义的拐角频率。
30. 根据权利要求18至29中任何一项的装置，其中，所述第 一組开关包括在所述第 一输入端口与所述第 一 电容的第 一端 之间连接的第一开关，在所述第二输入端口与所述第一电容的第二端之间 连接的第二开关，在所述第一输入端口与所述第二电容的第一端之间连接 的第三开关，以及在所述第二输入端口与所述第二电容的第二端之间连接 的第四开关，并且所述第二组开关包括在所述第一电容的第一端与所述第三电容的第 一端之间连接的第五开关，在所述第一输入端口与所述第一电容的第二端 之间连接的第六开关，在所述第二输入端口与所述第二电容的第一端之间 连接的第七开关，以及在所述第二电容的第二端与所述第三电容的第二端 之间连接的第八开关。
31. 根据权利要求18至30中任何一项的装置，其进一步包括 第四电容，其中，所述第一组开关被配置以便当关闭时，将所述第四电容连同 所述第一电容和所述第二电容一起串联地连接在所述平衡输入端口的第一 输入端口与第二输入端口之间。
32. 根据权利要求31的装置，其进一步包括调整电路，其被配置以便调整所述第四电容的电容值，以及控制所 述装置的电压倍增因子。
33. 根据权利要求18至30中任何一项的装置，其进一步包括 第五电容；以及第六电容，其中，所述第一组开关被配置以便当关闭时，将所述第五电容与所述第一电容串联连接，将所述第六电容与所述第二电容串联连接，以及将 所述第 一 电容和所述第五电容与所述第二电容和所述第六电容并联地连接 在所述平衡输入端口的第 一输入端口与第二输入端口之间。
34. 根据权利要求33的装置，其进一步包括调整电路，其被配置以便调整所述第五电容和所述第六电容的电容 值，以及控制所述装置的电压倍增因子。
35. 根据权利要求18至34中任何一项的装置，其具有双平衡结构。
36. —种自动增益控制放大器，其包括输入接口，所述输入接口包括被配置以便接收平衡输入信号的平衡 输入端口 ，以及#^配置以便接收第一振荡信号和第二振荡信号的振荡信号 输入端口；第一电容；第二电容；第三电容；第一组开关，其响应于所述第一振荡信号，并且被配置以便响应于 所述第一振荡信号，在所述平衡输入端口的第一输入端口与第二输入端口 之间连接所述第 一和第二电容；第二组开关，其响应于所述第二振荡信号，并且被配置以便响应于 所述第二振荡信号，在所述第一输入端口与所述第三电容之间连接所述第 一电容，以及在所述第二输入端口与所述第三电容之间连接所述第二电容； 以及输出端口，其被连接至所述第三电容的端子。
37. —种包括放大器的无线电发射机，其包括输入接口，所述输入接口包括被配置以便接收平衡输入信号的平衡 输入端口 ，以及被配置以便接收第一振荡信号和第二振荡信号的振荡信号 输入端口；第一电容；第二电容；第三电容；第一组开关，其响应于所述第一振荡信号，并且被配置以便响应于 所述第 一振荡信号，在所述平衡输入端口的第 一输入端口与第二输入端口 之间连接所述第 一和第二电容；第二组开关，其响应于所述笫二振荡信号，并iU皮配置以便响应于 所述第二振荡信号，在所述第一输入端口与所述第三电容之间连接所述第 一电容，以及在所述第二输入端口与所述第三电容之间连接所述第二电容； 以及输出端口，其被连接至所述第三电容的端子。
38. —种设备，其包括输入装置，所述输入装置包括用于接收平衡输入信号的平衡输入端 口，以及用于接收第一和第二振荡信号的振荡信号输入端口； 用于保存电荷的第一电容装置； 用于保存电荷的第二电容装置； 用于保存电荷的第三电容装置；响应于所述第一振荡信号的第一开关装置，其用于响应于所述第一振 荡信号，在所述平衡输入端口的第一输入端口与第二输入端口之间连接所 述第 一 电容装置和所述第二电容装置；响应于所述第二振荡信号的第二开关装置，其用于响应于所述第二振 荡信号，在所述第 一输入端口与所述笫三电容装置之间连接所述第 一 电容 装置，以及在所述第二输入端口与所述第三电容装置之间连接所述第二电 容装置；以及输出装置，其被连接至所述第三电容装置的端子。
全文摘要
提供了一种能够倍增输入信号的电压的无源放大器结构。在第一阶段，响应于第一振荡信号(LO_0)，在平衡输入端口的第一(IN_P)和第二(IN_N)端之间连接第一(C21)和第二(C22)电容器。在第二阶段，响应于与所述第一振荡信号具有不同相位的第二振荡信号(LO_180)，在所述第一输入端(IN_P)与第三电容器(C23)之间连接所述第一电容器(C21)，以及在所述第二输入端(IN_N)与所述第三电容器(C23)之间连接所述第二电容器(C22)。所述第三电容器(C23)上的输出电压是从所述第三电容器的端子(OUT_P，OUT_N)获得的。所给出的实施例还描述了自动增益控制特征。
文档编号H03F3/45GK101507111SQ200780030728
公开日2009年8月12日 申请日期2007年6月26日 优先权日2006年6月30日
发明者R·韦伊塞宁 申请人:诺基亚公司