专利名称：在接收器射频前端实现高选择性的方法
技术领域：
本发明一般涉及电路，且更具体来说，涉及改进适合于无线通信和其它应用的接 收器前端的选择性。
背景技术：
在低功率无线接收器设计中，主要的难题由在类似于所要的信号的频率的频率下 操作的强(即，相对较高振幅)阻碍信号(blocker)或干扰信号的存在呈现。举例来说，在 约1575MHz下操作的全球定位系统(GPS)接收器可接收到来自在1700MHz左右下操作的 CDMA无线通信系统的显著干扰。这些阻碍信号可影响接收器的若干重要方面的设计，例如， 线性、本机振荡器(LO)相位噪声、失配容限、功率消耗等。对于零中频(IF)和低IF收发器 设计，在频率上接近所要的信号的强干扰信号可与LO的噪声边频带混合以产生可能使接 收器的性能降级的非所要的噪声产物(称为相互混频的现象)。无线接收器的用于将所接收射频(RF)信号转换到适当的IF信号的部分被称作RF 前端。RF前端通常包括低噪声放大器(LNA)、混频器和常见的额外的可增益或跨导级。图1说明实例常规RF前端电路。如所示，RF前端电路10包括LNA 12、一跨导(gm) 级14和LO级16。RF前端电路10在LNA 12处从外部匹配电路5接收RF信号，所述外部匹 配电路由各种电容器和电感器形成以提供对非所要的频带外RF信号的某一抑制。LNA 12 提供所接收RF信号的相对低噪声放大且将放大的正交信号I和Q输出到gm级14。gm级 14和LO级16可分别包括多个跨导装置和多个混频装置，以用于操纵正交信号I和Q以提 供适当的IF信号。在下变频转换后，通常在接收器的模拟基带电路中抑制强阻碍信号和干扰信号。 然而，归因于其在频谱中与所关注频带的接近性，通常在RF频率下不存在显著的衰减。因 此，虽然在模拟基带电路中提供选择性并放松其处的线性和动态范围要求是可行的，但RF 前端线性要求和LO相位噪声要求仍保持严格。一种在RF前端中衰减强阻碍信号的方法为在LNA的输入或输出处使用经调谐到 单一阻碍信号频率的电感器-电容器(LC)陷波器。此技术可减轻由相对高功率阻碍信号 呈现的设计难题(依据将LC陷波器放置于何处而包括或排除LNA)。然而，如果陷波器用于 LNA的输入处，则陷波器需要额外的匹配组件且可能使电路的噪声指数显著降级，噪声指数 为对由RF信号链中的组件造成的信噪比(SNR)的降级的常规测量。为了防止噪声指数降 级，可在LNA的输出处在芯片上放置LC陷波器，但此使得难以在陷波器中实现高质量因子 0^因子，或简称为“9”)并获得附近阻碍信号频率的显著衰减。Q因子提供系统振荡的频 率与其耗散能量的速率的比较。较高的Q因此指示相对于振荡频率的较低能量耗散速率， 因此振荡较缓慢地逐渐停止，此使得高Q理想地用于窄频带应用，例如，上述LC陷波器。然 而，即使高Q芯片上电感器可行，其通常为过大的。为了在不使用大晶粒面积的情况下实现高Q芯片上电感，常使用基于回转器的有 源电感电路。这些回转器电路用以使用通常需要比实际电感器少的晶粒空间的有源装置来模拟集成电路(IC)中的电感性元件。存在可用以在某程度上控制电路的Q因子(借此实 现在给定阻碍信号频率下的任意锐衰减分布)的经修改的回转器的若干众所周知的实例。 然而，这些有源电路的噪声响应通常更为宽带，尤其是归因于反向频率噪声上变频转换产 生的噪声响应。此额外噪声导致在所要的信号频带中的噪声指数的显著降级。在RF前端中提供选择性的另一方法利用有时用于差动LNA中的槽电路(或负载 槽)。图2说明具有负载槽的常规差动LNA。如所示，LNA 200包括输入(或跨导)级 210、电流缓冲级220、负载槽230和尾电流源沈0。输入级210包括第一跨导装置212和第 二跨导装置214(例如，NMOS晶体管)。电流缓冲级220包括一对(cascode)共源共栅晶体 管222和224(例如，NMOS晶体管)。负载槽230由槽电感器232和槽电容器234形成。负 载槽230还包括电阻Rtank 236，其可为物理电阻器或可仅表示负载槽230中的其它元件的 实阻抗。除了负载槽电阻Rtank 236外，LNA 200的输出电阻经说明为Rout-LNA 270，且由 LNA 200馈入的下一级(例如，图1的跨导级14)的输入电阻经说明为图2中的Rin-next 240。输入级210经配置以从外部匹配电路5接收RF信号，如上文参看图1所描述。尾 电流源级260经配置以将电流提供到输入级210，且可以多种方式实施，如此项技术中众所 周知的。通过偏置电压VDD将LNA 200DC偏置，且通过共源共栅偏压Vcasc将共源共栅装置 222和2M偏置。如所示，通过在共源共栅装置222的上部端子处(即，负载槽侧)提供正 输出电压Vout+且在另一共源共栅装置2M的对应的上部端子处提供负输出电压Vout-，在 输出级280处产生输出信号。将与输出级280并联耦合(S卩，跨越LNA 200的正输出Vout+ 和负输出Vout-)的元件或元件的表示视为LNA 200的“输出网络”的一部分。负载槽230使LNA 200能够提供经调谐的频率响应，借此在某一程度上抑制频带 外信号。然而，通过此方法实现的选择性的量通常受到在LNA 200的输出网络处的元件的 有限Q的限制。具体来说，LNA 200的Q因子视输出网络的等效实部阻抗Req-LNA而定，其 中Req-LNA可如下确定Req-LNA = Rtank || Rout-LNA || Rin-next。(1)因此，理论上，通过将等效电阻Req-LNA保持为高，可实现高Q。然而，在典型的工 艺技术中，即使通过使用具有相对较低负载槽电阻Rtank 236的高Q电容器和电感器，仍难 以从此网络得到8或8以上的等效Q，且频带外阻碍信号抑制因此仅限于几分贝(dB)。
发明内容
本发明的示范性实施例针对于用于改进适合于无线通信和其它应用的接收器前 端的选择性的电路、系统和方法。因此，一实施例可包括一种设备，其包含放大器，其中所述放大器包含输出级，其 由提供正输出电压的正输出端子和提供负输出电压的负输出端子形成；负载槽，其与所述 输出级并联耦合，且经配置以对在所述放大器处接收的信号进行滤波；以及负电阻块，其与 所述输出级和所述负载槽并联耦合。另一实施例可包括一种放大信号的方法，所述方法包含在输入级处接收输入信 号；响应于所述输入信号，提供输出信号，所述输出信号包括在正输出端子处的正输出电压和在负输出端子处的负输出电压；在所述正输出端子和负输出端子处对所述输入信号进行 滤波；以及提供在所述正输出端子与负输出端子之间的负电阻。另一实施例可包括一种放大器，其包含用于接收输入信号的装置；用于响应于 所述输入信号提供输出信号的装置，所述输出信号包括在正输出端子处的正输出电压和在 负输出端子处的负输出电压；用于在所述正输出端子和负输出端子处对所述输入信号进行 滤波的装置；以及用于提供在所述正输出端子与负输出端子之间的负电阻的装置。
呈现附图以辅助描述本发明的实施例，且提供附图仅用于说明所述实施例且并非 对其进行限制。图1说明一实例常规RF前端电路。图2说明具有负载槽的常规差动LNA。图3说明根据本发明的各种实施例的具有添加的负电阻的LNA的输出网络。图4说明根据本发明的一实施例的一实例负电阻块。图5说明根据本发明的另一实施例的一实例负电阻块。图6说明根据本发明的另一实施例的一实例负电阻块。图7说明根据本发明的另一实施例的一实例负电阻块。图8说明根据本发明的另一实施例的一实例负电阻块。图9说明根据本发明的另一实施例的一实例负电阻块。图10为说明在存在强干扰信号的情况下使用根据本发明的各种实施例的负电阻 块的信号抑制的曲线图。图11为说明根据本发明的一实施例的用于放大所接收信号的方法的流程图。
具体实施例方式在针对本发明的具体实施例的以下描述和相关图式中揭示了本发明的方面。可在 不脱离本发明的范围的情况下设计替代实施例。另外，将不详细描述本发明的众所周知的 元件，或将省略所述元件，以免使本发明的相关细节模糊不清。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” 的任一实施例没有必要被解释为比其它实施例优选或有利。同样，术语“本发明的实施例” 并不要求本发明的所有实施例包括所论述的特征、优点或操作模式。本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，且无意限制本发明的实施例。 如本文中所使用，单数形式“一”和“所述”意欲也包括复数形式，除非上下文另有清晰指示。 应进一步理解，术语“包含”和/或“包括”在本文中使用时，其指定了规定特征、整体、步骤、 操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元 件、组件和/或其群组的存在或添加。另外，依据待由(例如)计算装置的元件执行的动作序列来描述许多实施例。应 认识到，本发明的各种方面可以许多不同形式来体现，已预期所有所述形式均在所主张的 标的物的范围内。此外，对于本文中所描述的实施例中的每一者来说，任何此些实施例的对 应形式可在本文中被描述为(例如)“经配置以执行所描述的动作的逻辑”。
如以上在“背景技术”中所论述，在常规差动LNA中实现的选择性的量通常受到 负载槽的有限Q、输出阻抗和在其输出网络处可见的下一级输入阻抗的限制。虽然在理 论上，可通过将这些元件的实部阻抗保持为相对低，从而导致相对高的输出网络等效电阻 Req-LNA而实现高Q，但实际上，此产生Q方面的相对小的改进。相比而言，本发明的实施 例提供在输出网络处的额外负电阻块来通过增加Req-LNA而增强Q。举例来说，通过将具 有-toeg的电阻的负电阻块添加到输出网络，可如下确定根据本发明的实施例的等效电阻 Req
权利要求
1.一种设备，其包含放大器，其中所述放大器包含输出级，其由提供正输出电压的正输出端子和提供负输出电压的负输出端子形成；负载槽，其与所述输出级并联耦合，且经配置以对在所述放大器处接收的信号进行滤 波·’以及负电阻块，其与所述输出级和所述负载槽并联耦合。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述负电阻块为负跨导电路，其经配置以基于所 述电路中所包括的一个或一个以上有源装置的偏置条件而提供负电阻。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述负电阻块包含第一跨导装置，其具有耦合到所述输出级的所述正输出端子的第一端子和耦合到所述 输出级的所述负输出端子的第二端子；以及第二跨导装置，其具有耦合到所述输出级的所述负输出端子的第一端子和耦合到所述 输出级的所述正输出端子的第二端子。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述负电阻块进一步包含调谐电压源，其耦合到所述第一跨导装置的第三端子并耦合到所述第二跨导装置的第 三端子，所述调谐电压源经配置以将偏置电压提供到所述第一跨导装置和第二跨导装置。
5.根据权利要求3所述的设备，其中所述负电阻块进一步包含调谐电流源，其耦合到所述第一跨导装置的第三端子并耦合到所述第二跨导装置的第 三端子，所述调谐电流源经配置以将偏置电流提供到所述第一跨导装置和第二跨导装置。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述调谐电流源为接收外部调谐电流并提供经镜 射的电流的电流镜。
7.根据权利要求5所述的设备，其中所述第一跨导装置和第二跨导装置的所述第三端 子各自电阻性地耦合到所述调谐电流源以提供所述第一跨导装置和第二跨导装置的所要 的偏置。
8.根据权利要求3所述的设备，其中所述第一跨导装置和第二跨导装置的所述第二端子分别电容性地耦合到所述输出级 的所述负输出端子和所述输出级的所述正输出端子，且所述第一跨导装置和第二跨导装置的所述第二端子各自电阻性地耦合到调谐电流源。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一跨导装置和第二跨导装置的所述第二端子电容性耦合到接地，且所述第一跨 导装置和第二跨导装置的第三端子耦合到接地。
10.根据权利要求8所述的设备，其中所述负电阻块进一步包含第三跨导装置，其具有耦合到所述第一跨导装置的第三端子的第一端子、电容性地耦 合到所述第二跨导装置的第三端子的第二端子和耦合到第一调谐电流源的第三端子；第四跨导装置，其具有耦合到所述第二跨导装置的所述第三端子的第一端子、电容性 地耦合到所述第一跨导装置的所述第三端子的第二端子和耦合到第二调谐电流源的第三 端子；以及电阻器，其耦合到所述第三跨导装置和第四跨导装置的所述第三端子。
11.根据权利要求3所述的设备，其中所述跨导装置为NMOS晶体管，其包括作为所述晶 体管的源极的第一端子、作为所述晶体管的栅极的第二端子和作为所述晶体管的漏极的第三端子。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述负电阻块包含彼此耦合的第一电流镜和第二电流镜，其中所述第一电流镜在一个端子处耦合到所述 输出级的所述正输出端子且在另一端子处电阻性地耦合到所述输出级的所述负输出端子。
13.根据权利要求1所述的设备，其中所述负电阻块提供在范围-1000欧姆到-5000欧 姆(包括-1000欧姆和-5000欧姆)中的负电阻。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述负载槽由负载电感器和负载电容器形成。
15.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含一对共源共栅装置，其耦合到所述输出级且经配置以缓冲所述放大器中的电流。
16.根据权利要求1所述的设备，所述放大器进一步包含 跨导级，其经配置以接收输入电压；以及电流源，其经配置以将电流提供到所述跨导级。
17.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备为低噪声放大器(LNA)。
18.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备为无线接收器。
19.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备为GPS接收器。
20.一种放大信号的方法，所述方法包含 在输入级处接收输入信号；响应于所述输入信号，提供输出信号，所述输出信号包括在正输出端子处的正输出电 压和在负输出端子处的负输出电压；在所述正输出端子和负输出端子处对所述输入信号进行滤波；以及 提供在所述正输出端子与负输出端子之间的负电阻。
21.根据权利要求20所述的方法，其中提供所述负电阻包含将电流传递穿过一个或一个以上有源装置，其中所述负电阻是基于所述一个或一个以 上有源装置的跨导。
22.根据权利要求21所述的方法，其中提供所述负电阻进一步包含 偏置所述一个或一个以上有源装置以将所述跨导设定到所要的值。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述所提供的负电阻在-1000欧姆到-5000欧 姆(包括-1000欧姆和-5000欧姆)的范围中。
24.一种放大器，其包含 用于接收输入信号的装置；用于响应于所述输入信号提供输出信号的装置，所述输出信号包括在正输出端子处的 正输出电压和在负输出端子处的负输出电压；用于在所述正输出端子和负输出端子处对所述输入信号进行滤波的装置；以及 用于提供在所述正输出端子与负输出端子之间的负电阻的装置。
25.根据权利要求M所述的放大器，其中所述用于提供所述负电阻的装置包含 用于传递电流的跨导装置，其中所述负电阻是基于所述跨导装置的跨导。
26.根据权利要求25所述的放大器，其中所述用于提供所述负电阻的装置进一步包含用于偏置所述跨导装置以将所述跨导设定到所要的值的装置。
27.根据权利要求M所述的放大器，其中所述所提供的负电阻在-1000欧姆到-5000 欧姆(包括-1000欧姆和-5000欧姆)的范围中。
全文摘要
根据一些实施例，一种设备可包含放大器，其中所述放大器包含输出级，其由提供正输出电压的正输出端子和提供负输出电压的负输出端子形成；负载槽，其与所述输出级并联耦合且经配置以对在所述放大器处接收的信号进行滤波；以及负电阻块，其与所述输出级和所述负载槽并联耦合。
文档编号H03F3/45GK102084589SQ200980126185
公开日2011年6月1日 申请日期2009年7月8日 优先权日2008年7月8日
发明者罗杰·布罗肯布拉夫, 阿努普·萨芙拉 申请人:高通股份有限公司