低噪声放大器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种低噪声放大器，包含一变压器与一第一级增益电路。其中，该变压器具有一主要线圈与一次要线圈，并且，该主要线圈用以接收一输入信号。该第一级增益电路具有一第一输入端口，且该第一输入端口耦接于该主要线圈。其中，该第一级增益电路用以提供一增益给该输入信号来产生一第一输出。
【专利说明】低噪声放大器
【技术领域】
[0001]本发明关于无线通信领域，特指一种用于接收器中的低噪声放大器。
【背景技术】
[0002]在无线通信系统中，接收器需要通过低噪声放大器(low noise amplifier, LNA),将自天线所接收的无线信号进行放大，供后续的解调器进行解调处理。低噪声放大器在设计上必须考量很多层面，尤其重要的就是自身造成的噪声。如果在放大无线信号的过程中，将过多的噪声带入至无线信号中，会导致解调器产生出错误的解调结果。也就是说，低噪声放大器在设计上必须具备足够低的噪声指数(noise figure)，才能确保数据传输的正确性。另一方面，在集成电路微缩化的趋势下，低噪声放大器的设计也必须考量如何在有限的电路面积中，将低噪声放大器效能最佳化。因此，如何设计出兼具较小电路面积以及较佳抗噪声能力的低噪声放大器便成为无线通信系统中的重要一环。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的一目的在于提供一种拥有较小电路面积的低噪声信号放大器，其主要通过将放大器中的部分元件整合来达成。另外，本发明的另一目的在于利用输入端的变压器来降低放大器本身可能带来的噪声，达成良好的噪声抑制效果。
[0004]本发明的实施例提供一种放大器，该放大器包含:一变压器与一第一级增益电路。该变压器具有一主要线圈与一次要线圈，并且该主要线圈用以接收一输入信号。该第一级增益电路具有一第一输入端口，该第一输入端口耦接于该主要线圈。并且，该第一级增益电路用以提供一增益给该输入信号来产生一第一输出。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1为本发明放大器的一实施例的电路架构图；
[0006]图2绘示本发明放大器中的变压器的端点极性；
[0007]图3绘示本发明放大器中的变压器的一实施绕线方式。
[0008]其中，附图标记说明如下:
[0009]100放大器；
[0010]120变压器；
[0011]140、160增益电路；
[0012]122,124,180线圈；
[0013]Μ1-Μ4晶体管。
【具体实施方式】
[0014]在说明书及申请专利权利要求范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及后续的申请专利权利要求范围并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的”包含”为一开放式的用语，故应解释成”包含但不限定于”。此外，”耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段，因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或者通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
[0015]请参考图1，其为本发明放大器的一实施例的电路架构图。如图所示，放大器100可提供一增益给一输入信号Sin,以产生一输出信号Sout。放大器100包含一变压器120与一第一级增益电路140。变压器120包含有一主要线圈122与一次要线圈124。主要线圈122的第一端与主要线圈122的第二端分别稱接于第一级增益电路140的一第一输入端口的第一输入端NI与第二输入端N2。再者，次要线圈124的第一端与次要线圈124的第二端分别耦接于第一级增益电路140的一第二输入端口的第三输入端N3与第四输入端N4。当单端形式的输入信号Sin通过主要线圈122的第一端(或是说输入端NI)输入至变压器120时，基于楞次定律，主要线圈122的第二端(或是说输入端N2)将会产生与输入信号Sin反相的信号，如此一来，便能在第一级增益电路140的第一输入端口上形成一组差动信号。再者，通过变压器120所提供的信号耦合效果，可将主要线圈122两端所形成的差动输入信号率禹合至第一级增益电路140的第二输入端口的第三输入端N3与第四输入端N4,如此一来，第一级增益电路140中的晶体管Ml与M2的等效转导将被提高，进而抑制当第一级增益电路140对该组差动信号进行放大时所带来的通道噪声。
[0016]于本发明的一实施例中，主要线圈122又具有一抽头端(tap)X5,f禹接于一第一参考电压(如:接地电压GND)，其中抽头端X5可能为一中央抽头端(center tap)。另外，次要线圈124亦具有一抽头端X6,稱接于一第二参考电压(如:偏压电压Vbiasl)之间,其中抽头端X6可能为一中央抽头端。然而，以上所述的特定连接关系以及图1所示的连接方式并非为本发明的限制。
[0017]此外，第一级增益电路140包含有第一场效晶体管Ml以及第二场效晶体管M2，其中晶体管各个电极与变压器120的连接关系如下。第一场效晶体管Ml的控制电极(如:栅极)以及第二场效晶体管M2的控制电极分别用来作为第一级增益电路140的第二输入端口的第三输入端N3与第四输入端N4，并且耦接于次要线圈124。另外，第一场效晶体管Ml的第一电极(如:源极)以及第二场效晶体管M2的第一电极分别用来作为第一级增益电路140的第一输入端口的第一输入端NI与第二输入端N2，并且耦接于主要线圈122。通过以上的连接方式，抑制了通道噪声，因此第一级增益电路140可产生具有较少噪声或不具噪声的一输出信号S_out_ini。
[0018]于本发明的一实施例中，放大器100又包含有一第二级增益电路160，用以提供一增益给自第一级增益电路140所输出的输出信号S_out_ini,产生输出信号S_out,并将输出信号S_out提供给后续的信号处理电路。然而，此非本发明的限制，在本发明的其他实施例中，放大器100可能仅包含有第一级增益电路140，而放大器100则因此直接提供输出信号S_out_ini给后续的信号处理电路。其中，第二级增益电路160包含有一第三场效晶体管M3以及一第四场效晶体管M4，详细的连接关系如图1所示，第三场效晶体管M3以及第四场效晶体管M4的控制电极分别连接于一偏压电压Vbias2，其中，偏压电压Vbias2可能相同或不同于偏压电压Vbiasl。第三场效晶体管M3的第二电极(如:汲极)以及第四场效晶体管M4的第二电极上将产生差动型式的输出信号S_out。另外，于本发明的一实施例中，第三场效晶体管M3的第二电极以及第四场效晶体管M4的第二电极可能如图1所示般，连接至一第三线圈180的两端，其中，第三线圈180用来作为放大器100的一电感性负载。
[0019]请注意，尽管以上所提及的实施例中的场效晶体管M1、M2、M3、M4均为N型场效晶体管，然而，此非本发明的限制，于本发明其他实施例中，亦可采用P型场效晶体管或者是N型场效晶体管与P型场效晶体管的组合来实现第一级增益电路140与第二级增益电路160。
[0020]为了能达到抗噪声的良好效果，于本发明的一实施例中，主要线圈122与次要线圈124具有如图2所示般的极性。图2基于点法则(dot convention)来标示线圈端点的信号极性。如图所示，主要线圈122的第一端(或者说是端点NI)为电压/电流的进入方向，次要线圈124的第二端(或者说是端点N4)为电压/电流的输出方向，也就是说，主要线圈122的第一端(或者说是端点NI)与次要线圈124的第一端(或者说是端点N3)具有不同的信号极性。如此一来，主要线圈122与次要线圈124便能通过耦合效应来减少场效晶体管(Ml、M2、M3、M4)所造成的通道噪声或者是其他可能的噪声，达到噪声抑制的效果。然而，应当注意的是，图2所示的极性配置方式并非本发明唯一的可能实施方式，于本发明其他实施例中，仍可能有其他的极性配置方式，来达到降噪声的效果。
[0021]关于变压器120于电路布局上的一可能绕线方式请参考图3。如图所示，主要线圈122的两端分别耦接于第一级增益电路140的第一输入端NI以及第二输入端N2，而次要线圈124的两端则分别耦接于第一级增益电路140的第三输入端N3以及第四输入端N4。再者，主要线圈122的抽头端X5耦接于接地电压GND，而次要线圈124的抽头端X6耦接于偏压电压Vbiasl。另外，主要线圈122与次要线圈124的绕线由图示中的传导路径所组成。请注意，图3中所示的绕线方式并非本发明变压器120的唯一可能的绕线方式，任何其他可达成与变压器120相同效果的绕线方式均属本发明的范畴。
[0022]以上文中所提及的”一实施例”代表针对该实施例所描述的特定特征、结构或者是特性包含于本发明的至少一实施方式中。换言之，文中不同段落中所出现的”一实施例”并非代表相同的实施例。因此，尽管以上对于不同实施例描述时，分别提及了不同的结构特征或是方法性的动作，但应当注意的是，这些不同特征可通过适当的修改而同时实现于同一特定实施例中。
[0023]在实际应用上，信号增益电路100可以于一无线接收器，以作为该接收器中的一低噪声放大电路，而变压器120则可由一平衡-非平衡变压器(balun)来实现之。一般来说，低噪声放大器需通过平衡-非平衡变压器(balun)来进行单端/差动输入信号的转换(由于天线所接收的无线信号通常为单端型式)，并且也可能同时需要通过电感性元件来提供一高输入阻抗(通常设置于晶体管的源极与接地端之间)。由于电感性元件在电路布局上通常占了相当可观的空间，因此这样的架构往往具有相当大的电路面积。本发明则通过平衡-非平衡变压器的主要线圈122来进行单端/差动输入信号的转换，并且亦通过主要线圈122提供高输入阻抗给放大器100，因此，可将放大器100的电路面积维持在一个理想大小。另外，本发明将变压器120的次要线圈124连接至放大器的第一级增益电路140中的晶体管(M1，M2)的栅极，如此一来，在便通过线圈与线圈之间的信号耦合效应，来消除噪声，最终可在有效的电路面积中，实现具有良好特性的低噪声放大器。
[0024]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种放大器，其特征在于，包含: 一变压器，具有一主要线圈与一次要线圈，该主要线圈用以接收一输入信号；以及一第一级增益电路，具有一第一输入端口，该第一输入端口稱接于该主要线圈，该第一级增益电路用以提供一增益给该输入信号来产生一第一输出。
2.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，该第一级增益电路包含有一第一晶体管与一第二晶体管，并且每一晶体管包含有一控制电极、一第一电极与一第二电极。
3.如权利要求2所述的放大器,其特征在于,该第一输入端口包含有: 一第一输入端，稱接于该主要线圈的一第一端；以及 一第二输入端，稱接于该主要线圈的一第二端； 其中该第一晶体管的第一电极与该第二晶体管的第一电极分别作为该第一输入端与该第二输入端。
4.如权利要求3所述的放大器，其特征在于，该第一级增益电路另具有一第二输入端口，并且该第二输入端口包含有: 一第三输入端，稱接于该次要线圈的一第一端；以及 一第四输入端，耦接于该次要线圈的一第二端； 其中该第一晶体管的控制电极与该第二晶体管的控制电极分别作为该第三输入端与该第四输入端。
5.如权利要求4所述的放大器，其特征在于，该主要线圈的该第一端的极性与该次要线圈的该第一端的极性不同。
6.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，该变压器为一平衡-不平衡转换器。
7.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，该主要线圈包含有一抽头端耦接至一第一参考电压电平，以及该次要线圈包含有一抽头端耦接至一第二参考电压电平。
8.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，另包含有: 一第二级增益电路，耦接于该第一级增益电路，用以接收该第一输出，并产生一第二输出。
9.如权利要求8所述的放大器，其特征在于，另包含有: 一第三线圈，耦接于该第二级增益电路，用以作为一电感性负载。
10.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，其设置于一接收器中。
【文档编号】H03F1/26GK103580614SQ201210253229
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月20日 优先权日:2012年7月20日
【发明者】陈宪谷, 张家润, 陈家源, 林盈熙 申请人:瑞昱半导体股份有限公司