多级差动放大器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多级差动放大器。例如，涉及在无线通信中放大信号的多级差动放大器。
【背景技术】
[0002]相比其他放大器，差动放大器具有能够消除同相的噪声的优点，被广泛用于放大通信设备(例如手机、或对应于无线LAN(Local Area Network ;局域网)的通信终端)的基带信号。
[0003]作为以往的差动放大器，已知差动放大器被多级地连接，适用了逆缩放(InverseScaling)的多级差动放大器(例如参照非专利文献I)。在非专利文献I的逆缩放中，以使各级的差动放大器中的晶体管尺寸向后级顺序地为一半进行电路设计。
[0004]此外，已知差动放大器被多级地连接，通过校准来校正各级的差动放大器的DC偏移的多级差动放大器(例如参照专利文献I)。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本国特开2011-055055号公报
[0008]非专利文献
[0009]非专利文献1:Eduard Sackinger and Wilhelm C.Fischer，“A 3-GHz 32_dBCMOS Limiting Amplifier for SONET OC-48 Receivers”， IEEEJOURNAL OF SOLID-STATECIRCUITS，DECEMBER 2000，vol.35，N0.12，P1884-P1888
【发明内容】
[0010]发明要解决的问题
[0011]在非专利文献I及专利文献I中，若将多级差动放大器宽带化，则多级差动放大器的增益就下降。
[0012]本发明鉴于上述情况而完成，提供能够兼顾宽带化和抑制增益下降的多级差动放大器。
[0013]解决问题的方案
[0014]本发明的多级差动放大器包括:串联连接的多个差动放大器；以及阻断所输入的信号的直流分量的直流分量阻断单元，所述直流分量阻断单元配置在所述多个差动放大器之间，配置在紧接所述直流分量阻断单元之后的第一差动放大器的晶体管尺寸，大于配置在所述直流分量阻断单元的前二级的第二差动放大器的晶体管尺寸。
[0015]发明的效果
[0016]根据本发明，能够兼顾宽带化和抑制增益下降。
【附图说明】
[0017]图1是表示第一实施方式中的多级差动放大器的电路结构例子的电路图。
[0018]图2是表示第一实施方式中的多级差动放大器具有的HPF(High Pass Filter ;高通滤波器)的结构例子的电路图。
[0019]图3是表示第一实施方式中的多级差动放大器的晶体管尺寸、DC(DirectCurrent ;直流)偏移(offset)的波动的一例子的示意图。
[0020]图4是表示表示与第一实施方式中的多级差动放大器同样地构成电路的情况下的以往的多级差动放大器的晶体管尺寸、DC偏移的波动的一例子的示意图。
[0021]图5是表示第一实施方式中的多级差动放大器的电路结构的变形例子I的电路图。
[0022]图6是表示第一实施方式中的多级差动放大器的电路结构的变形例子2的电路图。
[0023]图7是表示第二实施方式中的多级差动放大器的电路结构例子的电路图。
[0024]图8是表示第三实施方式中的多级差动放大器的电路结构例子的电路图。
[0025]图9是表示第四实施方式中的多级差动放大器的电路结构例子的电路图。
[0026]图10是表示第五实施方式中的多级差动放大器的电路结构例子的电路图。
[0027]图11是表示第五实施方式中的Cherry-Hooper型的可变增益放大器的晶体管级别(level)的电路结构例子的电路图。
[0028]图12是表示第六实施方式中的多级差动放大器的电路结构例子的电路图。
[0029]图13是表示第六实施方式中的多级差动放大器中的晶体管尺寸、DC偏移的波动、以及IQ(In_phase Quadrature-Phase ;同相和正交相)振幅误差最差值的一例子的示意图。
[0030]图14是表示与第六实施方式中的多级差动放大器同样地构成电路的情况下的以往的多级差动放大器的晶体管尺寸、DC偏移的波动、以及IQ振幅误差最差值的一例子的示意图。
[0031]图15是表示IQ信号的位置错位的一例子的示意图。
[0032]图16是表示差动放大器中的带宽和寄生电容之间关系的一例子的示意图。
[0033]图17是表示差动放大器的晶体管级别的电路结构例子的电路图。
[0034]图18是表不DC偏移和各DC偏移的发生几率之间关系的一例子的不意图。
[0035]图19是表不相对晶体管尺寸的DC偏移的波动的一例子的不意图。
[0036]图20是表不相对输入到差动放大器的DC偏移的差动放大器的增益特性的一例子的示意图。
[0037]图21是表示适用了逆缩放的非专利文献I的多级差动放大器的结构的电路图。
【具体实施方式】
[0038]以下，参照【附图说明】本发明的实施方式。
[0039](获得本发明的一方式的经过)
[0040]例如，符合IEEE802.11的毫米波段的近程无线系统要处理宽带(例如带宽880MHz)的基带信号(以下，仅称为“宽带信号”)。因此，在处理宽带信号的系统中，例如与以往的通信设备的处理基带信号的差动放大器比较，需要宽带的差动放大器。
[0041]图16是表示由差动放大器可处理的信号的带宽和差动放大器具有的晶体管的寄生电容之间关系的示意图。一般地，晶体管的寄生电容越大，该带宽越小。因此，在将差动放大器宽带化的情况下，需要削减晶体管的寄生电容。由于晶体管的寄生电容与晶体管尺寸成正比，所以为了削减寄生电容而需要减小晶体管尺寸。
[0042]另一方面，若减小晶体管尺寸，则被输入差动放大器的信号的晶体管对(例如图17的输入端子Mla，Mlb)的特性(例如阈值电压)的失配大。这种情况下，被输入差动放大器的差动信号的正侧和负侧的DC电压之差(以下，也称为DC偏移)的波动大。图17是表不差动放大器的电路结构例子的电路图。
[0043]在要制造多个具有同一特性的晶体管的情况下，例如根据正态分布，在晶体管的特性(例如DC偏移)上产生波动。图18是表示DC偏移和各DC偏移的发生几率之间关系的示意图。
[0044]晶体管的阈值电压的波动，一般与晶体管尺寸S的平方根成反比。差动放大器的DC偏移的波动，一般与晶体管的阈值电压的波动量成正比。因此，如图19所示，差动放大器的DC偏移的波动与晶体管尺寸S的平方根成反比。
[0045]此外，如图20所示，差动放大器的DC偏移的绝对值越大，差动放大器的增益(gain)越减少，DC偏移的绝对值越小，差动放大器的增益越增大。因此，若差动放大器的DC偏移的波动大，则差动放大器的增益波动，有时增益降低。
[0046]于是，差动放大器的带宽扩展和DC偏移的波动降低及增益降低为折衷的关系。
[0047]接下来，考察非专利文献I及基于专利文献I的技术。
[0048]图21是表示适用了逆缩放的非专利文献I的多级差动放大器的结构的电路图。
[0049]在图21中，第I级的差动放大器的晶体管尺寸为“8x”、第2级的差动放大器的晶体管尺寸为“4x”、第3级的差动放大器的晶体管尺寸为“2x”、第4级的差动放大器的晶体管尺寸为“lx”。“X”表示规定值。
[0050]在多级差动放大器中，相比前级的差动放大器的晶体管的寄生电容，后级的差动放大器的晶体管的寄生电容对多级差动放大器的输出的贡献度较大。在适用了逆缩放的情况下，由于晶体管尺寸向后级变小，所以与相同地构成所有级的差动放大器的晶体管尺寸的情况比较，能够扩大带宽。
[0051]此外，由差动放大器产生的DC偏移与交流分量一起被各级的差动放大器放大。因此，在距多级差动放大器的输入端近的差动放大器中产生的DC偏移的影响，比在距多级差动放大器的输出端近的差动放大器中产生的DC偏移的影响大。
[0052]在逆缩放中，距多级差动放大器的输入端越近，差动放大器具有的晶体管的晶体管尺寸越大。因此，距输入端越近，越减小差动放大器产生的DC偏移的波动，越降低被输入到多级差动放大器的最后级的差动放大器的DC偏移的波动。
[0053]但是，在将非专利文献I的逆缩放适用于在包含毫米波段(例如符合IEEE802.1lad的频带)的高频频带中进行通信的近程无线系统的情况下，需要考虑以下的情况。
[0054]在近年来的通信系统中，处理更宽的宽带信号的系统在增加。例如，与处理20MHz左右的基带带宽的以往的通信设备比较，在进行毫米波通信的通信设备中处理880MHz的基带带宽，所以基带带宽为40倍以上。因此，为了满足带宽而需要进一步削减寄生电容，由于需要使各级的差动放大器的晶体管尺寸更小，所以难以降低DC偏移的波动。因此，难以兼顾宽带宽和增益降低。
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