具有改进的线性度的分路式放大器的制造方法
【专利说明】具有改进的线性度的分路式放大器
[0001] 背景 [0002] 领域
[0003] 本公开一般涉及电子器件，尤其涉及放大器。
【背景技术】
[0004] 无线通信系统中的无线设备（例如，蜂窝电话或智能电话）可以传送和接收数据 以供双向通信。无线设备可包括用于数据传送的发射机以及用于数据接收的接收机。对于 数据传输，发射机可用数据来调制本地振荡器（LO)信号以获得经调制信号，放大经调制信 号以获得具有恰当发射功率电平的输出射频（RF)信号，并经由天线将该输出RF信号发射 到基站。对于数据接收，接收机可经由天线获得收到RF信号并且可放大和处理该收到RF 信号以恢复由基站发送的数据。
[0005] 无线设备可包括用于不同目的的不同类型的放大器。例如，无线设备可包括接收 机中的低噪声放大器（LNA)、发射机中的功率放大器（PA)以及接收机和/或发射机中的可 变增益放大器（VGA)。放大器可能需要满足与增益、线性度等有关的各种要求。具有可配置 增益和高线性度的放大器是高度合乎需要的。
[0006] 附图简述
[0007] 图1示出了无线设备正与无线系统通信。
[0008] 图2示出了图1中的无线设备的框图。
[0009] 图3示出了具有可配置增益的LNA的示意图。
[0010] 图4A、4B和4C示出了具有可配置增益和线性化电路系统的分路式LNA的三个示 例设计的示意图。
[0011] 图5A和5B示出了分路式单输入多输出（SHTO)LNA的两个示例性设计的示意图。
[0012] 图6示出了分路式多输入多输出（MHTO)LNA的示例性设计的示意图。
[0013] 图7示出了图4B中的分路式LNA的性能的标绘。
[0014] 图8示出了用于执行信号放大的过程。
[0015] 详细描述
[0016] 以下阐述的详细描述旨在作为本公开的示例性设计的描述，而无意表示可在其中 实践本公开的仅有设计。术语"示例性"在本文中用于表示"用作示例、实例或解说"。本文 中描述为"示例性"的任何设计不必被解释为优于或胜过其他设计。本详细描述包括具体 细节以提供对本公开的示例性设计的透彻理解。对于本领域技术人员将明显的是，没有这 些具体细节也可实践本文描述的示例性设计。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形 式示出以免湮没本文中给出的示例性设计的新颖性。
[0017] 本文公开了具有可配置增益和线性化电路系统的分路式放大器（split amplifier)。分路式放大器是包括多个放大器电路和线性化电路的放大器。一个或多个放 大器电路可被启用以获取分路式放大器的期望增益。线性化电路可被启用或禁用以获取分 路式放大器的期望线性度。分路式放大器可被视作被拆分成多个放大器电路。分路式放大 器可被用于各种电子设备，诸如无线通信设备。
[0018] 图1示出了与无线通信系统120和122通信的无线设备110。每个无线系统可 以是长期演进（LTE)系统、码分多址（CDM)系统、全球移动通信（GSM)系统、无线局域网 (WLAN)系统或其他某个无线系统。CDM系统可实现宽带CDM(WCDM)XDM IX、时分同步 CDMA(TD-SCDMA)、或其他某个版本的CDMA。为简化起见，图1示出了包括两个基站130和 132以及一个系统控制器140的无线系统120以及包括一个基站134的无线系统122。一 般而言，无线系统可包括任何数目的基站以及任何网络实体集合。基站还可被称为B节点、 演进型B节点（eNB)、接入点等。
[0019] 无线设备110还可以被称为用户装备（UE)、移动站、终端、接入终端、订户单元、站 等。无线设备110可以是蜂窝电话、智能电话、平板设备、无线调制解调器、个人数字助理 (PDA)、手持式设备、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路（WLL)站、蓝 牙设备、等等。无线设备110可与无线系统120和/或122通信。无线设备110还可接收 来自广播站的信号、来自一个或多个全球导航卫星系统（GNSS)中的卫星（例如，卫星150) 的信号、等等。无线设备110可以支持用于无线通信的一种或多种无线电技术，诸如LTE、 WCDMA、CDMA IX、TD-SCDMA、GSM、802. 11 等等。
[0020] 图2示出了图1中的无线设备110的示例性设计的框图。在这一示例性设计中， 无线设备110包括耦合至主天线210的收发机220、耦合至副天线212的收发机222、以及 数据处理器/控制器280。收发机220包括天线接口电路224、多（K)个LNA 230a到330k、 接收电路240、发射电路250、和多（K)个功率放大器（PA) 260a到260k。收发机222包括 天线接口电路226、多（M)个LNA 232a到232m、接收电路242、发射电路252、和多（M)个 PA 262a到262m。收发机220和222可支持多个频带、载波聚集、多种无线电技术、多个无 线系统、接收分集、发射分集、从多个发射天线到多个接收天线的MIMO传输等等，或其任何 组合。
[0021] 对于数据接收，天线210接收来自基站和/或其他发射机站的信号并将收到RF信 号提供给天线接口电路224。天线接口电路224将一个或多个输入RF信号提供给一个或多 个所选接LNA 230。天线接口电路224可包括开关、双工器、共用器、发射滤波器、接收滤波 器、匹配电路、定向耦合器等。每个所选LNA 230放大其输入RF信号并且向接收电路240 提供一个或多个经放大RF信号。接收电路240将每一个经放大RF信号从RF下变频到基 带，对经下变频信号进行滤波和放大，并且将输入基带信号提供给数据处理器280。接收电 路240可包括混频器、滤波器、放大器、匹配电路、振荡器、LO发生器、锁相环（PLL)等。
[0022] 对于数据传输，数据处理器280处理（例如，编码和调制）要发射的数据，并且将 一个或多个输出基带信号提供给发射电路250。发射电路250对每个输出基带信号进行放 大、滤波并将其从基带上变频至RF，以及将所得的经调制信号提供给所选PA 260。发射电 路250可包括放大器、滤波器、混频器、匹配电路、振荡器、LO发生器、PLL等等。每个所选 PA 260放大其经调制信号，并且提供具有恰当发射功率电平的输出RF信号。来自每个所选 PA 260的输出RF信号被路由通过天线接口电路224并经由天线210来发射。
[0023] 收发机222内的LNA 232、接收电路242、发射电路252和PA 262可以按与收发机 220内的LNA 230、接收电路240、发射电路250和PA 260相类似的方式操作。收发机220 和222可包括图2中未示出的其他电路。收发机220和222的全部或部分可被实现在一个 或多个模拟集成电路（IC)、RF IC(RFIC)、混合信号IC等上。例如，LNA 230和接收电路240 可实现在一个模块上，该模块可以是RFIC等。收发机220和222中的这些电路也可按其他 方式来实现。
[0024] 数据处理器/控制器280可为无线设备110执行各种功能。例如，数据处理器280 可对经由接收机电路240和242接收到的数据以及经由发射电路250和252传送的数据执 行处理。控制器280可以控制收发机220和222内的各种电路的操作。存储器282可存储 供数据处理器/控制器280使用的程序代码和数据。数据处理器/控制器280可以实现在 一个或多个专用集成电路（ASIC)和/或其他IC上。
[0025] 图2示出了具有耦合至两个天线210和212的两个收发机220和222的无线设备 110的示例性设计。一般而言，无线设备可以包括用于任何数目的天线的任何数目的收发 机。每个收发机可包括任何数目的LNA和任何数目的PA以支持任何数目的频带、任何数目 的无线系统、任何数目的无线电技术等。
[0026] 图2中的LNA 230和232可具有可配置增益以处置一定范围的信号状况。具有可 配置增益的LNA可按各种方式并用各种类型的晶体管来实现。以下描述了用N沟道金属氧 化物半导体（NMOS)晶体管来实现的LNA的一些示例性电路设计。
[0027] 图3示出了具有可配置增益的LNA 300的示意图。LNA 300包括源极衰退电感器 332、增益晶体管334和共源共栅晶体管336。输入匹配电路310使其一端接收输入RF信号 (RFin)，并且另一端耦合至增益晶体管334的栅极。增益晶体管334使其源极耦合至电感 器332的一端，并且其漏极耦合至共源共栅晶体管336的源极。电感器332的另一端耦合 至电路接地。共源共栅晶体管336使其栅极接收控制信号（Vcasc)，并且使其漏极耦合至负 载电路380。增益晶体管334和共源共栅晶体管336可以如图3所示用NMOS晶体管，或者 可以用其他类型的晶体管来实现。电阻器314使其一端耦合至增益晶体管334的栅极，并 且使另一端接收针对增益晶体管334的偏置电压（Vbias)。
[0028] 在LNA 300内，增益晶体管334放大RFin信号并且提供经放大信号。共源共栅晶 体管336缓冲经放大信号并将输出RF信号（RFout)提供给负载电路380。源极退化电感器 332执行数种功能。首先，电感器332使得LNA 300能够获取好的动态范围（例如，低噪声 系数），并且以低功耗来为接收机达成高灵敏度。其次，电感器332有助于LNA 300的输入 匹配。
[0029] 增益晶体管334可用偏置电流Ibias来偏置，偏置电流Ibias可由经由电阻器314 施加给增益晶体管334的栅极的Vbias电压来确定。该偏置电流可以被选择以为LNA 300 获得期望的增益、线性度和动态范围。偏置电压可被调整以使得期望量的偏置电流流经增 益晶体管334。可为具有较高偏置电流的LNA 300获得较高的增益，反之亦然。
[0030] 提供给LNA 300的输入RF信号可包括一个或多个期望信号以及干扰信号。期望信 号是将由无线设备接收的所传送信号。干扰信号是不由无线设备接收的所传送信号。输入 RF信号可包括扰乱，该扰乱是具有比期望信号的振幅大得多的振幅并且在频率上接近期望 信号的干扰信号。LNA 300的非线性度可导致致使互调失真（Hffi)的扰乱。頂D可在频率 上交叠期望信号并且可充当可不利地影响期望信号的接收的附加噪声。
[0031] 可选择源极退化电感器332的电感以及偏置电流的量以便为LNA 300获得期望的 增益、动态范围和线性度。LNA 300的线性度可通过三阶截点（ΙΡ3)来量化。当存在强扰乱 时，LNA 300和/或接收机可以饱和，这可能使信噪比（SNR)降级。LNA 300应当在存在扰 乱时具有高线性度以缓解SNR降级。
[0032] LNA 300可以具有可配置增益以处置不同的信号状况。LNA 300可以（i)在输入 RF信号中不存在扰乱时以高增益模式操作或者（ii)在输入RF信号中存在扰乱时以低增益 模式操作。例如，LNA 300可以在低增益模式中具有比高增益模式低6到9分贝（dB)的增 益。LNA 300在低增益模式中的较低增益可有助于接收机在存在扰乱的情况下满足线性度 要求。
[0033] -般而言，LNA或接收机可在存在强扰乱时饱和，这可使SNR降级。避免饱和的一 种方式是通过减小偏置电流来减小LNA的增益。然而，如果偏置电流被降低的太多，则可能 不利地影响源极衰退电感器的输入匹配。因此，偏置电流可被减小由输入匹配约束限定的 量。将偏置电流限制在某个最小量将导致LNA的受限动态范围。LNA可随后不能在不过度 降级SNR的情况下处置超过某个等级的强扰乱。
[0034] 在本公开的一方面，包括多个放大器电路和线性化电路的分路式放大器可用于针 对不同信号状况获取良好性能。一个或多个放大器电路可被启用以获取期望增益。线性化 电路可被启用或禁用以获取期望线性度。分路式放大器可具有良好动态范围、高线性度和 其他期望特性。分路式放大器的可配置增益可防止接收机饱和。分路式放大器的高线性度 可允许接收机获取高SNR。
[0035] 图4A示出了具有可配置增益和线性化电路系统的分路式LNA 400的示例性设计 的示意图。LNA 400可被用于图2中的LNA 230和232中的任一个。LNA 400包括两个放 大器电路430和440、源极衰退电感器