低噪声放大器以及用于载波聚合和非载波聚合的方法_4

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T M4的栅极和NFET M6的栅极施加高电压同时向NFET M3的栅极和NFET M5的栅极施加低电压被引导到第一上对NFET M3、M4的M4的源极(以及第一下NFET Ml的源极)以及第二上对NFET M5、M6的NFET M6的源极(以及第二下NFETM2的源极)。
[0075]在载波聚合模式下,假定通过天线509接收两个分量载波,则第一混合器505和第二混合器507两者被启动以使得每个混合器处理分量载波中的一个。可变电感器101被编程到较小值以便保持与常规模式下类似的增益和输入匹配,并且保持良好的噪声指数。第一可变电容器103和第二可变电容器105可以被编程用于相同的目的C3Vbiasi和Vbias2来自两个相同但是独立的偏置电路,因此,第一下NFET Ml和第二下NFET M2中的偏置电流被独立地控制。最终,也起LNA 500输出电流切换作用的第一上对NFET M3、M4被编程以使得Ml器件电流去到第一混合器505并且M2器件电流去到第二混合器507。第一对称半电路的增益通过第一分流NFET M7的分流(去除)部分被独立地控制,如下所述。类似地,第二对称半电路的增益通过第二分流NFET M8的分流(去除)部分被独立地控制,如下所述。在该配置中,输入匹配晶体管具有与常规模式下相同的大小,所以通过使用与常规模式下相同的外部输入匹配网络来保持良好的输入匹配。这个提出的原理可以扩展到任何多个分量载波。
[0076]在载波聚合模式中,通过向NFETM3的栅极和NFET M6的栅极施加高电压同时向NFET M4的栅极以及NFET M5的栅极施加低电压将LNA 500的一个输出电流引导到第一上对NFET M3、M4的NFET M3的源极(以及第一下NFET Ml的源极)并且将LNA 500的第二输出电流引导到第二上对NFET M5、M6的NFET M6的源极(以及第二下NFET M2的源极)。第一输出电流和第二输出电流可以每个包含一个或多个分量载波,其可以如下参照图5所述被转换成基带。如果每个输出电流包含一个分量载波,则LNA 500处理两个聚合的分量载波。然而,本发明不局限于处理仅仅两个聚合的分量载波,其中每个对称的半电路处理包含一个分量载波的一个输出电流。可以由本发明通过在输出电流中包括多于一个分量载波或者添加用于处理附加的输出电流的附加的对称半电路(如图6中所示并且如下所述)来处理附加的聚合的分量载波,其中附加的输出电流可以包含一个或多个分量载波。
[0077]图5的LNA 500包括连接在第一下NFET Ml和第二下NFET M2的漏极以及低电压(例如,GND)之间的可变电感器101,其中该可变电感器101从控制逻辑111接收用于变化可变电感器101的值的控制输入。可变电感器101用作切换的源极退化电感器。在常规模式下,可变电感器101在控制输入具有第一值(例如,低电压GND或逻辑O)时具有第一值。在载波聚合模式下,可变电感器101在控制输入具有第二值(例如,高电压VDD或逻辑I)时具有小于第一值的第二值。不同的值可以被用于控制输入以获得相同的结果(例如,用于可变电感器101的第一值的VDD以及用于可变电感器101的第二值的GND)。在载波聚合模式中,可变电感器101的第二值提供最优LNA 500输入阻抗匹配、增益和噪声指数。
[0078]LNA 500包括连接在第一下NFET Ml的栅极和漏极之间的第一可变电容器103,其中第一可变电容器103接收用于变化第一可变电容器103的值的控制输入。第一可变电容器103用作切换的源极退化电容器。在常规模式中,第一可变电容器103具有第一值。在载波聚合模式下,第一可变电容器103具有低于第一可变电容器103的第一值的第二值。可替换地,第一可变电容器103可以具有用于常规模式和载波聚合模式两者的固定值。然而,为了使用单个LNA 500处理较宽的RF频率范围,具有第一值和第二值的第一可变电容器103偏好为提供良好的LNA 500输入匹配和噪声指数。在常规模式下,第一可变电感器103在控制输入具有第一值(例如,低电压GND或逻辑O)时具有第一值。在载波聚合模式下,第一可变电感器103在控制输入具有第二值(例如,高电压VDD或逻辑I)时具有小于第一值的第二值。不同的值可以被用于控制输入以获得相同的结果(例如,用于第一可变电容器103的第一值的VDD以及用于第一可变电容器103的第二值的GND)。
[0079]LNA 500包括连接在第二下NFET M2的栅极和漏极之间的第二可变电容器105,其中第二可变电容器105接收用于变化第二变量电容器105的值的控制输入。第二可变电容器105用作切换的源极退化电容器。在常规模式中,第二可变电容器105具有第一值。在载波聚合模式下,第二可变电容器105具有低于第二可变电容器105的第一值的第二值。可替换地,第二可变电容器105可以具有用于常规模式和载波聚合模式两者的固定值。然而,为了使用单个LNA 500处理较宽的RF频率范围,具有第一值和第二值的第二可变电容器105偏好为提供良好的LNA 500输入匹配和噪声指数。在常规模式中,第二可变电感器105在控制输入具有第一值(例如,低电压GND或逻辑O)时具有第一值。在载波聚合模式下,第二可变电感器105在控制输入具有第二值(例如,高电压VDD或逻辑I)时具有小于第一值的第二值。不同的值可以被用于控制输入以获得相同的结果(例如,用于第二可变电容器105的第一值的VDD以及用于第二可变电容器105的第二值的GND)。
[0080]LNA 500包括第一分流NFET M7和第一分流阻抗Zl 107。第一分流NFET M7的漏极连接到第一上对NFET M3、M4的漏极。第一分流阻抗Zl 107连接在第一分流NFET M7的源极与高电压(例如,VDD)之间。第一分流NFET M7的栅极从控制逻辑111接收控制输入以便分流、或除去由第一对上NFET M3、M4与第一下NFET Ml形成的第一对称半电路中的一部分电流。由第一分流NFET M7和第一分流阻抗Zl 107分流的一部分电流取决于第一分流NFET M7通过控制输入导通的程度以及第一分流阻抗Zl 107的值。第一分流阻抗Zl 107可以是具有阻抗的任一设备(例如,诸如以具有电阻的任一材料形成的电阻器的无源元件、诸如以二极管配置连接的NFET的有源元件等等)。从第一对称半电路分流的电流的量影响第一对称半电路的增益(即,越多电流分流则增益越低)。
[0081 ] LNA 500包括第二分流NFET M8和第二分流阻抗Z2 109。第二分流NFET M8的漏极连接到第二上对NFET M5、M6的漏极。第二分流阻抗Z2 109连接在第二分流NFET M8的源极与高电压(例如,VDD)之间。第二分流NFET M8的栅极从控制逻辑111接收控制输入以便分流、或除去由第二上对NFET M5、M6与第二下NFET M2形成的第二对称半电路中的一部分电流。由第二分流NFET M8和第二分流阻抗Z2 109分流的一部分电流取决于第二分流NFET M8通过控制输入导通的程度以及第二分流阻抗Z2 109的值。第二分流阻抗Z2 2109可以是具有阻抗的任一静态元件或有源器件(例如,诸如以具有电阻的任一材料形成的电阻器的无源元件、诸如以二极管配置连接的NFET的有源元件等等)。从第二对称半电路分流的电流的量影响第二对称半电路的增益(即,越多电流分流则增益越低)。
[0082]用于第一分流NFETM7和第二分流NFET M8的控制输入被独立地控制,其使第一对称半电路的增益和第二对称半电路的增益能被独立地控制。
[0083]LNA 500包括控制逻辑111,其具有提供用于第一对上NFET M3、M4中的每一个、第二对上NFET M5、M6中的每一个、可变电感器101、第一可变电容器103、第二可变电容器105、第一分流NFET M7以及第二分流NFET M8的单独的控制输入的输出总线。控制逻辑111控制LNA 500的模式(即,常规模式或载波聚合模式)、偏置电流以及增益。
[0084]图6是根据本发明的实施例的示出η个处理信道的η信道低噪声放大器(LNA)600的示意图,其中η是用户定义的整数。在载波聚合模式中,LNA 600中的每个信道可以处理聚合的分量载波中的一个或者多于一个的聚合的分量载波。
[0085]参照图6,LNA 600包括第一下NFET Ml、第二下NFET M2、以及第三下NFET M3,其中图案对于η个信道重复。第一下NFET Ml、第二下NFET M2以及第三下NFET M3经由它们的漏极连接,其中图案对于η个信道重复。仅为了说明性目的描述NFET,并且本发明不局限于仅使用NFET的LNA 600。本发明的LNA 600可以用PFET或CMOS技术实现。
[0086]第一下NFET Ml经由连接在第一偏置电压VbiasJP第一下NFET Ml的栅极之间的第一电阻器Rl利用DC电压被独立地偏置。第一下NFET Ml还经由连接在RF输入和第一下NFETMl的栅极之间的第一电容器Cl交流耦合到RF输入。第一下NFET Ml用作将RF输入电压转换为电流的跨导器(transconductor)。在高级LTE中,RF输入信号可以在常规模式下包含一个分量载波或在载波聚合模式下包含多于一个分量载波。
[0087]第二下NFET M2经由连接在第二偏置电压Vbias2和第二下NFET M2的栅极之间的第二电阻器R2利用DC电压被独立地偏置。第二下NFET M2也经由连接在RF输入和第二下NFETM2的栅极之间的第二电容器C2交流耦合到RF输入。第二下NFET M2用作将RF输入电压转换为电流的跨导器。
[0088]第三下NFET M3经由连接在第三偏置电压Vbias3和第三下NFET M3的栅极之间的第三电阻器R3利用DC电压被独立地偏置。第三下NFET M3也经由连接在RF输入和第三下NFETM3的栅极之间的第三电容器C3交流耦合到RF输入。第三下NFET M3用作将RF输入电压转换为电流的跨导器。该图案对于η个信道重复。
[0089]Vbias1、Vbias2和Vbias3的值被分别地选择以使得第一下NFET Ml、第二下NFET M2以及第三下NFET M3的偏置电流被独立地控制。即,第一下NFET Ml、第二下NFET M2和第三下NFET M3的偏置电流可以取决于为Vbias1、Vbias2和Vbias3选择的值而彼此相同或不同。
[0090]LNA 600包括第一组上NFET M4、M5、M6 ;第二组上NFET M7、M8、M9;以及第三组上NFET M10、M11、M12,其中第一组上NFET M4、M5、M6的漏极连接到第一下NFET Ml的源极,其中第二组上NFET M7、M8、M9的漏极连接到第二下NFET M2的源极,并且其中第
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