专利名称：包括放大器的接收机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括放大器的接收机，还涉及一种放大器以及一 种方法。这种接收机的示例是无线接收机、无线收发机以及无线接口。
技术背景从US 2003/0042983 Al中己知现有技术接收机，US 2003/0042983Al公开了一种包括用于放大射频信号(天线信号)的放大器的接收机。 该放大器包括两个晶体管、放大器输入以及放大器输出。这两个晶体 管的第一主电极构成放大器的输入，以及这两个晶体管的第二主电极 构成了放大器的输出。此放大器的输入是差分输入，而此放大器的输 出是差分输出。为了将单端天线与差分输入连接，必须使用平衡-不平衡变换器。 当位于芯片上时，这种平衡-不平衡变换器需要相对较大的芯片面积， 并导致信号损失和噪声系数增大。为避免这种平衡-不平衡变换器，只 将第一主电极之一用作放大器输入。因而，此放大器输入是用于接收 天线信号的单端输入。由于放大器输入用作单端输入这一事实，将存 在一定的阻抗失配，从而导致信号损失。为了减少阻抗失配，必须引 入阻抗匹配电阻器。阻抗匹配电阻器会增加相对较多的噪声，并与两 个电感器之一并联放置，这两个电感器与两个晶体管中的第一主电极 串联。此外，由于放大器的噪声系数水平相对较高的事实，已知接收机 是不利的。 发明内容本发明的目的是提供一种接收机，该接收机包括放大器，该放大 器具有单端输入和差分输出的放大器，并在提供输入功率匹配的同时， 具有相对较低水平的噪声系数。此外，本发明的另一目的是提供一种放大器，该放大器具有单端 输入和差分输出，并在提供输入功率匹配的同时，具有相对较低水平 的噪声系数。根据本发明的接收机包括用于对天线信号进行放大的放大器，该 放大器包括放大器输入和放大器输出，放大器输入是用于接收天线信 号的单端输入，放大器输出是差分输出，此外该放大器包括用于对放 大器的串联输入阻抗进行补偿的电路。通过引入对放大器的串联输入阻抗进行补偿的电路，平衡了放大 器的输入阻抗，而无需引入噪声产生电阻器。由此，放大器的噪声系 数处于相对较低且可接受的水平。根据本发明的接收机实施例由包括第一晶体管和第二晶体管的 放大器限定，两个晶体管的控制电极通过第一元件相互连接，两个晶 体管的第一主电极通过第二元件相互连接，并且所述装置与第一元件 连接。例如，第一和第二晶体管形成了诸如共发射极级的第一晶体管级。这种晶体管级具有比US 2003/0042983 Al中公开的级好的放大性 能。例如，第二元件包括正如US2003/0042983 A1中所描述的具有中 心抽头的差分电感器或两个串联电感器。US 2003/0042983 Al中所描述的这些串联电感器中的一个必须具有相对较大的值，这使得在芯片 上实现此电感器很困难。共同形成第二元件的具有中心抽头的差分电 感器或两个串联电感器将具有更小的值，并且可以容易地在芯片上实 现。根据本发明的接收机实施例由包括第三晶体管的电路限定，第三 晶体管的控制电极与第二晶体管的控制电极连接，第三晶体管的第一 主电极通过电流源和电容器的并联电路接地，第三晶体管的第二主电 极与电压源连接。第三晶体管与并联电路的组合对放大器的串联输入 阻抗进行补偿，以在提供单端输入的同时获得输入功率匹配。并不排
除对放大器的串行输入阻抗进行补偿的其他装置。根据本发明的接收机实施例由与包括放大器输出的共发共基放 大器连接的两个晶体管的第二主电极限定。该共发共基放大器电路还 包括晶体管，并构成诸如共基极级的第二晶体管级。根据本发明的接收机实施例由包括具有中心抽头的差分电感器 的第一元件限定。将具有中心抽头的差分电感器的功能从现有技术阻 抗匹配网络中的现有技术位置移动到其当前位置。例如，此现有技术 阻抗匹配网络位于天线和具有差分输入的现有技术放大器之间。根据本发明的接收机实施例由与电压源连接的中心抽头限定。这 是为了偏置目的而进行的。根据本发明的接收机实施例由通过另一个电容器与放大器输入 连接的第一晶体管的控制电极限定。将所述另一个电容器的功能从现 有技术阻抗匹配网络中的现有技术位置移动到其当前位置。由于第三 晶体管与第二晶体管的控制电极直接连接，而中间没有电容器，所以 处于现有技术阻抗匹配网络中的现有技术位置处的又一个电容器的功 能不再出现。根据本发明的放大器和根据本发明的方法的实施例与根据本发 明的接收机的实施例相对应。此外，本发明还基于对现有技术放大器的噪声系数水平相对较高 的深入理解。此外，本发明还基于引入用于对放大器的串联输入阻抗 进行补偿的装置这一基本思想。此外，本发明解决如下问题该接收机包括放大器，该放大器具 有单端输入和差分输出的放大器，并在提供输入功率匹配的同时，具 有相对较低水平的噪声系数。此外，因为放大器的噪声系数处于相对 较较低且并可接收的水平，所以本发明是有利的。参考下文中所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易 见，并得以说明。
附图中
图1图示出包括现有技术放大器的现有技术接收机；图2更详细地图示出包括差分输入和差分输出的现有技术放大器；图3更详细地图示出根据本发明的包括单端输入和差分输出的放 大器；以及图4更详细地示出了对图3所示放大器的串联输入阻抗进行补偿 的装置。
具体实施方式
图1中图示出的现有技术接收机，包括现有技术天线级2和现有 技术放大级3。现有技术天线级2包括天线4，天线4通过平衡-不平 衡变换器5的一侧接地。平衡-不平衡变换器5的另一侧通过电容器6 和7与天线级输出连接。该天线级输出9a、 9b包括差分输出。端口 9a和9b通过具有与偏置电压VcM连接的中心抽头的电感器8相互连 接。电容器6和7以及电感器8共同构成现有技术阻抗匹配网络。现有技术放大级3包括现有技术低噪声放大器10，现有技术低噪 声放大器IO包括放大器输入lla、 lib以及放大器输出12a、 12b。放 大器输入lla、llb包括差分输入，该差分输入包括具有端口 lla和llb， 并且放大器输出12a、 12b包括差分输出，该差分输出包括端口 12a 和12b。图2中图示出的包括现有技术低噪声放大器10的现有技术放大 级3，具体包括两个晶体管13和14，晶体管13和14的控制电极(基 极)构成端口 lla和llb，并且晶体管13和14的第一主电极(发射 极)通过具有中心抽头19的差分电感器或两个串联电感器而相互连 接。差分电感器19的中心抽头或两个串联电感器的公共点通过电流源 22a接地。晶体管13和14的第二主电极(集电极)与晶体管15和16 的第一主电极(发射极)连接，晶体管15和16的控制电极(基极) 相互连接，并通过电流源21接地。晶体管15和16的第二主电极(集 电极)通过电阻器17和18与电流源20连接，并形成端口 12b和12a。图1和2中所示的低噪声放大器10包括作为差分输入的放大器
输入lla、 llb。这种差分输入需要在天线级2中使用的平衡-不平衡变 换器5，，这是不利的。为了避免平衡-不平衡变换器，如下所示，已创 造了包括具有单端输入和差分输出的低噪声放大器的放大级。根据图3中图示出的本发明的(低噪声)放大器31-34具体包括 第一晶体管31和第二晶体管32。晶体管31和32的控制电极(基极) 通过第一元件51、52相互连接。两个晶体管31和32的第一主电极(发 射极)通过第二元件43、 44相互连接，并且两个晶体管31和32的第 二主电极(集电极)与共发共基电路33、 34连接。第一和第二晶体管 31和32构成第一晶体管级，例如共发射极级。共发共基电路33、 34 包括另外的晶体管33和34，并构成诸如共基极级的第二晶体管级。晶体管33和34的第一主电极(发射极)与晶体管31和32的第 二主电极(集电极)连接。晶体管33和34的控制电极(基极)相互 连接，并为了偏置目的而与电压源61连接。晶体管33和34的第二主 电极通过电阻器35和36与电压源60连接，并通过可选的连接电容器 37和38与端口 12b和12a连接。晶体管31的控制电极(基极)通过 另一个电容器53与端口 lla连接。晶体管32的控制电极(基极)与 用于对放大器31-34的串联输入阻抗进行补偿的装置54连接。第一元 件51、 52包括具有中心抽头的差分电感器51、 52或两个电感器51、 52。为了偏置的目的，差分电感器51、 52的中心抽头或两个串联电感 器51和52的公共点与电压源62连接。第二元件43、 44包括具有中 心抽头的差分电感器43、 44或两个电感器43和44。为了偏置的目的， 差分电感器43、44的中心抽头或两个串联电感器43和44的公共点与 电流源63连接。将另一个电容器53的功能从现有技术阻抗匹配网络(图1中的 电容器6)中的现有技术位置移动到其当前位置。由于装置54与第二 晶体管32的控制电极直接连接而其中间没有电容器，所以位于现有技 术阻抗匹配网络(图1中的电容器7)中的现有位置处的又一个电容 器的功能不再出现。将差分电感器51、 52的功能从现有技术阻抗匹配网络(图1中 的电感器8)中的现有技术位置移动到其当前位置。
图4中更详细地图示出的用于对放大器31-34的串联输入阻抗进 行补偿的装置54包括第三晶体管55。第三晶体管55的控制电极(基 极)与第二晶体管32的控制电极(基极)连接。第三晶体管55的第 一主电极(发射极)通过电流源56和电容器57的并联电路接地。第 三晶体管55的第二主电极(集电极)与电压源60连接。该装置54 提供了负输入电阻，从而对包括电感器8的功能的低噪声放大器31-34 的串联输入阻抗进行补偿。下文中将借助阻抗模型对此进行解释。通过从图1中提取出低噪声放大器10和电感器8，可以构成阻抗 模型。根据此阻抗模型，端口 lla通过具有值Zi的第一阻抗和具有值 Z,的第二阻抗的串联电路与端口 llb连接。此串联电路的公共点通过具有值Z2的第三阻抗接地，端口 11b通过具有值Z3的第四阻抗接地。通过分别具有值Z,、值Z,和值Z2的第一、第二和第三阻抗，产生各 个相应的电流I,、 13和12，以使I尸l2+l3。在各个相应端口 lla和llb 处，假设存在各个相应的电压+K和-V,。在这种情况下，差分输入阻 抗为Zdif尸2Z，并且共模输入阻抗将为Ze^0.5Z,+Z2。然后，例如可以计算出Z产-Zp因此，具有值Zi的第一阻抗和具 有值Zi的第二阻抗之间的公共点等于虚地(virtual ground),这对应 于串联输入阻抗补偿。可以使用用于实现具有值Z3(Z产-Z》的第四阻抗的任意装置54。 在24GHz处，可以实现5dB以下的噪声系数。虽然已经使用了双极NPN晶体管，但是对于所示的一个或更多 晶体管，也可以使用诸如双极PNP和FET等其他类型的晶体管。除 了形式为第三晶体管与并联电路连接、且用于对放大器的串联输入阻 抗进行补偿的装置54以外，不排除其他装置，例如用于对第三晶体管 和并联电路的组合进行仿真的电路及其等效电路。应注意的是，上面所提到的实施例示出而并非限制本发明，并且 在不偏离同日提交的作为本申请的欧洲专利申请05100906.6中描述 的所附权利要求范围的前提下，本领域技术人员能够设计许多可选的 实施例。在权利要求中，括号之间的任何附图标记不应视为限制权利 要求。动词"包括"以及相似词的使用不排除除了权利要求中所列出
的元素或步骤之外的其他元素或步骤的存在。元素之前的冠词"一个" 或"一"不排除多个这种元素存在。在枚举了多个装置的接收机权利 要求中，这些装置中的一些可以由同一硬件项来实现。特定措施在彼 此不同的从属权利要求中引述这一事实并不表示无法有利地使用这些 措施的组合。
权利要求
1.一种接收机(1)，包括用于对天线信号进行放大的放大器(31-34)，所述放大器(31-34)包括放大器输入(11a)和放大器输出(12a、12b)，所述放大器输(11a)是用于接收所述天线信号的单端输入，所述放大器输出(12a、12b)是差分输出，所述放大器(31-34)包括用于对所述放大器(31-34)的串联输入阻抗进行补偿的电路(54)。
2. 如权利要求1所述的接收机(1)，所述放大器(31-34)包括第 一晶体管(31)和第二晶体管(32)，两个晶体管(31、 32)的控制电 极通过第一元件(51、 52)相互连接，两个晶体管(31、 32)的第一 主电极通过第二元件(43、 44)相互连接，所述装置(54)与所述第 一元件(51、 52)连接。
3. 如权利要求2所述的接收机(1)，所述电路(54)包括第三晶 体管(55)，所述第三晶体管(55)的控制电极与所述第二晶体管(32) 的控制电极连接，所述第三晶体管(55)的第一主电极通过电流源(56) 和电容器(57)的并联电路接地，所述第三晶体管(55)的第二主电 极与电压源(60)连接。
4. 如权利要求2所述的接收机(1)，两个晶体管(31、 32)的第 二主电极与包括放大器输出(12a、 12b)的共发共基电路(33、 34) 连接。
5. 如权利要求2所述的接收机(1)，所述第一元件(51、 52)包 括具有中心抽头的差分电感器。
6. 如权利要求5所述的接收机(1)，所述中心抽头与电压源(62) 连接。
7. 如权利要求2所述的接收机(O，所述第一晶体管(31)的控 制电极通过另一个电容器(53)与所述放大器输入(lla)连接。
8. —种接收机(1)中的用于对天线信号进行放大的放大器 (31-34)，所述放大器(31-34)包括放大器输入(lla)和放大器输出(12a、 12b)，所述放大器输入(lla)是用于接收天线信号的单端 输入，所述放大器输出(12a、 12b)是差分输出，所述放大器(31_34) 包括用于对放大器(31-34)的串联输入阻抗进行补偿的装置(54)。
全文摘要
本发明涉及一种包括用于对天线信号进行放大的放大器(31-34)的接收机(1)，所述放大器(31-34)包括放大器输入(11a)和放大器输出(12a、12b)，放大器输入(11a)是用于接收天线信号的单端输入，放大器输出(12a、12b)是差分输出，所述放大器(31-34)包括用于对放大器(31-34)的串联输入阻抗进行补偿的电路(54)。
文档编号H03H11/32GK101164233SQ200680004300
公开日2008年4月16日 申请日期2006年1月30日 优先权日2005年2月9日
发明者埃德温·范德海登, 雨果·费恩斯特罗 申请人:Nxp股份有限公司