专利名称：用于射频放大器的电路和方法
技术领域：
本发明总体涉及集成电路，尤其涉及射频(RF)放大器。
背景技术：
传统RF放大器集成电路具有有限带宽和由于高输入电阻和电容导致的热噪声性 能。从而，需要用于RF放大器集成电路的新电路和方法。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明公开了一种使用晶体管偏置射频放大器的方法，包 括将基板偏压施加至所述晶体管的基板；将源极偏压施加至所述晶体管的源极，正向偏置由所述晶体管的所述源极和所述 基板形成的第一二极管；将漏极偏压施加至所述晶体管的漏极，反向偏置由所述晶体管的所述漏极和所述 基板形成的第二二极管；以及将射频输入信号施加至所述晶体管的栅极。根据本发明的方法，进一步包括将所述源极偏压耦合至接地电压，其中，所述基板 具有P-型掺杂，所述源极具有η-型掺杂，以及所述漏极具有Π-型掺杂。
根据本发明的方法，进一步包括将所述漏极偏压耦合至电源电压。根据本发明的方法，其中，所述基板偏压的值在所述源极偏压和所述漏极偏压之 间。根据本发明的方法，进一步包括将所述栅极耦合至基本等于所述晶体管的亚阈值 电压的直流电压。根据本发明的方法，其中，将所述基板偏压施加至所述基板包括经过电流源电路 将偏置电流提供给所述基板。根据本发明的方法，其中，将所述基板偏压施加至所述基板包括经过电流镜电路 将偏置电流提供给所述基板。根据本发明的一种射频放大器电路，包括晶体管，包括基板，所述基板能够承受基板偏压；所述晶体管的源极，所述源极能够承受源极偏压；所述晶体管的漏极，所述漏极能够承受漏极偏压；以及
所述晶体管的栅极，位于所述源极和所述漏极之间，其中，射频输入信号耦合至所 述栅极；以及基板偏置电路，与所述晶体管耦合，所述基板偏置电路提供所述基板偏压，其中， 所述基板偏压和所述源极偏压正向偏置由所述源极和所述基板形成的第一二极管，以及所 述基板偏压和所述漏极偏压反向偏置由所述漏极和所述基板形成的第二二极管。根据本发明的电路，其中，所述基板具有P-型掺杂，所述源极具有η-型掺杂，以及 所述漏极具有η-型掺杂。根据本发明的电路，其中，所述源极偏压为接地电压。根据本发明的电路，其中，所述漏极偏压为电源电压。根据本发明的电路，其中，所述基板偏压的值在所述源极偏压和所述漏极偏压之 间。根据本发明的电路，其中，所述栅极耦合至基本等于所述晶体管的亚阈值电压的 直流电压。根据本发明的电路，其中，所述基板偏置电路包括给所述基板提供偏置电流的电 流源电路。根据本发明的电路，其中，所述基板偏置电路包括给所述基板提供偏置电流的电 流镜电路。根据本发明的一种使用η-型MOSFET偏置射频放大器的方法，包括将源极偏压施加至所述η-型MOSFET的源极，正向偏置由所述η_型MOSFET的所 述源极和基板形成的第一二极管；将漏极偏压施加至所述η-型MOSFET的漏极，反向偏置由所述漏极和所述基板形 成的第二二极管；将基板偏压施加至所述基板，其中，所述基板偏压的值在所述源极偏压和所述漏 极偏压之间；以及将射频输入信号施加至所述η-型MOSFET的栅极。根据本发明的方法，进一步包括将所述漏极偏压耦合至电源电压。根据本发明的方法，进一步包括将所述栅极耦合至基本等于所述η-型MOSFET的 亚阈值电压的直流电压。根据本发明的方法，其中，将所述基板偏压施加至所述基板包括经过电流源电路 将偏置电流注入所述基板。根据本发明的方法，其中，将所述基板偏压施加至所述基板包括经过电流镜电路 将偏置电流注入所述基板。根据本发明的方法和电路，避免了传统RF放大器集成电路具有有限带宽和由于 高输入电阻和电容导致的热噪声性能的缺陷。
为了更好地理解本公开及其优点，现在结合附图进行以下描述作为参考，其中图1示出RF放大器电路的一个实施例；图2示出RF放大器电路的另一实施例；以及4
图3示出RF放大器电路的还有的另一实施例。
具体实施例方式以下详细描述当前优选实施例的制造和使用。然而，应该明白，本发明提供可以在 多种特定环境下具体化的多种可应用发明思想。所述特定实施例仅表示制造和使用本发明 的特定方式，并且不限制本发明的范围。提供了射频(RF)放大器电路。贯穿本发明的多种视图和示意性实施例，相同的参 考标号用于指定相同的元件。为了简化说明，在附图中，根据一个或多个实施例，一些电路 符号被描述为RF放大器的典型结构。本领域任何技术人员都应该想到，所描述的这些电路 符号仅是示意性的并且不用于示出由这些电路符号表示的电气组件或元件的实际位置。图1示出RF放大器电路的一个实施例。RF放大器电路(例如，M0SFETRF放大器 电路100)包括M0SFET的源极102、M0SFET的漏极104、基板106、以及MOSFET的栅极112， 其中，栅极112连接至RF输入信号120。在该实施例中，基板偏置电路115可以包括电压 源116和偏置电阻器118。基板偏置电路115可以提供用于基板106的基板偏压。在图1 中，示出了隔离件(spacer) 113、栅极介电层114、由源极102和基板106形成的第一二极管 108、以及由漏极104和基板106形成的第二二极管。将源极偏压施加至源极102。源极偏压和基板偏压正向偏置第一二极管108。将 漏极偏压施加至漏极104。漏极偏压和基板偏压反向偏置第二二极管110。将射频输入信 号120施加至MOSFET的栅极112。基板偏置电路115将偏置电流提供给基板106。由于在 源极102和基板106之间的正向偏置而导致偏置电流轮流流至源极102。在一个实例中，源极偏压可以耦合至接地电压。MOSFET可以为η-型MOSFET，其 中，基板106具有ρ-型掺杂，源极102具有η-型掺杂，以及漏极104具有η-型掺杂。漏极 偏压可以耦合至电源电压Vdd。基板偏压的值可以在源极偏压和漏极偏压之间。栅极112 可以耦合至基本等于MOSFET的亚阈值电压的直流(DC)电压。使用亚阈值DC偏置，在栅极 112保存用于低功率应用的功率，例如，移动电子。在图1中，通过降低输入电阻和电容，MOSFET RF放大器电路100具有高于传统RF 放大器集成电路多倍的截止频率。例如，对于RF输入信号在N-阱区域中的传统横向双极结 晶体管(BJT)RF放大器电路，N-阱与基板(ρ-型)之间具有大结电容，这限制了截止频率。 相比之下，图1中的MOSFET RF放大器电路100具有非常小的输入电容。还改善了其热噪 声性能，因为RF输入信号120耦合至栅极112而不是高阻基板106，从而降低了热噪声。而且，与电流集中于沟道表面附近的反向区域处的传统MOSFET操作模式相比， MOSFET RF放大器电路100具有较低的闪烁噪声。闪烁噪声是具有Ι/f频谱的一种电子噪 声，其中，f为频率。这是多种作用产生的结果，诸如传统沟道的杂质。MOSFET RF放大器 电路100具有远离沟道表面的电流分布图案。通过避免由表面陷阱状态产生的闪烁噪声， MOSFET RF放大器电路100显示出小于传统MOSFET操作模式约1 2量级的较低闪烁噪声 级。如果在栅极112处施加亚阈值DC偏置，减小的直流还可以减少闪烁噪声。图2示出RF放大器电路的另一实施例。在图2中，图1中的偏置电阻器118由电 流源202代替，以控制由基板偏置电路115提供给基板106的偏置电流。电流源202可以 包括控制提供给基板106的偏置电流的任何合适电流源电路。图2中的电路的其他元件类似于图1中所示的电路。在图2中，基板偏压通过将偏置电流提供给基板106的电流源 202耦合至基板106。由于源极102和基板106之间的正向偏置导致偏置电流轮流流至源 极 102。图3示出RF放大器电路的还有的另一实施例。在图3中，基板偏置电路115包括 控制将偏置电流提供给基板106的电流镜电路304。提供电源电压Vdd的电压源302连接 至电流镜电路304。电流镜电路304复制经过电流源306的电流，以将偏置电流提供给基板 106。图3中的电路的其他元件类似于图1中所示的电路。在图3中，基板偏压通过将偏置 电流提供给基板106的电流镜电路304耦合至基板106。由于源极102和基板106之间的 正向偏置导致偏置电流轮流流至源极102。本领域技术人员将想到，可以存在本发明的多种 实施例改变。虽然已经详细地描述了本发明及其优点，但是应该明白，在不脱离所附权利要求 限定的本发明的精神和范围的情况下，在此可以做出多种改变、替换和更改。而且，本发明 的范围不旨在限于处理、机器、制造以及在说明书中描述的事务、手段、方法和步骤的组合 的特定实施例。如本领域技术人员从本发明的披露、处理、机器、制造、当前存在或之后开发 的事务、手段、方法或步骤的组合很容易想到的，根据本发明可以基本执行与在此所述的相 应实施例相同的功能或基本实现相同的结果。从而，所附权利要求旨在包括这种处理、机 器、制造、事务、手段、方法或步骤的组合。
权利要求
1.一种使用晶体管偏置射频放大器的方法，包括 将基板偏压施加至所述晶体管的基板；将源极偏压施加至所述晶体管的源极，正向偏置由所述晶体管的所述源极和所述基板 形成的第一二极管；将漏极偏压施加至所述晶体管的漏极，反向偏置由所述晶体管的所述漏极和所述基板 形成的第二二极管；以及将射频输入信号施加至所述晶体管的栅极。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述源极偏压耦合至接地电压，其中，所 述基板具有P-型掺杂，所述源极具有η-型掺杂，以及所述漏极具有η-型掺杂。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述漏极偏压耦合至电源电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基板偏压的值在所述源极偏压和所述漏极 偏压之间。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述栅极耦合至基本等于所述晶体管的 亚阈值电压的直流电压。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述基板偏压施加至所述基板包括经过电流 源电路将偏置电流提供给所述基板。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述基板偏压施加至所述基板包括经过电流 镜电路将偏置电流提供给所述基板。
8.一种射频放大器电路，包括 晶体管，包括基板，所述基板能够承受基板偏压；所述晶体管的源极，所述源极能够承受源极偏压；所述晶体管的漏极，所述漏极能够承受漏极偏压；以及所述晶体管的栅极，位于所述源极和所述漏极之间，其中，射频输入信号耦合至所述栅极；以及基板偏置电路，与所述晶体管耦合，所述基板偏置电路提供所述基板偏压，其中，所述 基板偏压和所述源极偏压正向偏置由所述源极和所述基板形成的第一二极管，以及所述基 板偏压和所述漏极偏压反向偏置由所述漏极和所述基板形成的第二二极管。
9.根据权利要求8所述的电路，其中，所述基板具有ρ-型掺杂，所述源极具有η-型掺 杂，以及所述漏极具有η-型掺杂。
10.一种使用η-型MOSFET偏置射频放大器的方法，包括将源极偏压施加至所述η-型MOSFET的源极，正向偏置由所述η-型MOSFET的所述源 极和基板形成的第一二极管；将漏极偏压施加至所述η-型MOSFET的漏极，反向偏置由所述漏极和所述基板形成的第二二极管；将基板偏压施加至所述基板，其中，所述基板偏压的值在所述源极偏压和所述漏极偏 压之间；以及将射频输入信号施加至所述η-型MOSFET的栅极。
全文摘要
一种射频放大器电路包括能够承受基板偏压的基板。晶体管的源极能够承受源极偏压。晶体管的漏极能够承受漏极偏压。晶体管的栅极位于源极和漏极之间。射频输入信号耦合至栅极。基板偏置电路提供基板偏压。基板偏压和源极偏压正向偏置由源极和基板形成的第一二极管。基板偏压和漏极偏压反向偏置由漏极和基板形成的第二二极管。
文档编号H03F1/30GK102045031SQ20101051714
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月19日 优先权日2009年10月20日
发明者刘莎莉, 周淳朴, 薛福隆 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司