集成放大器的制作方法

本发明涉及一种包括放大电路的集成放大器。

背景技术：

高线性射频(radiofrequency，简称rf)放大器是电信系统中的重要组成部分。市场上有几种不同的高线性rf放大器。市场上存在包括在砷化镓(galliumarsenide，简称gaas)基板上制造的单个晶体管的高线性放大器。gaas基板上的晶体管具有非常好的性能，其中之一其高线性。然而，使用gaas制造rf放大器的工艺昂贵，并且不适合系统集成。

硅锗(silicongermanium，简称sige)基板上的晶体管通常具有较低的线性。通过使用不同的技术以便在使用sige的晶体管中实现与使用gaas的晶体管中相同的高线性。在一些技术中，通过利用所述放大器中的差分对来交叉馈送信号以抵消互调音。另一种技术是使用偏置电路来反馈或前馈信号，以便使所述放大器线性化。

由于电信系统的集成度越来越高，因此需要一种能够满足这些独立放大器性能要求，且可以使用低廉的标准工艺来制造的结构。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种集成放大器，以减少传统方案中的问题。

本发明的另一目的在于提供一种集成放大器，实现了包含基音的输入信号的放大，其中，互调音的幅度大大低于传统方案中采用集成放大器的情况。互调指的是对包含两个或两个以上的由所述集成放大器的非线性而导致的不同频率的信号进行幅度调制。

上述目的是通过独立权利要求的主题来实现的。本发明的其他有利的实现方式可以在从属权利要求中找到。

根据本发明的第一方面，提供了一种集成放大器，所述集成放大器包括：输入端，用于接收输入信号；输出端，用于输出输出信号；放大电路；以及抵消电路。其中，所述放大电路用于基于所述输入信号提供放大输入信号，其中，所述放大输入信号包括基音和互调音；所述抵消电路用于基于所述输入信号提供抵消信号，其中，所述抵消信号包括基音和互调音；所述集成放大器用于基于所述放大输入信号和所述抵消信号的总和提供所述输出信号，使得所述放大输入信号的互调音被所述抵消信号的互调音衰减。

所述放大电路和所述抵消电路连接在所述输入端与所述输出端之间。

采用第一方面的所述集成放大器，可对包含基音的所述输入信号和所述放大电路中的非线性引起的互调音进行衰减。所述放大输入信号的互调音的衰减程度取决于所述抵消信号的互调音的幅度。因此，所描述的集成放大器减小了所述放大电路中的非线性的影响，而与传统方案相比，对所述放大电路制造工艺的要求可以放宽。

在第一方面的所述集成放大器的第一种可能的实现方式中，所述抵消信号的相位与所述放大输入信号的相位相反。这种方式优化了所述放大输入信号的互调音的衰减。

根据第一种可能的实现方式，在所述集成放大器的第二种可能的实现方式中，第一比率是所述抵消信号的基音的幅度除以所述抵消信号的互调音的幅度，第二比率是所述放大输入信号的基音的幅度除以所述放大输入信号的互调音的幅度，其中，所述第二比率大于所述第一比率。通过选择这样的比率，所述放大输入信号的基音不会被不必要地衰减。

根据第二种可能的实现方式，在所述集成放大器的第三种可能的实现方式中，所述抵消信号的互调音的幅度与所述放大输入信号的互调音的幅度大小相同。理想状态下，所述抵消信号的互调音的幅度等于所述放大输入信号的互调音的幅度，使得所述放大输入信号的互调音被完全抵消。

根据第一方面或第一方面的第一种至第三种实现方式中的任一种实现方式，在所述集成放大器的第四种可能的实现方式中，所述抵消电路包括抵消晶体管和抵消输出端，其中，所述抵消电路用于在所述抵消输出端上输出所述抵消信号。由于所述抵消电路可以被设置为具有与所述放大电路的非线性特性相类似的非线性特性，因此晶体管是用于产生所述抵消信号的优选设备。

根据第四种实现方式，在所述集成放大器的第五种可能的实现方式中，所述抵消电路包括抵消输入端、抵消阻抗以及电流源，其中，所述抵消晶体管包括输入端子和输出端子，所述输出端子连接到所述抵消输出端，所述输入端子连接到所述电流源，并且所述输入端子经由所述抵消阻抗连接到所述抵消输入端。

在第五种可能的实现方式中，所述抵消信号将作为电流提供。优选地，所述放大输入信号也作为电流提供，因此，这将使得能够简单地将所述抵消信号与所述放大输入信号相加。当然，也可以在将所述放大输入信号与所述抵消信号相加之前将所述抵消信号和所述放大输入信号转换为电压。

在第五种可能的实现方式中，所述抵消电路在所述抵消输入端上接收所述输入信号。通过所述电流源的电流基本上是恒定的。通过所述电流源的电流是通过所述抵消晶体管的电流和通过所述抵消阻抗的电流的总和。当所述输入信号增加时，通过所述抵消阻抗的电流也随之增加。当通过所述抵消阻抗的电流增加时，通过所述抵消晶体管的电流以及到所述抵消输出端的电流都减小。因此，到所述抵消输出端的电流的相位将与所述输入信号的相位相反。当所述输入信号增加时，所述放大输入信号即到所述放大输出端的电流随之增加。所述抵消信号形式的电流将加到所述放大输入信号形式的电流以产生所述输出信号。因此，所述放大输入信号的相位将与所述输入信号的相位基本相同，但与所述抵消信号的相位相反。由于所述抵消晶体管的非线性特性，所述抵消信号将具有与所述放大输入信号类似的互调音。通过适当估算所述电流源和所述抵消阻抗的大小，所述抵消信号将具有大的互调音和小的基音。这与具有尽可能小的互调音的所述放大电路的设计相反。通过对所述抵消电路进行所述估算，所述抵消信号将从根本上衰减所述互调音。

根据第五种可能的实现方式，在所述集成放大器的第六种可能的实现方式中，所述电流源是可编程的。通过使所述电流源可编程，可以调谐所述集成放大器以最大化地衰减所述互调音。

根据第五种或第六种可能的实现方式，在所述集成放大器的第七种可能的实现方式中，所述集成放大器包括连接在所述输入端与所述抵消输入端之间的阻抗缓冲器(例如缓冲放大器)。所述阻抗缓冲器使所述抵消电路对所述输入信号的影响最小化。

根据第五种至第七种可能的实现方式中的任一种实现方式，在所述集成放大器的第八种可能的实现方式中，所述电流源包括抵消电源和电源电阻器，其中，所述电源电阻器连接在所述抵消电源与所述抵消输入端子之间。这是所述电流源最简单的实现方式。当然，还可以以许多其他方式来实现所述电流源。

根据第五种至第八种可能的实现方式中的任一种实现方式，在所述集成放大器的第九种可能的实现方式中，所述抵消阻抗包括与电容器串联的电阻器。所述电容器将在不同直流(directcurrent，简称dc)电平之间传递交流(alternatingcurrent，简称ac)信号。

根据第九种可能的实现方式，在所述集成放大器的第十种可能的实现方式中，所述电阻器和所述电容器中的至少一个是可编程的。通过使所述电阻器和所述电容器中的一个或两者可编程，可以调谐所述集成放大器以优化所述互调音的衰减。

根据第四种至第十种可能的实现方式中的任一种实现方式，在所述集成放大器的第十一种可能的实现方式中，所述放大电路包括放大晶体管，其中，所述抵消晶体管的类型与所述放大晶体管的类型相同。为了有效抵消所述放大输入信号的互调音，关键在于使所述抵消晶体管的非线性特性尽可能地与所述放大晶体管的非线性特性相似。这至少可以部分地通过具有与所述放大晶体管相同类型的所述抵消晶体管来实现。

根据第十一种可能的实现方式，在所述集成放大器的第十二种可能的实现方式中，所述抵消晶体管与所述放大晶体管在以下至少一个方面匹配：运行期间的温度、运行期间的电流密度以及制造工艺，即，所述抵消晶体管的制造工艺与所述放大晶体管的制造工艺匹配。通过匹配所述放大晶体管和所述抵消晶体管，使它们的非线性特性类似。这有利于尽可能地抵消所述互调音。

根据第五种至第十二种可能的实现方式中的任一种实现方式，在所述集成放大器的第十三种可能的实现方式中，所述集成放大器包括输入阻抗和第一电源，其中，所述放大电路包括放大输入端，所述输入阻抗连接在所述放大输入端与所述第一电源之间。所述输入阻抗决定所述放大电路的特性。所述电源可以是电压电源。

根据第十三种可能的实现方式，在所述集成放大器的第十四种可能的实现方式中，所述输入阻抗与所述抵消阻抗匹配。将所述输入阻抗与所述抵消阻抗匹配以确保所述放大输入信号与所述抵消信号之间的相位差尽可能接近180度。此外，所述输入阻抗与所述抵消阻抗的匹配还确保了使通过所述输入阻抗的电流与通过所述抵消阻抗的电流匹配。

根据第五种至第十四种可能的实现方式中的任一种实现方式，在所述集成放大器的第十五种可能的实现方式中，所述集成放大器包括偏置，其中，所述抵消晶体管包括连接到所述偏置的抵消控制端子。这是所述晶体管的基极/栅极的电源。使用集电极和发射极来控制所述抵消电路，并向所述抵消控制端子提供预定的偏置信号。

根据第一方面或第一方面的第一种至第十五种可能的实现方式中的任一种实现方式，在所述集成放大器的第十六种可能的实现方式中，所述集成放大器包括第二电源和连接在所述第二电源与所述输出端之间的负载。所述负载确保所述输出端上可能的电压摆动。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于无线通信系统的通信设备，所述通信设备包括根据第一方面或第一方面的第一种至第十六种可能的实现方式中的任一种实现方式所述的集成放大器。

附图说明

图1示出了本发明实施例提供的集成放大器；

图2示出了本发明实施例提供的集成放大器，提供了图1中示意性示出的所述集成放大器的一种可能的实现方式；

图3a更详细地示出了图2所示的所述集成放大器中的抵消电路的一种可能的实现方式；

图3b更详细地示出了图2所示的所述集成放大器中的抵消电路的一种可能的实现方式；

图4示出了放大输入信号samp的互调音的抵消的简化图；

图5示意性地示出了无线通信系统中的通信设备。

具体实施方式

下面将描述实施例。在下面对实施例的描述中，不同实施例中的类似特征将用相同的附图标记表示。

图1示出了本发明实施例提供的集成放大器100。所述集成放大器100包括：输入端102，用于接收输入信号sin；输出端104，用于输出输出信号sout；放大电路106，包括放大输出端112和放大控制输入端168；以及抵消电路114，包括抵消输出端124和抵消输入端116。将所述放大输出端112和所述抵消输出端124处的信号相加以在所述输出端104上生成所述信号sout。所述放大控制输入端168和所述抵消输入端116都与所述输入端102连接。所述放大电路106用于基于所述输入信号sin在所述放大输出端112上提供放大输入信号samp。所述放大输入信号samp包括基音和互调音。所述抵消电路114用于基于所述输入信号sin提供抵消信号sc，其中，所述抵消信号sc包括基音和互调音。所述集成放大器100用于提供作为所述放大输入信号samp和所述抵消信号sc的总和的所述输出信号sout。因此，所述放大输入信号samp的互调音被所述抵消信号sc的互调音衰减。

图2示出了本发明实施例提供的集成放大器100。图2所示的所述集成放大器100提供了图1所示的所述集成放大器100的一种可能的实现方式。所述集成放大器100包括：输入端102，用于接收输入信号sin；输出端104，用于输出输出信号电流sou；放大电路106，包括放大输出端112和放大输入端110；以及抵消电路114，包括抵消输出端124和抵消输入端116。所述放大输出端112和所述抵消输出端124都与所述输出端104连接，所述放大控制输入端168和所述抵消输入端116都与所述输入端102连接。所述放大电路106用于基于所述输入信号sin在所述放大输出端112上提供放大输入信号电流samp。所述放大输入信号samp形式的电流包括基音和互调音。所述放大电路106包括如图2所示的单个放大晶体管128。所述放大晶体管128(在示例中实现为场效应npn晶体管128)包括连接到所述放大输入端110的放大输入端子120(发射极)和连接到所述放大输出端112(基极)的放大输出端子122(集电极)。所述放大晶体管还包括放大控制端子108，其经由所述放大控制端子168连接到所述输入端102。图2简化为仅示出最关键的组件。可以向主放大器添加其他组件。在所述输入端102与所述放大控制端子108之间还可以有其他组件。当然，也可以在所述放大电路106中使用多个级联耦合的晶体管，而不是仅使用单个放大晶体管128。或者，也可以使用另一种技术的晶体管代替所述场效应晶体管128。

所述抵消电路114用于基于所述输入信号sin提供抵消信号sc形式的电流，其中，所述抵消信号sc形式的电流包括基音和互调音。所述集成放大器100用于在所述输出端104处提供所述输出信号sout形式的电流。所述输出信号sout是所述放大输入信号samp形式的电流与所述抵消信号sc形式的电流的总和。因此，所述放大输入信号samp的互调音被所述抵消信号sc的互调音衰减，则所述输出信号sout(假设完全抵消)将仅包含基音。所述集成放大器100包括输入阻抗148和第一电源156，其可以是接地平面或接地连接。所述输入阻抗148连接在所述放大输入端110与所述第一电源156之间。所述集成放大器100还包括第二电源162和连接在所述第二电源162与所述输出端104之间的负载164，其中，所述负载164的主要作用是使所述输出端104上的电压摆动，所述第二电源162是电压电源，所述负载164可以是电阻性负载、电感性负载，或电阻性负载和电感性负载的组合。所述输出信号sout将流经所述负载164并且将在所述输出端104上产生电压。

图3a更详细地示出了图2所示实施例中的所述抵消电路114的一种可能的实现方式。图3b更详细地示出了图2所示的所述集成放大器中的抵消电路114的另一种可能的实现方式。

如图3a和图3b所示，所述抵消电路114包括抵消晶体管130和抵消输出端124，其中，所述抵消电路114用于在所述抵消输出端124上输出所述抵消信号sc形式的电流。所述抵消电路114还包括抵消输入端116、抵消阻抗132以及电流源136。优选地，所述电流源136是可编程的，使得所述放大电路106在运行期间可以被调谐。所述抵消晶体管130包括抵消输入端子140和抵消输出端子142，其中，所述抵消输出端子142连接到所述抵消输出端124，所述抵消输入端子140连接到所述电流源136，并且所述抵消输入端子140经由所述抵消阻抗132连接到所述抵消输入端116。所述抵消阻抗132包括与电容器152串联的电阻器150。优选地，所述电阻器150和所述电容器152中的至少一个是可编程的，以在所述集成放大器的运行期间调谐所述放大电路106。所述集成放大器100还包括偏置166，其中，所述抵消晶体管130包括连接到所述偏置166的抵消控制端子146。因此，所述抵消控制端子146不被主动地用于控制所述抵消晶体管130，而是仅用于适当地偏置所述抵消晶体管130。

所述集成放大器100可以包括连接在所述输入端102与所述抵消输入端116之间的阻抗缓冲器160(图3b)。所述阻抗缓冲器160(例如以缓冲放大器的形式)确保从所述输入端102看到的朝向所述抵消电路114的阻抗非常高。因此，与不存在抵消电路114的情况相比，经由所述阻抗缓冲器160引入的所述抵消电路114对所述集成放大器100的影响最小。

所述电流源136可以包括如图3b所示的抵消电源158和电源电阻器154，其中，所述电源电阻器154连接在所述抵消电源158与所述抵消输入端子140之间。所述抵消电源158是电压电源，且所述抵消电源158和所述电源电阻器154提供所述电流源136的简单实现。

为了确保所述抵消电路114提供能有效衰减所述放大输入信号samp的互调音的抵消信号sc，如果所述抵消晶体管130的频率特性与所述放大晶体管128的频率特性在互调音方面尽可能匹配，这是极为有利的。为了在频率特性中实现这种匹配，优选地，所述抵消晶体管130的类型与所述放大晶体管128的类型相同。此外，优选地，所述抵消晶体管130与所述放大晶体管128在以下至少一个方面匹配：运行期间的温度、运行期间的电流密度以及制造工艺，即所述抵消晶体管130的制造工艺优选地与所述放大晶体管128的制造工艺相同。

为了尽可能有效地衰减所述放大输入信号电流samp的互调音，所述抵消晶体管130的频率特性不仅应该与所述放大晶体管128的频率特性在互调音方面匹配，而且所述抵消信号电流sc的相位也应该与所述放大输入信号电流samp的相位相反。

为实现最佳性能，所述放大输入信号samp的互调音的衰减应当等于总抵消，而所述放大输入信号samp的基音的衰减应尽可能小。为实现这一目标，可以定义以下设计规则：第一比率是所述抵消信号sc的基音的幅度除以所述抵消信号sc的互调音的幅度，第二比率是所述放大输入信号samp的基音的幅度除以所述放大输入信号samp的互调音的幅度，其中，所述第二比率大于所述第一比率；优选地，所述抵消信号sc的互调音的幅度应基本上等于所述放大信号samp的互调音的幅度。

通过适当估算所述集成放大器100的阻抗的大小，即适当估算所述抵消阻抗132和所述输入阻抗148的大小以及通过所述放大晶体管128和所述抵消晶体管130中的电流密度，来实现所述放大输入信号samp和所述抵消信号sc的互调音的幅度与基音的幅度之间的期望关系。

图4示出了一种典型测试情况的简化图，说明放大输入信号samp形式的电流的互调音的抵消。

现在将参照图2、图3和图4来描述所述集成放大器100的运行。

当在所述集成放大器100的输入端102处施加输入信号sin时，将通过所述输入阻抗148产生电流。所述电流sin/z148将流经所述放大输入端110到达所述放大输出端112，其中，z148是所述输入阻抗148的阻抗。当所述电流sin/z148流经所述晶体管128到达所述放大输出端112时，将产生互调音。来自所述放大输出端112的电流和来自所述抵消输出端124的电流的总和将流经所述阻抗z164，并且在所述输出端104处产生电压，其中，z164是所述负载164的阻抗。

所述输入信号sin还将在所述抵消阻抗132上产生电压。在所述抵消电路114的输入端，所述抵消阻抗132上的电压将产生ac电流iin＝sin/z132，其中，z132是所述抵消阻抗132的值。所述ac电流iin和来自所述电流源136的恒定dc电流i1将在所述抵消输入端子140处求和，其将用作虚拟接地和电流求和点，求合等式为i1＝iin+i2。根据所述等式，电流i2可以描述为i2＝i1–iin，并且由于i1是恒定电流，所述ac电流i2将等于i2＝–iin＝–sin/z132。i2的相反符号确保源于所述抵消输出端124的电流具有与所述输入信号sin相反的相位。当所述电流i2流经所述抵消晶体管130到达所搜抵消输出端124时，所述抵消晶体管130的非线性将对所述抵消信号电流sc产生互调音。

可以通过所述抵消晶体管130的大小、所述抵消阻抗132的大小以及所述电流源136的电流来改变所述抵消晶体管130的非线性。通常，(场效应)晶体管的线性取决于在偏置条件下，集电极和发射极两端的电压vce以及偏置电流。如果与所述dc偏置电流相比，所述ac电流较小，则所述线性通常最佳。所述抵消阻抗132的实部，即所述抵消电阻器150的大小改变了iin的ac大小。由于所述抵消晶体管130的线性取决于所述dc偏置电流i1和iin的所述ac大小，所述抵消阻抗132的实部，即所述抵消电阻器150的大小以及i1都可以用于设置所述抵消晶体管130的期望线性。当保持i1不变时，如果改变所述抵消阻抗132的实部，即所述抵消电阻器150的大小，则所述抵消信号sc的基音、二阶音、以及三阶互调音将相应地改变。然而，如果改变i1，但所述抵消阻抗132的实部，即所述抵消电阻器150的大小保持不变，则所述抵消信号sc中的大部分二阶音和三阶互调音将改变，而所述抵消信号sc的基音差不多保持稳定。如果改变所述晶体管的vce，效果将差不多相同。所述抵消阻抗132的虚数值，即所述抵消电容器152的大小将相对于所述输入信号sin改变i2的频谱的相位。

在所述集成放大器100的输出端104，将所述放大输入信号samp形式的电流与所述抵消信号sc形式的电流相加。由于所述抵消信号sc的相位与所放大输入信号samp的相位相反，如上所述，信号的相加对应于从所述放大输入信号samp减去所述抵消信号sc。

如上所述，图4示出了放大输入信号samp的互调音的抵消的简化图。图4a示出了具有两个测试音作为输入信号sin的放大输入信号samp的电流的频谱。所述放大输入信号samp形式的电流的互调音在图4a中表示为im，并且所述放大输入信号samp的电流的基音表示为f。图4b示出了抵消信号sc形式的电流的频谱。如上所述，所抵消信号sc的频谱的符号与所述放大输入信号samp的频谱的符号相反。所述抵消信号sc形式的电流的互调音在图4b中表示为im'，并且所述抵消信号sc形式的电流的基音表示为f'。需要注意的是，所述抵消信号sc形式的电流的基音f'非常低，而所述抵消信号sc形式的电流的互调音im'与所述放大输入信号samp中的互调音匹配。所述抵消电路114的线性选择为低，以避免过度减小所述放大输入信号的基音f。所述放大输入信号samp的电流和所述抵消信号sc的电流的总和实际上是如上所述从所述放大输入信号samp中减去所述抵消信号sc。这将导致图4c所示的输出信号sout仅具有两个基音f"。应当注意的是，图4示出了电流的总和，并且图4c中的sout对应于当电流流经所述负载164时产生输出电压的电流。

应当注意的是，由于所述放大晶体管128和所述抵消晶体管130都具有电流输出端，所述放大输入信号samp和所述抵消信号sc的相加不一定必须在如图中所示的输出端上直接进行。通过共源共栅的不同配置使得可以以多种不同的方式来改变求和点。

图5示意性地示出了无线通信系统200中的通信设备300。所述通信设备300包括本发明实施例提供的集成放大器100。所述无线通信系统200还包括网络节点400，其包括节点无线收发机402。虚线箭头a1表示从所述通信设备300到所述网络节点400的传输，其通常称为上行传输。实线箭头a2表示从所述网络节点400到所述通信设备300的传输，其通常称为下行传输。

所述通信设备300可以是能够在无线通信系统中进行无线通信的长期演进(longtermevolution，简称lte)中的用户设备(userequipment，简称ue)、移动台(mobilestation，简称ms)、无线终端或移动终端中的任一种，其中，所述无线通信系统有时也称为无线蜂窝系统。所述ue还可以称为具有无线能力的移动电话、蜂窝电话、平板电脑或笔记本电脑。本文中的ue可以是例如便携式、口袋式、手持式、包含计算机的或者车载的移动设备，能够经由无线接入网络与另一实体如另一接收器或服务器传送语音或数据。所述ue可以是站(station，简称sta)，其是包含与无线介质(wirelessmedium，简称wm)连接的符合ieee802.11的媒体接入控制(mediaaccesscontrol，简称mac)和物理层(physicallayer，简称phy)要求的接口的任何设备。

所述无线网络节点可以基于发射功率以及小区大小分为不同类别，例如宏enodeb、家庭enodeb或微微基站。所述无线网络节点可以是站(station，简称sta)，其是包含与无线介质(wirelessmedium，简称wm)连接的符合ieee802.11的媒体接入控制(mediaaccesscontrol，简称mac)和物理层(physicallayer，简称phy)要求的接口的任何设备。