高耐压的双叠接放大器的制作方法

本发明是关于放大器，尤其是关于叠接放大器。

背景技术：

无线通信的传输距离取决于一无线发射器(wirelesstransmitter)的发射能量，一种增加该无线发射器的发射能量的习知技术为提高该无线发射器的放大器的电晶体的汲极电压(drainvoltage)，然而，上述作法会造成该放大器的电晶体的耐压问题，进而影响该无线发射器的使用年限。

为了增加前述放大器的电晶体的耐压，有以下几种传统作法：

增加该电晶体的通道长度(channellength)。此作法的缺点在于转导(gm)降低以及该放大器的线性度变差。

使用由两颗电晶体叠接而成的一叠接放大器做为该无线发射器的放大器。此作法可见于下列文献：美国专利号us4647872a的专利。此作法的缺点在于，当该叠接放大器的输出端的电压(亦即该两颗电晶体中耦接该输出端的电晶体的汲极电压)持续升高时，该叠接放大器仍可能遭受耐压问题。

将一高压电晶体(iodevice)叠接于电晶体以进一步改良(2)的叠接放大器，当该叠接放大器的输出端的电压(亦即该两颗电晶体中耦接该输出端的电晶体的汲极电压)持续升高时，该高压电晶体本身可以承受较大耐压。此作法的缺点在于该高压电晶体转导较低以及该放大器的线性度较差。

技术实现要素：

本发明的一目的在于提供一种高耐压的双叠接放大器，以避免先前技术的问题。

本发明揭露了一种高耐压的双叠接放大器，其一实施例包含一输入电晶体、一第一叠接电晶体、一耐压增强电路以及一输出端。该输入电晶体耦接一低电压供应端，包含一输入电极、一高电位电极与一低电位电极，其中该输入电极接收一输入电压，该输入电晶体依据该输入电压决定一输出电流，该输出电流流过该高电位电极与该低电位电极。该第一叠接电晶体包含一第一电极、一第一高电位电极与一第一低电位电极，其中该第一低电位电极耦接该输入电晶体的该高电位电极，该第一电极接收第一偏压，该第一叠接电晶体依据该第一偏压与该输出电流决定该第一低电位电极的电压。该耐压增强电路耦接于该第一叠接电晶体与一高电压供应端之间，包含一第二叠接电晶体做为该耐压增强电路的一输出电晶体，该第二叠接电晶体包含一第二电极、一第二高电位电极与一第二低电位电极，该第二低电位电极耦接该第一叠接电晶体的该第一高电位电极，该第二电极接收一第二偏压，该第二叠接电晶体依据该第二偏压与该输出电流决定该第二低电位电极的电压。该输出端耦接该耐压增强电路与该高电压供应端，依据该输出电流输出一输出电压，其中该输入电晶体与该第一叠接电晶体叠接以及该第一叠接电晶体与该耐压增强电路叠接，以形成一双叠接架构，使该输出端与该第二低电位电极的电压差小于该输出电晶体的耐压，该第二低电位电极与该第一低电位电极的电压差小于该第一叠接电晶体的耐压，而该第一低电位电极与该低电位电极的电压差小于该输入电晶体的耐压。

有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。

附图说明

显示本发明的高耐压的双叠接放大器的一实施例；

图1显示本发明的高耐压的双叠接放大器的一实施例；

图2显示图1的耐压增强电路的一实作范例；

图3显示图1的耐压增强电路的另一实作范例；

图4显示本发明的高耐压的双叠接放大器的另一实施例；以及

图5显示本发明的高耐压的双叠接放大器的另一实施例。

100双叠接放大器

110输入电晶体

120第一叠接电晶体

130耐压增强电路

140输出端

vss低电压供应端

vdd高电压供应端

g0输入电极

d0高电位电极

s0低电位电极

vin输入电压

iout输出电流

g1第一电极

d1第一高电位电极

s1第一低电位电极

vbias1第一偏压

vout输出电压

132第二叠接电晶体

g2第二电极

d2第二高电位电极

s2第二低电位电极

vbias2第二偏压

410、510被动元件

具体实施方式

以下说明内容的用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释是以本说明书的说明或定义为准；举例而言，视实施需求，「耦接」在本说明书中可被解读为二元件的直接连接(不透过主动/被动元件)，也可被解读为二元件的间接连接(透过主动/被动元件)。

本发明揭露一种高耐压的双叠接放大器。相较于先前技术，该双叠接放大器能够承受更高的输出电压，而不会导致该双叠接放大器的每一电晶体的任二电极的电压差超过该电晶体的耐压；同时，该双叠接放大器能够避免增加电晶体的通道长度或依赖高压电晶体而造成转导降低以及线性度变差。本发明的双叠接放大器可做为一无线发射器(wirelesstransmitter)的放大器，然此仅是举例以供了解，不是对本发明的应用范围的限制。

图1显示本发明的高耐压的双叠接放大器的一实施例。图1的双叠接放大器100包含一输入电晶体110、一第一叠接电晶体120、一耐压增强电路(withstand-voltageenhancement)130以及一输出端140。按照图1，输入电晶体110与第一叠接电晶体120叠接以及第一叠接电晶体120与耐压增强电路130叠接，以形成一双叠接架构(double-cascodeconfiguration)，从而实现一高耐压的特性。为帮助了解，图1的双叠接放大器100中的所有电晶体为nmos电晶体；然而，本领域具有通常知识者可以了解，在实作为可能且效能为可接受的前提下，图1的任一电晶体可以是已知或自行开发的任一种电晶体(例如：pmos电晶体、bjt等已知电晶体的其中之一)。值得注意的是，图式中的虚线代表直接或间接地连接。

请参阅图1。输入电晶体110耦接一低电压供应端vss，且包含一输入电极g0、一高电位电极d0与一低电位电极s0，其中该输入电极g0接收一输入电压vin，输入电晶体110依据该输入电压vin决定一输出电流iout，该输出电流iout流过该高电位电极d0与该低电位电极s0。于一实作范例中，该输入电压vin是一待放大的讯号。

请参阅图1。第一叠接电晶体120包含一第一电极g1、一第一高电位电极d1与一第一低电位电极s1，其中该第一低电位电极s1耦接输入电晶体110的该高电位电极d0，该第一电极g1接收一第一偏压vbias1，该输出电流iout流过该第一高电位电极d1与该第一低电位电极s1，而该第一偏压vbias1与该输出电流iout决定该高电位电极d0的电压。

请参阅图1。耐压增强电路130耦接于第一叠接电晶体120与一高电压供应端vdd(其电压为vdd)之间，耐压增强电路130包含一个电晶体做为一输出电晶体。如图2所示，于耐压增强电路130的一实作范例中，耐压增强电路130包含一第二叠接电晶体132做为该输出电晶体，第二叠接电晶体132包含一第二电极g2、一第二高电位电极d2与一第二低电位电极s2，该第二低电位电极s2耦接第一叠接电晶体120的该第一高电位电极d1，该第二电极g2接收一第二偏压vbias2，该输出电流iout流过该第二高电位电极d2与该第二低电位电极s2，而该第二偏压vbias2与该输出电流iout决定第一高电位电极d1的电压。如图3所示，于耐压增强电路130的另一实作范例中，耐压增强电路130使用一高压电晶体作为第二叠接电晶体132，其余特征与图2的实施例相仿或相同。本领域具有通常知识者能够依据图1至图3的揭露，推导出更多耐压增强电路130的实作范例。

请参阅图1至图3。输出端140耦接耐压增强电路130与该高电压供应端vdd，并依据该输出电流iout输出一输出电压vout。输出端140与耐压增强电路130的第二低电位电极s2的电压差小于该输出电晶体的耐压；该第二低电位电极s2与第一叠接电晶体120的第一低电位电极s1的电压差小于第一叠接电晶体120的耐压；该第一低电位电极s1与输入电晶体110的低电位电极s0的电压差小于输入电晶体110的耐压。本领域具有通常知识者能够依据上述说明，了解如何适当地设定双叠接放大器100中各电晶体的偏压(例如：vbias1与vbias2)；举例而言，前述偏压vbias1与vbias2的设定如下列式子所示：

电晶体110可承受耐压须>d0-s0

电晶体120可承受耐压须>d1-d0

电晶体132可承受耐压须>vdd-d1

上列式子中，μn是反转层的电子迁移率、cox是单位面积的氧化层电容、w是通道宽度、l是通道长度、vth是门槛电压，该些参数的意义为本领域的通常知识。于一实作范例中，该输出电压vout是该输入电压vin的放大讯号。

请参阅图2。于一实作范例中，该输出端140与该第一叠接电晶体120的第一低电位电极s1的电压差大于第一叠接电晶体120的耐压；换言之，若无第二叠接电晶体132，第一叠接电晶体120会遭受过电压而损坏或缩短寿命。于一实作范例中，该第二叠接电晶体132的第二低电位电极s2与输入电晶体110的低电位电极s0的电压差大于输入电晶体110的耐压；换言之，若无第一叠接电晶体120，输入电晶体110会遭受过电压而损坏或缩短寿命。

图1的输入电晶体110可经由至少一主动/被动元件耦接该低电压供应端vss。如图4所示，于一实作范例中，输入电晶体110经由一被动元件410(例如：电阻或电感)耦接该低电压供应端vss。当然，视实作需求，输入电晶体110也可直接连接该低电压供应端vss。

图1的耐压增强电路130与输出端140可经由至少一主动/被动元件耦接该高电压供应端vdd。如图5所示，于一实作范例中，耐压增强电路130与输出端140经由一被动元件510(例如：电感或电阻)耦接该高电压供应端vdd。

请注意，在实施为可能的前提下，本技术领域具有通常知识者可选择性地实施前述任一实施例中部分或全部技术特征，或选择性地实施前述复数个实施例中部分或全部技术特征的组合，藉此增加本发明实施时的弹性。

综上所述，相较于先前技术，本发明的双叠接放大器能够在提供较高输出电压的情形下，避免该双叠接放大器的每一电晶体的任二电极的电压差超过该电晶体的耐压，同时该双叠接放大器能够保有高转导与高线性度。

虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明之明示或隐含之内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的申请专利范围所界定者为准。