信号处理的制作方法

本发明涉及信号处理装置，特别是但不排他地涉及例如无线电接收器中的信号处理装置。

背景技术：

1、许多现代电子装置包括一个或更多个信号处理链，例如用于通过无线接口发射、接收和/或交换信号的一个或更多个无线电发射器、接收器和/或收发器。

2、模拟信号处理链(例如，在无线电接收器中)通常放大和过滤传入信号。本领域本身已知的一些信号处理链使用跨导级和跨阻抗级的级联。这种本领域本身已知的常规装置可以在图1的示意图中看到。图1示出了具有级联跨导放大器102级和跨阻抗放大器104级的电子装置100。

3、电子装置100被配置为使得跨导放大器电路部分102包括被配置为接收跨导放大器102的非反相输入和反相输入之间的差分输入电压vin的相应输入端，并且产生取决于输入电压vin的相应输出电流iout。具体地，输出电流iout等于非反相输入与反相输入之间的电压差(即vin)乘以跨导放大器102的跨导增益gm。

4、在图1的示例中，跨阻抗放大器电路部分104具有被配置为接收来自跨导放大器102的电流iout的单端输入端，并且生成输出电压vout，其中，输出电压vout由跨阻抗放大器104的跨阻抗增益乘以来自跨导放大器102的电流iout确定。将理解，本文所述的发明既涉及单端放大器，又涉及差分放大器，然而为了便于说明和参考，这里对单端放大器进行讨论。

5、因此，输入信号vin被具有增益gm的跨导放大器102转换为电流iout，并且该电流随后被设置有基于rc滤波器的反馈电路部分106的跨阻抗放大器级104转换为输出电压vout并被滤波。反馈电路106由并联连接在跨阻抗放大器104的输入端和输出端之间的可调电阻器r3和电容c1构成。

6、装置100的总增益由它们各自的增益gm和r的乘积设置，其中gm是跨导级增益，而r是跨阻抗级增益。因此，这种放大器的级联的总增益ktot可以被表示为如下等式1：

7、ktot＝gm×r3

8、等式1：级联的跨导放大器级和跨阻抗放大器级的增益其中：ktot是级联的放大器级的总增益；gm是跨导放大器级的增益；r3是跨阻抗放大器的增益。

9、跨导放大器级的增益gm可以根据如下等式2描述：

10、

11、等式2：跨导放大器级的增益gm

12、其中：kota是常数(与跨导放大器的内部晶体管的比率有关)；ibias是偏置电流，其可以与来自与绝对温度成比例(ptat)电流源的参考电流iptat成比例，如下所述；q是基本电荷(1.602e-19c)；k是玻尔兹曼常数(1.38e-23j/k)；t是温度(k)；以及g(i)是描述晶体管工作点相对于电流密度的技术相关函数，对于bjt和弱反相金属氧化物半导体(mos)器件来说，g(i)等于1。

13、一般来说，希望在工艺和温度变化中保持带宽和增益恒定。本领域本身已知的一种方法是使用可调电阻器来通过保持电阻器-电容器(或“rc”)乘积在工艺变化中恒定来控制带宽量，同时使用ptat电流参考来保持晶体管的跨导在温度变化中恒定。ptat电流经由偏置电路108被供应给跨导放大器。通常位于跨阻抗放大器的反馈路径中(即，在反馈电路106中)的可调电阻器设置跨阻抗放大器级的增益。

14、使用ptat电流作为参考允许温度变化被补偿。然而，无源元件(例如，电阻器和电容器)值的工艺变化通常需要调节可调反馈电阻器以保持信号带宽恒定。通过调整反馈电阻器的阻值，信号带宽保持恒定，但信号增益会线性变化。因此，级联的跨导放大器级和跨阻抗放大器级的总增益可以被重写为如下等式3：

15、

16、等式3：级联的跨导放大器级和跨阻抗放大器级的变化增益

17、其中：i300是室温(300k)下的ptat电流的值；rtyp是可调反馈电阻器的默认值(即，对于典型工艺)；α是调整的相对范围。

18、申请人已经意识到，增益在工艺和温度上一致的改进方法将提供显著的益处。

技术实现思路

1、当从第一方面看时，本发明的实施例提供了一种信号处理装置，该信号处理装置被配置为补偿偏离标称工艺和温度条件的工艺和温度变化，该信号处理装置包括：

2、i)跨导放大器电路部分，其具有相应的电压输入和电流输出，其中，电流输出取决于所述跨导放大器电路部分的电压输入和跨导增益；

3、ii)跨阻抗放大器电路部分，其具有相应的电流输入和电压输出，其中，电压输出取决于所述跨阻抗放大器电路部分的电流输入和跨阻抗增益，其中，所述跨导放大器电路部分和跨阻抗放大器电路部分串联布置；

4、iii)偏置电路部分，其包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管和第二晶体管被配置为使得：

5、第一晶体管的栅极端子和漏极端子连接到第二晶体管的栅极端子和连接到参考电流输入端，该参考电流输入端被配置为接收来自与绝对温度成比例的电流源的参考电流；

6、第二晶体管的漏极端子连接到跨导放大器的电流供应输入端；

7、第一晶体管的源极端子经由第一电阻器连接到节点；以及

8、第二晶体管的源极端子经由第二电阻器连接到所述节点，其中，第二电阻器是可调的；以及

9、iv)反馈电路部分，其连接在跨阻抗放大器的输入端与输出端之间，所述反馈电路部分包括第三电阻器，其中第三电阻器是可调的；

10、其中，第一电阻器的电阻是预定值，所述预定值是在标称工艺和温度条件下可调的第三电阻器的电阻。

11、本发明允许，可调的第二电阻器的电阻和可调的第三电阻器的电阻之间的比率在所述电阻变化时保持恒定。因此，本发明的第一方面延伸到信号处理装置，该信号处理装置被配置为补偿偏离标称工艺和温度条件的工艺和温度变化，该信号处理装置包括：

12、i)跨导放大器电路部分，其具有相应的电压输入和电流输出，其中，电流输出取决于所述跨导放大器电路部分的电压输入和跨导增益；

13、ii)跨阻抗放大器电路部分，其具有相应的电流输入和电压输出，其中，电压输出取决于所述跨阻抗放大器电路部分的电流输入和跨阻抗增益，其中，所述跨导放大器电路部分和跨阻抗放大器电路部分串联布置；

14、iii)偏置电路部分，其包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管和第二晶体管被配置为使得：

15、第一晶体管的栅极端子和漏极端子连接到第二晶体管的栅极端子和连接到参考电流输入端，该参考电流输入端被配置为接收来自与绝对温度成比例的电流源的参考电流；

16、第二晶体管的漏极端子连接到跨导放大器的电流供应输入端；

17、第一晶体管的源极端子经由第一电阻器连接到节点；以及

18、第二晶体管的源极端子经由第二电阻器连接到所述节点，其中第二电阻器是可调的；以及

19、iv)反馈电路部分，其连接在跨阻抗放大器的输入端与输出端之间，所述反馈电路部分包括第三电阻器，其中第三电阻器是可调的；

20、其中，第一电阻器的电阻为预定值，所述预定值是在标称工艺和温度条件下可调的第三电阻器的电阻；以及

21、其中，当所述电阻变化时，可调的第二电阻器的电阻与可调的第三电阻器的电阻之间的比率是恒定的。

22、本发明的第一方面还延伸到配置信号处理装置以补偿偏离标称工艺和温度条件的工艺和温度变化的方法，所述信号处理装置包括：

23、i)跨导放大器电路部分，其具有相应的电压输入和电流输出，其中，电流输出取决于所述跨导放大器电路部分的电压输入和跨导增益；

24、ii)跨阻抗放大器电路部分，其具有相应的电流输入和电压输出，其中，电压输出取决于所述跨阻抗放大器电路部分的电流输入和跨阻抗增益，其中，所述跨导放大器电路部分和跨阻抗放大器电路部分串联布置；

25、iii)偏置电路部分，其包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管和第二晶体管被配置为使得：

26、第一晶体管的栅极端子和漏极端子连接到第二晶体管的栅极端子和连接到参考电流输入端，该参考电流输入端被配置为接收来自与绝对温度成比例的电流源的参考电流；

27、第二晶体管的漏极端子连接到跨导放大器的电流供应输入端；

28、第一晶体管的源极端子经由第一电阻器连接到节点；以及

29、第二晶体管的源极端子经由第二电阻器连接到所述节点，其中第二电阻器是可调的；以及

30、iv)反馈电路部分，其连接在跨阻抗放大器的输入端与输出端之间，所述反馈电路部分包括第三电阻器，其中第三电阻器是可调的；

31、其中，第一电阻器的电阻是预定值，所述预定值是在标称工艺和温度条件下可调的第三电阻器的电阻；

32、其中，方法包括：

33、改变可调的第二电阻器和可调的第三电阻器中的每一个的相应电阻，使得所述可调的第二电阻器和可调的第三电阻器的电阻之间的比率是恒定的。

34、本发明的第一方面还扩展到一种非暂态计算机可读介质，其包括指令，该指令当由处理器执行时，使得处理器执行配置信号处理装置以补偿偏离标称工艺和温度条件的工艺和温度变化的方法，该信号处理装置包括：

35、i)跨导放大器电路部分，其具有相应的电压输入和电流输出，其中，电流输出取决于所述跨导放大器电路部分的电压输入和跨导增益；

36、ii)跨阻抗放大器电路部分，其具有相应的电流输入和电压输出，其中，电压输出取决于所述跨阻抗放大器电路部分的电流输入和跨阻抗增益，其中，所述跨导放大器电路部分和跨阻抗放大器电路部分串联布置；

37、iii)偏置电路部分，其包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管和第二晶体管被配置为使得：

38、第一晶体管的栅极端子和漏极端子连接到第二晶体管的栅极端子和连接到参考电流输入端，该参考电流输入端被配置为接收来自与绝对温度成比例的电流源的参考电流；

39、第二晶体管的漏极端子连接到跨导放大器的电流供应输入端；

40、第一晶体管的源极端子经由第一电阻器连接到节点；以及

41、第二晶体管的源极端子经由第二电阻器连接到所述节点，其中第二电阻器是可调的；以及

42、iv)反馈电路部分，其连接在跨阻抗放大器的输入端与输出端之间，所述反馈电路部分包括第三电阻器，其中第三电阻器是可调的；

43、其中，第一电阻器的电阻为预定值，所述预定值是在标称工艺和温度条件下可调的第三电阻器的电阻；

44、其中，方法包括：

45、改变可调的第二电阻器和可调的第三电阻器中的每一个的相应的电阻，使得所述可调的第二电阻器和可调的第三电阻器的电阻之间的比率是恒定的。

46、本发明的第一方面还扩展到计算机软件产品，该软件产品包括指令，该指令当由处理器执行时，使得处理器执行配置信号处理装置以补偿偏离标称工艺和温度条件的工艺和温度变化的方法，该信号处理装置包括：

47、i)跨导放大器电路部分，其具有相应的电压输入和电流输出，其中，电流输出取决于所述跨导放大器电路部分的电压输入和跨导增益；

48、ii)跨阻抗放大器电路部分，其具有相应的电流输入和电压输出，其中，电压输出取决于所述跨阻抗放大器电路部分的电流输入和跨阻抗增益，其中，所述跨导放大器电路部分和跨阻抗放大器电路部分串联布置；

49、iii)偏置电路部分，其包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管和第二晶体管被配置为使得：

50、第一晶体管的栅极端子和漏极端子连接到第二晶体管的栅极端子和连接到参考电流输入端，该参考电流输入端被配置为接收来自与绝对温度成比例的电流源的参考电流；

51、第二晶体管的漏极端子连接到跨导放大器的电流供应输入端；

52、第一晶体管的源极端子经由第一电阻器连接到节点；以及

53、第二晶体管的源极端子经由第二电阻器连接到所述节点，其中，第二电阻器是可调的；以及

54、iv)反馈电路部分，其连接在跨阻抗放大器的输入端与输出端之间，所述反馈电路部分包括第三电阻器，其中，第三电阻器是可调的；

55、其中，第一电阻器的电阻是预定值，所述预定值是在标称工艺和温度条件下可调的第三电阻器的电阻；

56、其中，方法包括：

57、改变可调的第二电阻器和可调的第三电阻器中的每一个的相应电阻，使得所述可调的第二电阻器和可调的第三电阻器的电阻之间的比率是恒定的。

58、因此，将认识到本发明的实施例提供了改进的布置，该布置允许总增益(即，跨导增益和跨阻抗增益的乘积)基本上独立于工艺和温度变化。与本领域本身已知的常规布置相比，增加到偏置电路部分的电阻器(即，第一电阻器和第二电阻器)改进了电流镜布置，因为其允许供应给跨导放大器的偏置电流的可变退化。

59、第一电阻器被选择为使得其电阻基本上等于针对典型工艺和温度的可调第三(即，反馈)电阻器的“默认”或“典型”值rtyp。然后，与第三电阻器的调整成比例地调整第二电阻器，使得当第三电阻器被调整以控制考虑工艺变化的带宽时，第二电阻器同样地被调整，使得对第三电阻器的改变不会实质性地改变装置的整体增益。

60、通过本发明的布置，即使反馈电阻器(即，第三电阻器)因带宽目的而被调整，总增益(即，跨导增益和跨阻抗增益的乘积)也可以基本保持恒定。供应给跨导的偏置电流的电阻器依赖性提供了一种机制，通过该机制可以改变跨导放大器的增益以补偿跨阻抗放大器的增益的变化，其中改变第三电阻器(即，反馈电路部分中)的电阻需要按比例改变第二电阻器(即，在偏置电路部分中)。

61、如上所述，当第三电阻器的电阻变化时，第二电阻器的电阻按比例变化，使得它们的比率保持不变。在一些实施例中，第二电阻器和第三电阻器具有相同的电阻，使得它们之间的比率为1(即，r3：r2＝1：1)。然而，可调第二电阻器和可调第三电阻器的电阻不需要相同。让第二电阻器和第三电阻器具有不同的电阻使得它们之间的比率大于或小于1(即r3：r2≠1：1)，可以允许将整体增益设置为除1之外的值，其中装置的整体增益取决于该比率。

62、可调第二电阻器和可调第三电阻器的各自电阻被设置为偏置电路部分中的第一电阻器的电阻的适当比例因子倍数。该比例因子可以表示为1+α。因此，当第一电阻器的电阻被设置为在标称温度和工艺条件下第三电阻器的典型值rtyp时，第二电阻器和第三个电阻器的相应电阻可以各自被设置为(1+α)*rtyp。

63、通过将第一电阻器的电阻r1设置为rtyp，并且通过将第二电阻器和第三电阻器的相应电阻r2和r3分别设置为rtyp(1+α)和n*rtyp(1+α)(其中，n是r3：r2的比率)，跨导放大器偏置电流ibias的表达式可以被重写为如下等式4：

64、

65、等式4：供应给跨导放大器的偏置电流

66、将其代入总增益的表达式，得到如下的等式5：

67、

68、等式5：温度和工艺不变增益

69、从等式5可以看出，这导致增益与温度和工艺变化二者无关。

70、第一晶体管和第二晶体管形成电流镜布置，其中，流过第一晶体管的漏源电流-即来自ptat源的电流，被“镜像”为流过第二晶体管的漏源电流。换句话说，流过第二晶体管的漏源电流取决于流过第一晶体管的漏源电流。尽管这些可以是相等的(其中，第一晶体管和第二晶体管是相同的，并且其中，第一电阻器和第二电阻器具有相等的电阻)，但情况不一定如此，并且流过第二晶体管的漏源电流-其作为供应电流被提供给跨导放大器电路部分-可以是流过第一晶体管的漏源电流的缩放版本。

71、如上所述，电流镜将由ptat电流源供应的电流(可能缩放)的“副本”传输到跨导放大器电路部分。该ptat电流源可以在电子装置的外部，然而在一些实施例中，电子装置包括与绝对温度成比例的电流源。

72、第一晶体管和第二晶体管可以包括任何合适类型的晶体管，然而在一些实施例中，它们各自包括场效应晶体管(fet)，并且可以包括金属氧化物半导体fet或“mosfet”。在一组特定的实施例中，第一晶体管和第二晶体管各自包括n沟道mosfet，并且可以各自包括n沟道增强型mosfet。然而，应该理解的是，可以替代地使用p沟道器件和/或耗尽型器件。

73、跨阻抗放大器的增益通常由反馈电阻器(即，反馈电路部分的“第三”电阻器)的电阻来设置。第三电阻器可以具有其第一端子以及其第二端子，其第一端子连接到跨阻抗放大器的输入端，其第二端子连接到跨阻抗放大器的输出端。

74、在一些实施例中，反馈电路部分还包括与第三电阻器并联连接的电容器。该电容器向跨阻抗放大器提供电阻-电容(或“rc”)反馈。在一些这样的实施例中，电容器可以具有其第一端子和其第二端子，其第一端子连接到第三电阻器的第一端子，以及其第二端子连接到第三电阻器的第二端子。通常，该反馈电容器的电容可以影响放大器的带宽，因此影响整个电子装置。

75、一般来说，该装置可被布置为接收输入电压并供应输出电压。这样，输入电压可以首先被供应给跨导放大器电路部分，然后跨导放大器电路部分将其生成的结果电流供应给跨阻抗放大器电路部分。然后，跨阻抗电路部分可以生成结果输出电压。因此，在一些实施例中，电子装置被配置为使得：

76、跨导放大器电路部分包括被配置为接收输入电压的相应输入端和被配置为生成取决于所述输入电压的电流的相应输出端；以及

77、跨阻抗放大器电路部分包括被配置为接收来自所述跨导放大器的电流的相应输入端和被配置为生成取决于所述电流的输出电压的相应输出端。

78、在其他实施例中，装置可以被布置为接收输入电流并供应输出电流，在这种情况下，输入电流可以被首先供应给跨阻抗放大器电路部分，然后跨阻抗放大器电路部分将其生成的结果电压供应给跨阻抗放大器电路部分。

79、在一些实施例中，跨导放大器电路部分可以包括反相输入端和非反相输入端。供应给跨导放大器的输入电压可以是差分输入电压，并且该差分输入电压可以供应到跨导放大器电路部分的反相输入端和非反相输入端。由跨导放大器电路部分生成的电流可以等于在其非反相输入端的电压与反相输入端的电压之间的差乘以跨导增益。跨导放大器电路部分的输出可以是单端的或差分的。

80、跨导放大器电路部分可以包括运算跨导放大器(ota)。

81、在一些实施例中，跨阻抗放大器电路部分可以包括反相输入端和非反相输入端。供应给跨导放大器的电流可以是单端的并被供应给跨阻抗放大器电路部分的反相输入端。在一些实施例中，跨阻抗放大器电路部分的非反相输入端可以连接到固定电平，该固定电平可以是接地或虚拟接地。在这样的实施例中，第三电阻器的第一端子可以连接到跨阻抗放大器的反相输入端。

82、跨导放大器电路部分可以包括运算放大器。

83、本发明的第一方面延伸到包括上面概述的信号处理装置的无线电收发器装置、无线电接收器装置和/或无线电发射器装置。

84、还将理解的是，上文关于本发明的任何前述方面所描述的可选特征同样适用于本发明的其他方面。