專(zhuān)利名稱(chēng)：具有固定輸入阻抗的放大器及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種具有固定輸入阻抗的放大器及相關(guān)方法，特別指一種利用多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路，來(lái)處理多個(gè)反饋信號(hào)，將該放大器的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值的放大器及相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
低噪聲放大器(Low Noise Amplifier，LNA)是無(wú)線通信系統(tǒng)的接收器(Receiver)中不可或缺的一部分，其主要的目的是提供接收來(lái)自天線的信號(hào)所需的增益與靈敏度。由在低噪聲放大器設(shè)置在接收器的前端，用來(lái)處理通常來(lái)說(shuō)為非常微弱的信號(hào)，因此低噪聲放大器的功能參數(shù)，如噪聲指數(shù)(NoiseFigure)、射頻增益(RF Gain)、及非線性(Non-linearity)等的好壞都將決定該接收器的整體性能。
請(qǐng)參閱圖1，圖1為一無(wú)線通信系統(tǒng)的接收器10的功能方塊圖。本實(shí)施例所述的接收器10主要是應(yīng)用在0.9GHz到10GHz的無(wú)線通信系統(tǒng)為主，因?yàn)楝F(xiàn)今的商用無(wú)線通信系統(tǒng)，例如泛歐數(shù)字式移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)、藍(lán)芽(Blue-tooth)、無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)等，其工作頻率大都落在這個(gè)范圍內(nèi)。接收器10包含有一天線12、一濾波器14、一低噪聲放大器16、一混頻裝置18、一本機(jī)振蕩發(fā)生器(Local Oscillator Generator)20、以及一信號(hào)處理模塊22。天線12用來(lái)接收一射頻信號(hào)RF，射頻信號(hào)RF自天線12接收下來(lái)之后，先經(jīng)過(guò)濾波器14進(jìn)行一次頻帶選擇，產(chǎn)生一輸入信號(hào)SI，此輸入信號(hào)SI需經(jīng)過(guò)低噪聲放大器16以一預(yù)設(shè)的增益倍率加以放大，如前所述，由在接收到的射頻信號(hào)RF及濾波后的輸入信號(hào)SI通常均十分微弱，使得設(shè)置在濾波器14后端的放大器所帶來(lái)的噪聲須越小越好，因此低噪聲放大器16為最佳的選擇。從低噪聲放大器16輸出的信號(hào)，再利用混頻裝置18配合本機(jī)振蕩發(fā)生器20的工作將該輸入信號(hào)SI降頻至一特定頻率，繼續(xù)送至信號(hào)處理模塊22作進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)中頻放大、信號(hào)解調(diào)(Demodulation)等操作。
在實(shí)際實(shí)施時(shí)，在不同環(huán)境及不同的時(shí)間點(diǎn)，無(wú)線通信系統(tǒng)的接收器10所接收到的射頻信號(hào)RF的強(qiáng)度(Magnitude)并不固定，以移動(dòng)電話的信號(hào)傳輸為例，若接收器10相當(dāng)接近信號(hào)發(fā)射端(如基地臺(tái))，射頻信號(hào)RF的強(qiáng)度相對(duì)而言就遠(yuǎn)大于當(dāng)接收器10遠(yuǎn)離信號(hào)發(fā)射端的情況。過(guò)大的射頻信號(hào)RF很容易使其飽和而無(wú)法正常執(zhí)行線性放大的功能，因此一般將低噪聲放大器16設(shè)計(jì)為一可變?cè)鲆娣糯笃?Variable Gain Amplifier)，可工作在多個(gè)不同的增益(Gain)模式下。若以將增益模式設(shè)計(jì)為兩種高增益模式及低增益模式為例，在圖1的輸入信號(hào)SI較小時(shí)，可將低噪聲放大器16工作在高增益模式，將輸入信號(hào)SI以較高的增益倍率放大并輸出；相反地，當(dāng)圖1的輸入信號(hào)SI較大時(shí)，可使用低增益模式處理輸入信號(hào)SI、以避免低噪聲放大器16發(fā)生飽和的情況。請(qǐng)參閱圖2，圖2為圖1公知低噪聲放大器16的一實(shí)施例的功能方塊圖，且低噪聲放大器16為一可變?cè)鲆娣糯笃?，可分別工作在一高增益模式以及一低增益模式下。低噪聲放大器16由三個(gè)部分所組成一輸入端32、一增益電路34、及一輸出端36。輸入端32用來(lái)接收輸入信號(hào)SI，而增益電路34包含晶體管Q1-Q5及可調(diào)整的三偏壓(Bias)B1-B3，用來(lái)在二個(gè)不同的增益模式下將輸入信號(hào)SI以一對(duì)應(yīng)的(高/低)增益倍率加以放大，最后由輸出端36輸出經(jīng)增益電路34放大后的輸入信號(hào)SI。
請(qǐng)繼續(xù)參閱圖2，當(dāng)?shù)驮肼暦糯笃?6工作在高增益模式下時(shí)，偏壓B2大于偏壓B3，因此晶體管Q1、Q2、Q4、Q5導(dǎo)通工作，而晶體管Q3處在關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)輸入信號(hào)SI會(huì)經(jīng)增益電路34中的晶體管Q1、Q2、Q4、Q5放大，并由輸出端36輸出經(jīng)增益電路34放大后的輸入信號(hào)SI。當(dāng)?shù)驮肼暦糯笃?6工作在低增益模式下時(shí)，偏壓B3大于偏壓B2，晶體管Q1、Q3、Q4、Q5導(dǎo)通工作，而晶體管Q2處在關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)輸入信號(hào)SI會(huì)經(jīng)晶體管Q4、Q5放大，并由輸出端36輸出處理后的輸入信號(hào)SI。然而在當(dāng)初設(shè)計(jì)電路時(shí)，即可設(shè)計(jì)晶體管Q1、Q2、Q3的尺寸大于晶體管Q4、Q5，如此一來(lái)，只有少部分的輸入信號(hào)SI經(jīng)晶體管Q4、Q5遞送至輸出端36，大部分的輸入信號(hào)SI則經(jīng)晶體管Q1、Q3分流至一電壓源端VCC。由上面的描述可知，高增益模式及低增益模式之間的切換，取決在偏壓B2與偏壓B3之間的大小關(guān)系，偏壓B1則保持一定值。在實(shí)際實(shí)施時(shí)，可將偏壓B2保持在一預(yù)設(shè)電壓值，只調(diào)整切換偏壓B3使之高在或低在偏壓B2以實(shí)現(xiàn)上述的效果。
另外，一般放大電路均含有輸入阻抗(Input Impedance)及輸出阻抗(Output Impedance)，而當(dāng)一系統(tǒng)中包含有一放大電路的各個(gè)電路相互連接時(shí)，可能會(huì)因放大電路與其他電路的輸入、輸出阻抗匹配不當(dāng)，而導(dǎo)致產(chǎn)生負(fù)載效應(yīng)，致使整個(gè)系統(tǒng)的效能受到影響。請(qǐng)同時(shí)參閱圖1及圖2，低噪聲放大器16具有一輸入阻抗Zin1，并另包含一電感性負(fù)反饋電路(InductiveNegative Feedback Circuit)38及一電感式負(fù)載Lc。為了避免在濾波器14及低噪聲放大器16之間可能發(fā)生的阻抗匹配不當(dāng)，而影響到濾波器14的響應(yīng)及低噪聲放大器16的效能，在圖2的公知實(shí)施例中采用在晶體管Q1、Q4的發(fā)射極(Emitter)電連接到該電感性負(fù)反饋電路38來(lái)調(diào)整輸入阻抗Zin1，并使得低噪聲放大器16在高增益模式及低增益模式之間切換時(shí)，不會(huì)因輸入阻抗Zin1的變動(dòng)而改變?yōu)V波器14的濾波響應(yīng)，并進(jìn)而確保接收器10的效能。
然而，由在電感性負(fù)反饋電路38所占的電路面積過(guò)大，在考慮成本時(shí)，電阻式負(fù)載及電阻式負(fù)反饋電路是較能為產(chǎn)業(yè)界接受的方式。請(qǐng)見(jiàn)圖3，圖3為圖1公知低噪聲放大器16的另一實(shí)施例的功能方塊圖。該低噪聲放大器16仍為一可變?cè)鲆娣糯笃?，可工作在一高增益模式以及一低增益模式下。另外，與圖2實(shí)施例相同，低噪聲放大器16亦由輸入端32、增益電路34、及輸出端36所組成，并包含一輸入阻抗Zin1′，而增益電路34亦包含晶體管Q1′-Q5′及可調(diào)整的三偏壓(Bias)裝置B1′-B3′，用來(lái)在二個(gè)不同的增益模式下將輸入信號(hào)SI以對(duì)應(yīng)的(高/低)增益倍率加以放大。與前一實(shí)施例最主要的分別在在，圖3實(shí)施例以一電阻式負(fù)載RL及一電阻式負(fù)反饋電路40來(lái)代替圖2中的電感式負(fù)載Lc及電感式負(fù)反饋電路38實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋的功能。為簡(jiǎn)單解釋電阻式負(fù)反饋的功能及特性，我們另外以一單級(jí)晶體管放大電路為例說(shuō)明，請(qǐng)參閱圖4，圖4為一簡(jiǎn)易放大電路50并同一電阻Rf作為電阻式負(fù)反饋電路的示意圖。簡(jiǎn)易放大電路50可視為以一晶體管Q6構(gòu)成，并包含有一輸入端52、一輸出端56、一原有的等效電阻R、以及作負(fù)反饋之用的電阻Rf。在沒(méi)有電阻Rf的負(fù)反饋影響下，該放大電路的電壓增益為Av1＝gm·R，其中g(shù)m為晶體管Q6的特性參數(shù)，圖4右方同時(shí)以實(shí)線顯示無(wú)負(fù)反饋的情形下簡(jiǎn)易放大電路50的頻率響應(yīng)，橫軸表示頻率f，縱軸代表增益Av。而在加入(等效為并聯(lián))電阻Rf的情況下，增益縮小為Av2≈gm·R·Rf/(Rf+R)，圖4右方同時(shí)以虛線表示加入負(fù)反饋效應(yīng)后簡(jiǎn)易放大電路50的頻濾響應(yīng)。由圖4可知，縮小的增益(降低Rf/(Rf+R)倍)卻能帶來(lái)較佳的頻率響應(yīng)(在較寬的頻帶中保有平坦的增益倍率)，同時(shí)，增益及失真(distortion)等特性也隨之降低。另外，該簡(jiǎn)易放大電路50的輸入阻抗Zin2亦隨加入的電阻Rf的值而改變成Zin2≈(Rf+R)/(gm·R)，電阻式負(fù)反饋電路40具有調(diào)整放大電路的輸入阻抗Zin2的功效。
在大致明白電阻式負(fù)反饋電路40的技術(shù)特征后，請(qǐng)回頭參閱圖3，圖3的電阻式負(fù)反饋電路40為一電阻R電連接到一電容C。圖3實(shí)施例的工作原理與圖2實(shí)施例相近，當(dāng)?shù)驮肼暦糯笃?6工作在高增益模式下時(shí)，部分經(jīng)處理并輸出至輸出端36的輸入信號(hào)SI會(huì)從輸出端36經(jīng)該電阻式負(fù)反饋電路40反饋回端入端32，稱(chēng)之為一反饋信號(hào)。然而，在當(dāng)?shù)驮肼暦糯笃?6切換至低增益模式時(shí)，由在只有少部分的輸入信號(hào)SI經(jīng)晶體管Q4′、Q5′遞送至輸出端36，大部分的輸入信號(hào)SI則經(jīng)晶體管Q1′、Q3′分流至一電壓源端VCC′，亦即只有少部分的反饋信號(hào)經(jīng)該電阻式負(fù)反饋電路40反饋回輸入端32，其余大部分的信號(hào)量則由電壓源端VCC′旁路。如此一來(lái)，在不同的增益模式下，該電阻式負(fù)反饋電路40無(wú)法發(fā)揮其調(diào)整輸入阻抗的功能，使得輸入阻抗Zin1′在不同的增益模式下呈現(xiàn)不同的值。如同先前的描述，濾波器14的濾波響應(yīng)會(huì)受到濾波器14與低噪聲放大器16之間的阻抗匹配不當(dāng)而發(fā)生頻率響應(yīng)失真(Distortion)的現(xiàn)象，使濾波器在頻帶外(out-of-band)的衰減不夠，以致在影響到低噪聲放大器16的效能。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的主要目的在在一種利用多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路來(lái)處理對(duì)應(yīng)的反饋信號(hào)，將該放大器的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值的放大器及相關(guān)方法，以解決上述問(wèn)題。
在本發(fā)明中的放大器中，我們利用多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路，分別設(shè)置在不同的增益模式下反饋信號(hào)所行經(jīng)的多個(gè)路徑。在每一特定的增益模式下，對(duì)應(yīng)的至少一電阻性負(fù)反饋電路會(huì)處理該對(duì)應(yīng)的反饋信號(hào)，使得在不同的增益模式下放大器的輸入阻抗能保持定值。另外，至少一預(yù)設(shè)的電阻性負(fù)反饋電路會(huì)連接在對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)裝置(Switch device)，用來(lái)依據(jù)不同的增益模式?jīng)Q定反饋信號(hào)是否會(huì)經(jīng)由該至少一預(yù)設(shè)的電阻性負(fù)反饋電路反饋至輸入端，以實(shí)現(xiàn)上述的功能。
在本發(fā)明中，我們還提出一差動(dòng)(Differential)放大器的技術(shù)特征，其是利用將本發(fā)明二個(gè)技術(shù)特征完全相同的放大器加以組合，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)模式(Differential Mode)下的放大器技術(shù)特征。本發(fā)明的差動(dòng)放大器亦具有固定的輸入阻抗，仍利用多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路及至少一對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)裝置，分別處理在不同的增益模式下的反饋信號(hào)，使得不同的增益模式下的差動(dòng)放大器的輸入阻抗能保持定值，并由在差動(dòng)模式的特性，使得本發(fā)明的差動(dòng)放大器具有不易受到干擾與產(chǎn)生干擾，以及較寬廣的頻率響應(yīng)等的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的目的為提供一種具有固定輸入阻抗的放大器(Amplifier)，其可工作在多個(gè)不同的增益(Gain)模式下。該放大器包含有一輸入端，用來(lái)接收一輸入信號(hào)；一增益電路，用來(lái)在不同的增益模式下將該輸入信號(hào)以一對(duì)應(yīng)的增益倍率加以放大；多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路(Resistive Negative FeedbackCircuit)，電連該輸入端及該增益電路，用來(lái)將該放大器的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值；以及一輸出端，用來(lái)輸出經(jīng)該增益電路放大后的輸入信號(hào)。
本發(fā)明的另一目的為提供一種用在一放大器(Amplifier)中，在多個(gè)不同的增益(Gain)模式下將該放大器的輸入阻抗保持固定的方法。該放大器包含一增益電路以及多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路。該方法包含有使用該增益電路將該放大器在不同的增益模式下切換；以及使用該多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路將該放大器的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值。
本發(fā)明的又一目的為提供一種具有固定輸入阻抗的差動(dòng)放大器(Differential Amplifier)，其可工作在多個(gè)不同的增益模式下。該差動(dòng)放大器包含有一正向輸入端，用來(lái)接收一正向輸入信號(hào)；一負(fù)向輸入端，用來(lái)接收一負(fù)向輸入信號(hào)；一正向放大器電路，電連在該正向輸入端，該正向放大器電路包含有一正向增益電路，用來(lái)在不同的增益模式下將一正向輸入信號(hào)以一對(duì)應(yīng)的增益倍率加以放大；以及多個(gè)電阻性正向負(fù)反饋電路(ResistiveNegative Feedback Circuit)，用來(lái)將該正向放大器電路的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值；以及一負(fù)向放大器電路，電連接到該負(fù)向輸入端，該負(fù)向放大器電路包含有一負(fù)向增益電路，用來(lái)在不同的增益模式下將一負(fù)向輸入信號(hào)以一對(duì)應(yīng)的增益倍率加以放大；以及多個(gè)電阻性負(fù)向負(fù)反饋電路，用來(lái)將該負(fù)向放大器電路的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值；一正向輸出端，電連接到該正向放大器電路，用來(lái)輸出經(jīng)處理后的該正向輸入信號(hào)；以及一負(fù)向輸出端，電連接到該負(fù)向放大器電路，用來(lái)輸出經(jīng)處理后的該負(fù)向輸入信號(hào)。


圖1為一無(wú)線通信系統(tǒng)的一接收器的功能方塊圖。
圖2為圖1公知低噪聲放大器的一實(shí)施例的功能方塊圖。
圖3為圖1公知低噪聲放大器的另一實(shí)施例的功能方塊圖。
圖4為一簡(jiǎn)易放大電路并同一電阻作為電阻式負(fù)反饋電路的示意圖。
圖5為本發(fā)明放大器的一實(shí)施例的示意圖。
圖6為本發(fā)明放大器的另一實(shí)施例的示意圖。
圖7為圖6實(shí)施例的一詳細(xì)實(shí)施例的示意圖。
圖8為圖7三偏壓的一實(shí)施例的列表。
圖9為本發(fā)明的一方法實(shí)施例的流程圖。
圖10為本發(fā)明差動(dòng)放大器的一實(shí)施例的功能方塊圖。
圖11為圖10差動(dòng)放大器的一詳細(xì)實(shí)施例的示意圖。
附圖符號(hào)說(shuō)明10接收器 12天線14濾波器 16低噪聲放大器18混頻裝置20本機(jī)振蕩發(fā)生器22信號(hào)處理模塊32、52、62、82、102輸入端34、64、84、104增益電路36、56、66、86、106輸出端38電感性負(fù)反饋電路40、110電阻性負(fù)反饋電路50簡(jiǎn)易放大電路60、80放大器67、87高增益電阻性負(fù)反饋電路68、108開(kāi)關(guān)裝置69、89低增益電阻性負(fù)反饋電路83第一開(kāi)關(guān)裝置85第二開(kāi)關(guān)裝置100差動(dòng)放大器
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖5，圖5為本發(fā)明放大器60的一實(shí)施例的示意圖。近似在圖2及圖3公知實(shí)施例，本發(fā)明實(shí)施例的放大器60包含一輸入端62、一增益電路64、及一輸出端66，并具有一輸入阻抗Zin3。輸入端62用來(lái)接收一輸入信號(hào)SI3，而增益電路64包含晶體管Q7-Q11及可調(diào)整的三偏壓(Bias)B4-B6，其基本的工作原理仍相似在圖2及圖3公知實(shí)施例中的增益電路64，因此，若對(duì)照?qǐng)D2實(shí)施例，則晶體管Q7-Q11分別對(duì)應(yīng)于晶體管Q1-Q5，而三偏壓B4-B6則分別對(duì)應(yīng)于B1-B3，都是用來(lái)將放大器60在多個(gè)不同的增益模式下進(jìn)行對(duì)應(yīng)的放大操作，將輸入端62接收到的輸入信號(hào)SI3以一對(duì)應(yīng)的增益倍率加以放大，最后再由輸出端66輸出經(jīng)該增益電路64放大后的輸入信號(hào)SI3。在本實(shí)施例中仍承襲公知實(shí)施例中兩種增益模式的設(shè)計(jì)高增益模式及低增益模式，當(dāng)偏壓B5大于偏壓B6，放大器60工作在高增益模式下，此時(shí)輸入信號(hào)SI3經(jīng)增益電路64中的晶體管Q7、Q8、Q10、Q11放大，并由輸出至輸出端66；當(dāng)偏壓B6大于偏壓B5，放大器60工作在低增益模式下，此時(shí)只有少部分的輸入信號(hào)SI3經(jīng)尺寸較小的晶體管Q10、Q11遞送至輸出端66，大部分的輸入信號(hào)SI3則經(jīng)晶體管Q7、Q9分流至一電壓源端VCC。因此，在本實(shí)施例中，高增益模式及低增益模式之間的切換仍利用偏壓B5與偏壓B6之間的大小關(guān)系決定。
由圖3公知技術(shù)可知，在每一增益模式下，一反饋信號(hào)會(huì)經(jīng)由至少一對(duì)應(yīng)的路徑反饋到該輸入端，對(duì)照本實(shí)施例中，本發(fā)明的放大器60包含有二電阻性負(fù)反饋電路，區(qū)分為一高增益電阻性負(fù)反饋電路67及一低增益電阻性負(fù)反饋電路69，且皆由一電阻電連一電容所實(shí)現(xiàn)(高增益電阻性負(fù)反饋電路67包含一電阻Rf1及一電容Cf1，低增益電阻性負(fù)反饋電路69包含一電阻Rf2及一電容Cf2)。由名稱(chēng)即可知，高增益電阻性負(fù)反饋電路67是主要用來(lái)處理在高增益模式下的反饋信號(hào)，而低增益電阻性負(fù)反饋電路69是主要用來(lái)處理在低增益模式下的反饋信號(hào)。若與公知圖3實(shí)施例相對(duì)照，高增益電阻性負(fù)反饋電路67則可對(duì)應(yīng)于圖3的電阻性負(fù)反饋電路。也就是說(shuō)，在高增益模式下，反饋信號(hào)主要經(jīng)由高增益電阻性負(fù)反饋電路67從輸出端66反饋到輸入端62，而在低增益模式下，反饋信號(hào)大部分會(huì)從電壓源端VCC，經(jīng)由低增益電阻性負(fù)反饋電路69反饋至輸入端62。此外，放大器60另包含一開(kāi)關(guān)裝置(Switch device)68，電連接到低增益電阻性負(fù)反饋電路69，如此一來(lái)，在實(shí)際實(shí)施時(shí)，在高增益模式下，將開(kāi)關(guān)裝置68斷開(kāi)(Open)，讓輸入端62信號(hào)不受低增益電阻性負(fù)反饋電路69(電阻Rf2及電容Cf2)的影響，完全經(jīng)由高增益電阻性負(fù)反饋電路67從輸出端66反饋到輸入端62。而在低增益模式下，由在大部分的輸入信號(hào)SI3會(huì)經(jīng)由晶體管Q7、Q9分流至電壓源端VCC，因此，為處理由電壓源端VCC反饋的信號(hào)，此時(shí)將開(kāi)關(guān)裝置68接通(Closed)，讓大部分的反饋信號(hào)由電壓源端VCC經(jīng)該低增益電阻性負(fù)反饋電路69反饋至輸入端62。如此一來(lái)，可經(jīng)由適當(dāng)設(shè)計(jì)電阻Rf2及電容Cf2的大小，使放大器60由輸入端62看進(jìn)去的輸入阻抗Zin3，無(wú)論在低增益模式抑或高增益模式下皆不改變，避免影響一前級(jí)濾波器的功能(請(qǐng)見(jiàn)圖1實(shí)施例)。
請(qǐng)注意，上述實(shí)施例中所使用的晶體管Q7-Q11的型式并不限定，可以為雙極結(jié)型晶體管(bipolar junction transistor，BJT)、金屬氧化物半導(dǎo)體(metal-oxide semiconductor，MOS)晶體管、甚至其他型式的晶體管。請(qǐng)參閱圖6，圖6為本發(fā)明放大器80的另一實(shí)施例的示意圖，各元件的功能及工作原理與圖5實(shí)施例幾乎完全相同，本實(shí)施例的放大器80亦包含一輸入端82(可用來(lái)接收一輸入信號(hào)SI3′)一增益電路84、及一輸出端86，除此之外，放大器80具有一輸入阻抗Zin3′。增益電路84是由晶體管Q7′-Q11′、可調(diào)整的三偏壓B4′-B6′、一高增益電阻性負(fù)反饋電路87(包含一電阻Rf1′及一電容Cr1′)、以及一低增益電阻性負(fù)反饋電路89(包含一電阻Rf2′及一電容Cr2′)構(gòu)成。本實(shí)施例與圖5實(shí)施例最大的差異處為，本實(shí)施例在二電阻性負(fù)反饋電路之處皆裝設(shè)有開(kāi)關(guān)裝置，一第一開(kāi)關(guān)裝置83電連接到高增益電阻性負(fù)反饋電路87，可利用一晶體管Q12配上一控制信號(hào)Ctr1實(shí)現(xiàn)，而一第二開(kāi)關(guān)裝置85則電連接到低增益電阻性負(fù)反饋電路89，可利用一晶體管Q13通過(guò)一控制信號(hào)Ctr2實(shí)現(xiàn)，與圖5對(duì)照，第二開(kāi)關(guān)裝置85的功能可等同在圖5實(shí)施例中的開(kāi)關(guān)裝置68。如此一來(lái)，在高增益模式下，斷開(kāi)第二開(kāi)關(guān)裝置85，接通第一開(kāi)關(guān)裝置83，讓反饋信號(hào)完全經(jīng)由高增益電阻性負(fù)反饋電路87從輸出端86反饋到輸入端82；相反，在低增益模式下，斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)裝置83，接通第二開(kāi)關(guān)裝置85，讓反饋信號(hào)完全經(jīng)由低增益電阻性負(fù)反饋電路89從一電壓源端VCC′反饋至輸入端82。同樣的，經(jīng)由適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)電阻Rf1′、電容Cf1′、電阻Rf2′、及電容Cf2′的大小，即可使放大器80的輸入阻抗Zin3′在低增益模式及高增益模式下皆保持不變。
事實(shí)上，增益模式的數(shù)目并不限定為高/低兩種，以圖6實(shí)施例而言，在實(shí)際實(shí)施時(shí)，可將偏壓B5′保持在一預(yù)設(shè)電壓值，只調(diào)整切換偏壓B6′使之高在、低在、或等同在偏壓B5′即可實(shí)現(xiàn)三種不同增益模式的切換。請(qǐng)見(jiàn)圖7，圖7為圖6實(shí)施例的一詳細(xì)實(shí)施例的示意圖。為強(qiáng)調(diào)依據(jù)所加偏壓的不同以實(shí)現(xiàn)三種不同增益模式的切換，圖7實(shí)施例揭露了可調(diào)整的三偏壓B4′-B6′的詳細(xì)電路，三偏壓B4′-B6′分別對(duì)應(yīng)于三偏壓裝置90、91、92。偏壓B5′被設(shè)定固定在一預(yù)設(shè)電壓值，該預(yù)設(shè)電壓值請(qǐng)參閱圖8，圖8為圖7三偏壓B4′-B6′的一實(shí)施例的列表。由圖8可知，偏壓B5′的預(yù)設(shè)電壓值設(shè)為1.6伏特(V)，而使用者可利用將偏壓B6′在一高電壓值(2.7V)及一接地電壓GND(0V)之間轉(zhuǎn)換，來(lái)將放大器80在低增益模式及高增益模式之間切換，若將偏壓B6′調(diào)整至完全與偏壓B5′相同(1.6V)，此時(shí)，輸入信號(hào)SI3中經(jīng)由晶體管Q10′、Q11′遞送至輸出端86與經(jīng)由電晶Q7′、Q9′傳送至電壓源端VCC′的量相當(dāng)接近，增益的倍率因此介在高增益模式與低增益模式之間，稱(chēng)之為一中間增益模式。此時(shí)可將第一開(kāi)關(guān)裝置83與第二開(kāi)關(guān)裝置85同時(shí)接通，使放大器80在該中間增益模式下的輸入阻抗Zin3′仍維持不變(與高/低增益模式下相同)，如此一來(lái)，放大器80可工作在三個(gè)不同的增益模式下(高、低、中間)仍維持固定的輸入阻抗Zin3′。由上可知，增益模式的數(shù)目并不限定，本發(fā)明的主要技術(shù)特征在在，利用多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路，并設(shè)置對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)裝置，分別設(shè)置在不同的增益模式下的反饋信號(hào)所行經(jīng)的多個(gè)路徑，如此一來(lái)，可利用操作這些電阻性負(fù)反饋電路與其對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)裝置，在每一特定的增益模式處理對(duì)應(yīng)的反饋信號(hào)，使得不同的增益模式下的放大器的輸入阻抗能保持定值。
請(qǐng)注意，上述圖5至圖7實(shí)施例的放大器主要應(yīng)用在一無(wú)線通信系統(tǒng)的接收器(Receiver)之中，作為一低噪聲放大器(Low Noise Amplifier)之用。綜上所述，本發(fā)明在多個(gè)不同的增益模式下將一放大器的輸入阻抗保持固定的方法可參閱圖9，圖9為本發(fā)明的一方法實(shí)施例的流程圖，其中該放大器中包含一輸入端、一增益電路、至少一開(kāi)關(guān)裝置、多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路、以及一輸出端。本發(fā)明的流程包含有下列步驟步驟100使用該輸入端接收一輸入信號(hào)；
步驟102使用增益電路在不同的增益模式下將輸入信號(hào)以一對(duì)應(yīng)的增益倍率加以放大；步驟104使用該多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路及至少一開(kāi)關(guān)裝置將放大器的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值。較詳細(xì)的說(shuō)明為操作該至少一開(kāi)關(guān)裝置，在不同的增益模式下，使一反饋信號(hào)經(jīng)由至少一對(duì)應(yīng)的電阻性負(fù)反饋電路反饋至輸入端，以使放大器的輸入阻抗不同的增益模式下保持定值；步驟106使用輸出端輸出經(jīng)增益電路放大后的輸入信號(hào)。
本發(fā)明的另一主要的技術(shù)特征即為一差動(dòng)(Differential)放大器的特性。本發(fā)明的差動(dòng)放大器即包含本發(fā)明前述的技術(shù)特征的兩個(gè)放大器(如圖5至圖7的實(shí)施例)，其中一個(gè)作為正向放大器電路，另一個(gè)即作為負(fù)向放大器電路，而真正的輸出信號(hào)即為兩個(gè)放大器輸出信號(hào)的差值。請(qǐng)參閱圖10，圖10為本發(fā)明差動(dòng)放大器100的一實(shí)施例的功能方塊圖。差動(dòng)放大器100包含一正向輸入端102P、一負(fù)向輸入端102N、一正向放大器電路100P、一負(fù)向放大器電路100N、一正向輸出端106P、以及一負(fù)向輸出端106N，差動(dòng)放大器100另包含一輸入阻抗ZinD。正向輸入端102P用來(lái)接收一正向輸入信號(hào)SIP，負(fù)向輸入端102N用來(lái)接收一負(fù)向輸入信號(hào)SIN，正向放大器電路100P電連接到正向輸入端102P，而負(fù)向放大器電路100N電連接到負(fù)向輸入端102N。最后，正向輸出端106P電連接到正向放大器電路100P，用來(lái)輸出經(jīng)正向放大器電路100P處理后的正向輸入信號(hào)SIP，而負(fù)向輸出端106N電連接到負(fù)向放大器電路100N，用來(lái)輸出經(jīng)負(fù)向放大器電路100N處理后的負(fù)向輸入信號(hào)SIN。實(shí)際上，若將正向輸入端102P、正向放大器電路100P、以及正向輸出端106P一同視之，即可等同在上述本發(fā)明的一放大器(如圖5至圖7中的任一實(shí)施例)，同理，負(fù)向輸入端102N、負(fù)向放大器電路100N、以及負(fù)向輸出端106N可合并視同本發(fā)明的一放大器。請(qǐng)參閱圖11，圖11為圖10差動(dòng)放大器100的一詳細(xì)實(shí)施例的示意圖，圖11的實(shí)施列即是將兩個(gè)圖6本發(fā)明的放大器80加以組合而成。該差動(dòng)放大器的差動(dòng)性能由正負(fù)向兩輸入信號(hào)的180度相位差的準(zhǔn)確性決定，如果輸入信號(hào)的180度相位不準(zhǔn)確，則形成的共模信號(hào)(Common mode signal)影響差動(dòng)特性。由圖可知，正向放大器電路100P包含有一正向增益電路104P、多個(gè)(二個(gè))電阻性正向負(fù)反饋電路110P、及多個(gè)(二個(gè))正向開(kāi)關(guān)裝置108P，正向增益電路104P用來(lái)在不同的增益模式下將正向輸入信號(hào)SIP以一對(duì)應(yīng)的增益倍率加以放大，而此多個(gè)電阻性正向負(fù)反饋電路110P及正向開(kāi)關(guān)裝置108P用來(lái)將正向放大器電路100P的輸入阻抗ZinP在不同的增益模式下保持定值，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)特征。負(fù)向放大器電路100N亦然，亦在一負(fù)向增益電路104N中，使用多個(gè)(二個(gè))電阻性負(fù)向負(fù)反饋電路110N將負(fù)向放大器電路100N的輸入阻抗ZinN在不同的增益模式下保持定值。
由前述可知，正向放大器電路100P及負(fù)向放大器電路100N皆可在不同的增益模式下分別具有固定的輸入阻抗，因此，我們可將正向放大器電路100P及負(fù)向放大器電路100P以?xún)蓚€(gè)完全相同的放大器實(shí)現(xiàn)，使兩者在不同的增益模式下具有相同的輸入阻抗(ZinP＝ZinN)。由在差動(dòng)放大器100的(整體)輸入阻抗ZinD是為正向放大器電路100P及負(fù)向放大器電路100N個(gè)別的輸入阻抗ZinP、ZinN的數(shù)學(xué)組合(Mathematical combination)，如此一來(lái)，差動(dòng)放大器100的(整體)輸入阻抗ZinD在不同的增益模式下則能維持固定不變，亦即，若差動(dòng)放大器100中的每一放大器皆具有本發(fā)明固定輸入阻抗的技術(shù)特征，則該差動(dòng)放大器100亦具有本發(fā)明的固定輸入阻抗ZinD的技術(shù)特征。此外，由在差動(dòng)放大器100是工作在差動(dòng)模式(Differential mode)下，因此較一般單模(Single-ended Mode)放大器(如前述圖5至圖7的實(shí)施例)具有許多額外的優(yōu)點(diǎn)，包含較不容易受到電磁干擾，也較不易干擾其他的電路，在接收器前端(Front-end)造成的IP2(2ndorder Interception Point)會(huì)比較小，進(jìn)而DC offset也可以減小，另外其頻率響應(yīng)也較一般單模放大器寬廣。本發(fā)明的差動(dòng)放大器可適用在一無(wú)線通信系統(tǒng)的接收器之中，作為一低噪聲差動(dòng)放大器(Low Noise Differential Amplifier)使用。
在本發(fā)明中，我們提出了一種具有固定輸入阻抗的放大器，其利用設(shè)置多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路及對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)裝置，以分別處理在不同的增益模式下行經(jīng)不同路徑的反饋信號(hào)，使得不同的增益模式下的放大器的輸入阻抗能夠維持定值，避免前級(jí)濾波器因阻抗不匹配而造成濾波響應(yīng)的失真。此外，為利用差動(dòng)模式下信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)，在本發(fā)明的實(shí)施例中，我們也提出了具有固定輸入阻抗的差動(dòng)放大器的設(shè)計(jì)，可滿足通信系統(tǒng)中不同應(yīng)用的需求。
上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所進(jìn)行的等效變化與修改，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有固定輸入阻抗的放大器，其可工作在多個(gè)不同的增益模式下，該放大器包含有一輸入端，用來(lái)接收一輸入信號(hào)；一增益電路，用來(lái)在不同的增益模式下將該輸入信號(hào)以一對(duì)應(yīng)的增益倍率加以放大；多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路，電連接到該輸入端及該增益電路，用來(lái)將該放大器的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值；以及一輸出端，用來(lái)輸出經(jīng)該增益電路放大后的輸入信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1的放大器，其中在每一增益模式下，一反饋信號(hào)經(jīng)由至少一對(duì)應(yīng)的電阻性負(fù)反饋電路反饋到該輸入端，使該放大器的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值。
3.如權(quán)利要求2的放大器，其另包含一至少開(kāi)關(guān)裝置，電連接到至少一預(yù)設(shè)的電阻性負(fù)反饋電路，用來(lái)依據(jù)不同的增益模式?jīng)Q定該反饋信號(hào)是否經(jīng)由該至少一預(yù)設(shè)的電阻性負(fù)反饋電路及反饋至該輸入端。
4.如權(quán)利要求1的放大器，其中該增益電路包含多個(gè)雙極結(jié)型晶體管或多個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
5.如權(quán)利要求1的放大器，其中該多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路是為一電阻和電容連接的電路。
6.如權(quán)利要求1的放大器，其為一低噪聲放大器。
7.如權(quán)利要求6的放大器，其是應(yīng)用在一無(wú)線通信系統(tǒng)的接收器之中。
8.一種用在一放大器中，在多個(gè)不同的增益模式下將該放大器的輸入阻抗保持固定的方法，該放大器包含一增益電路以及多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路，該方法包含有使用該增益電路將該放大器在不同的增益模式下切換；以及使用該多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路將該放大器的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該放大器另包含一輸入端及一輸出端，該方法另包含有使用該輸入端接收一輸入信號(hào)；使用該增益電路在不同的增益模式下將該輸入信號(hào)以一對(duì)應(yīng)的增益倍率加以放大；在不同的增益模式下使一反饋信號(hào)經(jīng)由至少一對(duì)應(yīng)的電阻性負(fù)反饋電路反饋至該輸入端，以使該放大器的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值，其中該反饋信號(hào)是相關(guān)在該輸入信號(hào)；以及使用該輸出端輸出經(jīng)該增益電路放大后的該輸入信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該放大器另包含一開(kāi)關(guān)裝置，電連接到一預(yù)設(shè)的電阻性負(fù)反饋電路，該方法另包含有依據(jù)不同的增益模式導(dǎo)通或關(guān)斷該開(kāi)關(guān)裝置，以決定該反饋信號(hào)是否經(jīng)由該預(yù)設(shè)的電阻性負(fù)反饋電路反饋至該輸入端。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該放大器另包含多個(gè)開(kāi)關(guān)裝置，分別電連接到該多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路，每一開(kāi)關(guān)裝置是對(duì)應(yīng)在一電阻性負(fù)反饋電路，該方法另包含在每一增益模式下導(dǎo)通至少一開(kāi)關(guān)裝置，使該反饋信號(hào)經(jīng)由該對(duì)應(yīng)的電阻性負(fù)反饋電路反饋至該輸入端。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路是為一電阻和電容連接的電路。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該放大器是為一低噪聲放大器。
14.一種具有固定輸入阻抗的差動(dòng)放大器，其可工作在多個(gè)不同的增益模式下，該差動(dòng)放大器包含有一正向輸入端，用來(lái)接收一正向輸入信號(hào)；一負(fù)向輸入端，用來(lái)接收一負(fù)向輸入信號(hào)；一正向放大器電路，電連接到該正向輸入端，該正向放大器電路包含有一正向增益電路，用來(lái)在不同的增益模式下將一正向輸入信號(hào)以一對(duì)應(yīng)的增益倍率加以放大；以及多個(gè)電阻性正向負(fù)反饋電路，用來(lái)將該正向放大器電路的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值；以及一負(fù)向放大電路，電路在該負(fù)向輸入端，該負(fù)向放大器電路包含有一負(fù)向增益電路，用來(lái)在不同的增益模式下將一負(fù)向輸入信號(hào)以一對(duì)應(yīng)的增益倍率加以放大；以及多個(gè)電阻性負(fù)向負(fù)反饋電路，用來(lái)將該負(fù)向放大器電路的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值；一正向輸出端，電連接到該正向放大器電路，用來(lái)輸出經(jīng)處理后的該正向輸入信號(hào)；以及一負(fù)向輸出端，電連接到該負(fù)向放大器電路，用來(lái)輸出經(jīng)處理后的該負(fù)向輸入信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14的差動(dòng)放大器，其中該正向放大器電路及該負(fù)向放大器電路具有相同的輸入阻抗，且該差動(dòng)放大器的輸入阻抗是為該正向放大器電路及該負(fù)向放大器電路的輸入阻抗的數(shù)學(xué)組合。
16.如權(quán)利要求14的差動(dòng)放大器，其中在每一增益模式下，在該正向放大器電路中，一正向反饋信號(hào)會(huì)經(jīng)由至少一對(duì)應(yīng)的電阻性正向負(fù)反饋電路反饋至該正向輸入端，使該正向放大器電路的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值。
17.如權(quán)利要求16的差動(dòng)放大器，其中該正向放大器是電路另包含至少一開(kāi)關(guān)裝置，電連接到至少一預(yù)設(shè)的電阻性正向負(fù)反饋電路，用來(lái)依據(jù)不同的增益模式?jīng)Q定該正向反饋信號(hào)是否經(jīng)由該至少一預(yù)設(shè)電阻性正向負(fù)反饋電路反饋至該正向輸入端。
18.如權(quán)利要求16的差動(dòng)放大器，其中在該正向放大器電路中，該多個(gè)電阻性正向負(fù)反饋電路是為一電阻和電容連接的電路。
19.如權(quán)利要求14的差動(dòng)放大器，其中在每一增益模式下，在該負(fù)向放大器電路中，一負(fù)向反饋信號(hào)會(huì)經(jīng)由至少一對(duì)應(yīng)的電阻性負(fù)向負(fù)反饋電路反饋至該負(fù)向輸入端，使該負(fù)向放大器電路的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值。
20.如權(quán)利要求19的差動(dòng)放大器，其中該負(fù)向放大器電路另包含至少一開(kāi)關(guān)裝置，電連接到至少一預(yù)設(shè)的電阻性負(fù)向負(fù)反饋電路，用來(lái)依據(jù)不同的增益模式?jīng)Q定該負(fù)向反饋信號(hào)是否經(jīng)由該至少一預(yù)設(shè)的電阻性負(fù)向負(fù)反饋電路反饋至該負(fù)向輸入端。
21.如權(quán)利要求19的差動(dòng)放大器，其中在該負(fù)向放大器電路中，該多個(gè)電阻性負(fù)向負(fù)反饋電路是為一電阻和電容連接的電路。
22.如權(quán)利要求14的差動(dòng)放大器，其是為一低噪聲差動(dòng)放大器，可適用在一無(wú)線通信系統(tǒng)的接收器之中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有固定輸入阻抗的放大器，其可工作在多個(gè)不同的增益模式下。該放大器包含有一輸入端，用來(lái)接收一輸入信號(hào)；一增益電路，用來(lái)在不同的增益模式下將該輸入信號(hào)以一對(duì)應(yīng)的增益倍率加以放大；多個(gè)電阻性負(fù)反饋電路，電連接到該輸入端及該增益電路，用來(lái)將該放大器的輸入阻抗在不同的增益模式下保持定值；以及一輸出端，用來(lái)輸出經(jīng)該增益電路放大后的輸入信號(hào)。
文檔編號(hào)H03F1/00GK1567715SQ03141138
公開(kāi)日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者葉恩祥 申請(qǐng)人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司