專利名稱：多級放大器的級間耦合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多級放大器，更具體的是涉及帶有改進(jìn)型級間耦合的高頻多級放大器。
背景技術(shù)：
多級放大器可以用于各種應(yīng)用，包括光通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)，在此僅列舉一二。在多級放大器中，一個增益級會對其前級產(chǎn)生不良的影響。這將導(dǎo)致總放大器性能下降，從而造成輸出參數(shù)(例如頻率響應(yīng)和傳輸特性)的干擾。
例如，一個多級放大器可以有一個包括一雙極性晶體管的差分對的增益級。該差分對可能有輸入阻抗的有效電容元件。因為該電容元件在高頻處起主導(dǎo)作用，將影響差分對之前的緩沖器的性能。緩沖器通常對負(fù)載輸入阻抗的電容元件尤為敏感。該電容元件能在增益級的頻率響應(yīng)曲線圖上產(chǎn)生不期望的尖峰。該不期望的尖峰會導(dǎo)致傳輸特性中峰-峰脈沖幅度多達(dá)10％的過度向上過沖和向下過沖。
因此本領(lǐng)域就需要有一種帶改進(jìn)型級間耦合的多級放大器來克服上述多級放大器中一個增益級對其前增益級的產(chǎn)生不良影響的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一種多級放大器包括一個有一個第一輸入端和一個第一輸出端的第一增益級；和一個有一個第一輸入端的第二增益級。一個第一級間電阻性元件，該第一級間電阻性元件與第一增益級的第一輸出端和第二增益級的第一輸入端相串連。
本發(fā)明的另一方面提供了一種多級放大器的增益級，該增益級包括一個有一個第一晶體管和一個第二晶體管的差分對。一個連接于第一晶體管的第一端和控制端之間的第一反饋路徑。該第一反饋路徑提供一個第一反饋信號給第一晶體管的控制端，該第一反饋信號表示第一晶體管的第一端的第一信號電平。一個連接于第二晶體管的第一端和控制端之間的第二反饋路徑。該第二反饋路徑提供一個第二反饋信號給第二晶體管的控制端，該第二反饋信號表示第二晶體管的第一端的第二信號電平。
本發(fā)明的再一方面還提供了一種多級放大器的增益級，該增益級包括一差分對；和一個與該差分對的每個晶體管的第一端和控制端相連的反饋路徑。該反饋路徑提供一個表示第一端信號的反饋信號給控制端。
本發(fā)明的再一方面還提供了一種減小多級放大器的差分級輸入阻抗的虛部對其前增益級影響的方法。本發(fā)明的方法包括步驟監(jiān)控差分對的每個晶體管的第一端的信號；提供一個反饋信號給差分對的每個晶體管的控制端；和根據(jù)反饋信號調(diào)節(jié)每個晶體管的第一端的信號。


圖1所示為本發(fā)明的有一個第一增益級和一個第二增益級、并在級間有一個級間電阻性元件的多級放大器的示范性實施例的框圖；圖2所示為可以作為圖1中的第一增益級的一個單獨增益級的示范性電路圖；圖3所示為圖2中的增益級的輸入阻抗的實部和虛部的示范性曲線圖；圖4所示為圖2中電路的頻率-增益的示范性曲線圖，其中在高頻處有一個增益的平滑下降；和圖5所示為圖2中電路的傳輸特性的示范性曲線圖。
具體實施例方式
圖1所示為有多個增益級102a、102b的多級放大器100的框圖。盡管圖中只示出兩個增益級102a、102b，可以知道本發(fā)明的多級放大器可以有任何數(shù)目的增益級。通常，多級放大器100接收來自一對輸入端130、132的一個輸入信號，并在第二增益級102b的一對輸出端110、112輸出一個放大的輸出信號。第一增益級還可以包括一個或多個輸入引腳190、192和一個或多個輸出引腳194、196。多級放大器100可以采用包括雙極互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(BiCMOS)工藝在內(nèi)的各種半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝制造在一塊集成電路上。
第一增益級102a通常包括一差分對114a、一個第一反饋路徑116a、一個第二反饋路徑118a、一個第一緩沖器120a和一個第二緩沖器122a。一個第一級間電阻性元件(例如電阻R3A)和一個第二級間電阻性元件(例如，電阻R5A)可以連接于第一增益級102a的輸入引腳190、192。通常，來自輸入信號源或前增益級的輸入信號通過第一和第二級間電阻性元件R3A和R5A傳送至第一增益級102a的輸入引腳190、192。第一增益級102a放大該輸入信號并在第一和第二緩沖器120a、122a的輸出處(例如，第一增益級102a的輸入引腳194、196)產(chǎn)生一個第一增益級輸出信號。
差分對114a包括一對由直流電流源140a偏置的晶體管Q1A、Q2A和電阻R1A、R2A。晶體管對Q1A、Q2A可以是本領(lǐng)域熟知的各種類型。在一個示范性的實施例中，晶體管對Q1A、Q2A為共發(fā)射極的雙極性NPN型晶體管。NPN型晶體管Q1A的控制端，即基極可以與第一增益級102a的輸入引腳190相連。輸入引腳190還可以與第一級間電阻性元件(例如電阻R3A)相連，該第一級間電阻性元件與多級放大器100的輸入引腳130相連。
同樣，NPN型晶體管Q2A的控制端，即基極可以與第一增益級102a的另一個輸入引腳192相連。輸入引腳192還可以與第二級間電阻性元件(例如電阻R5A)相連，該第二級間電阻性元件與多級放大器100的輸入引腳132相連。第一和第二級間電阻性元件可以是多個本領(lǐng)域熟知的電阻性元件或電阻的組合，來達(dá)到一個與單個電阻R3A和R5A相等效串連電阻。電阻R3A和R5A的阻值決定第一增益級102a的輸入信號的電流值。
晶體管Q1A的集電極與第一緩沖器120a相連。同樣，晶體管Q2A的集電極與第二緩沖器122a相連。第一增益級102a的第一增益輸出信號可以分別在第一緩沖器120a或第二緩沖器122a的輸出引腳194、196產(chǎn)生。
有利的是，第一增益級102a有一個在此所述的第一反饋路徑116a和一個第二反饋路徑118a分別來提供反饋信號給每個晶體管Q1A、Q2A，該反饋信號分別表示每個晶體管Q1A、Q2A的集電極信號。第一反饋路徑116a提供一個從晶體管Q1A的集電極到晶體管Q1A的基極的路徑。該第一反饋路徑116a可以包括一個與第一電阻性元件(例如電阻R4A)相串連的第一檢測元件143a。該第一檢測元件143a可以為一個有源檢測元件，例如晶體管Q3A。所示的晶體管Q3A可以是一個NPN型雙極性晶體管，其控制端，即基極與晶體管Q1A的集電極相連，發(fā)射極通過電阻R4A與晶體管Q1A的基極相連，且集電極與電壓Vcc相連。電阻R4A的阻值可以部分的基于晶體管Q1A和Q3A來選擇，從而得到晶體管Q1A基極的反饋信號的期望電流電平。
同樣，第一增益級102a的第二反饋路徑118a提供一個反饋信號給差分對114a的另一個晶體管Q2A的控制端。該第二反饋路徑116a可以包括一個與第二電阻性元件(例如電阻R6A)相串連的第二檢測元件145a。所示的晶體管Q4A可以是一個NPN型雙極性晶體管，其控制端，即基極與晶體管Q2A的集電極相連，發(fā)射極通過電阻R6A與晶體管Q2A的基極相連，且集電極與電壓Vcc相連。電阻R6A的阻值可以部分的根據(jù)晶體管Q2A和Q4A來選擇，從而得到晶體管Q2A基極的反饋信號的期望電流電平。
第二增益級102b可以與第一增益級102a有相似的結(jié)構(gòu)。即，第二增益級102b可以有一個第一反饋路徑116b和一個第二反饋路徑118b分別給差分對114b的每個晶體管Q1B、Q2B提供本地反饋。第二增益級102b還可以包括一個第一級間電阻性元件(例如電阻R3B)和一個第二級間電阻性元件(例如電阻R5B)。電阻R3B和R5B可以串連于第一增益級102a的緩沖器120a、122a的輸出和第二增益級102b的晶體管Q1B和Q2B的控制端之間，從而控制級間耦合電流。
工作中，第一增益級102a接收到輸入引腳190、192的輸入信號。輸入信號的電流電平取決于第一和第二級間電阻性元件(例如R3A、R5A)的阻值。該信號接著被發(fā)送至差分對114a的晶體管對Q1A、Q2A的控制端。反饋路徑116a、118a提供一個表示晶體管Q1A、Q2A的集電極信號的反饋信號給晶體管Q1A、Q2A的基極。
如此，由于引腳190、192的輸入信號與分別來自晶體管Q1A和Q2A的反饋路徑116a、118a的反饋信號疊加，從而產(chǎn)生并聯(lián)反饋。該類型的反饋減小了多級放大器100的輸入阻抗，在反饋輸入信號增大時就變小為直至零。因此，反饋路徑116a、118a使增益級102a的輸入阻抗的虛部在一個很廣的頻率范圍內(nèi)(例如，從0到10G赫茲)保持在零左右。這進(jìn)一步保證多級放大器100的增益級不會對其前增益級的性能產(chǎn)生不良影響。例如，第二增益級102b和第一增益級102a工作相似，從而第二增益級102b不會對有緩沖器120a、122a的第一增益級的性能產(chǎn)生不良影響。第二增益級102b和第一增益級102a之間的級間電阻性元件(例如電阻R3B和R5B)決定了輸入阻抗的實部。無源電阻R3B和R5B的阻抗都有一個很小的虛部。
圖2所示為采用圖1中的第一增益級102a的示范性電路圖。為清楚起見，圖2中相似的部件與圖1中第一增益級102a標(biāo)號相同。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道圖2所示的示范性電路圖可以應(yīng)用于任何增益級。
增益級102a的差分對114a包括由直流偏置部分140a提供偏置的晶體管對Q1A、Q2A，和電阻R1A、R2A。直流偏置部分140a包括共基極的晶體管Q5、Q6。Q5的發(fā)射極與電阻R7相連，Q6的發(fā)射極與電阻R8相連。晶體管Q6的集電極與每個晶體管Q1A、Q2A的發(fā)射極相連，從而給差分對114a提供直流偏置。
第一反饋路徑116a包括晶體管Q3A和電阻R4A，從而提供表示晶體管Q1A的集電極信號的反饋信號給晶體管Q1A的基極。同樣，第二反饋路徑118a包括晶體管Q4A和電阻R6A，從而提供表示晶體管Q2A的集電極信號的反饋信號給晶體管Q2A的基極。
差分對114a的第一晶體管Q1A的集電極可以與第一緩沖器120a相連。第一緩沖器120a包括晶體管Q7，其發(fā)射極與電阻R9相連，從而構(gòu)成一個射極跟隨器電路。該射極跟隨器電路的輸出進(jìn)一步與晶體管Q8和電阻R10構(gòu)成的射極跟隨器電路相連。輸出引腳Out 1與晶體管Q8和電阻R10構(gòu)成的射極跟隨器電路的輸出相連。
同樣，差分對114a的另一個晶體管Q2A的集電極可以與第二緩沖器122a相連。第二緩沖器122a包括晶體管Q9，其發(fā)射極與電阻R11相連，從而構(gòu)成一個射極跟隨器電路。射極跟隨器電路的輸出進(jìn)一步與晶體管Q10和電阻R12構(gòu)成的射極跟隨器電路相連。輸出引腳Out 2與晶體管Q10和電阻R12構(gòu)成的射極跟隨器電路的輸出相連。
圖3所示為圖2中的單個增益級102a的輸入阻抗的實部302和虛部304的示范曲線圖。實部302在0至2G赫茲的頻率范圍內(nèi)約為570歐姆。實部在10G赫茲處上升為674歐姆，在20G赫茲處下降為600歐姆。有利的是，虛部304的曲線圖在0至10G赫茲的很大頻率范圍內(nèi)都約為零歐姆。如此，虛部304可被看成為零歐姆左右。這樣在增益級102之前的任何緩沖器都不會受到差分對114a的輸入阻抗的虛部的不良影響。另外，實部302也被看成另外一個不同的常數(shù)值，例如在該例中約為570歐姆。
圖4所示為兩個不同的仿真狀況下頻率響應(yīng)的示范性曲線圖402、404。第一示范曲線圖402表示一個示范性的單個增益級(例如圖2的增益級102a)的頻率響應(yīng)。在此情況下，曲線圖402在大于等于8G赫茲的頻率范圍處有一個平滑的下降。
第二示范曲線圖404表示兩個增益級放大器100的示范性增益級102a的頻率響應(yīng)。該放大器100包括兩個相同的增益級102a、102b；第一和第二本地反饋路徑116b、118b，而不會對前增益級102a產(chǎn)生不良影響。在該例中，示范曲線圖404在大于等于8G赫茲的頻率范圍處也有一個平滑的下降。
圖4所示的曲線圖404在大于等于8G赫茲頻率范圍處平滑的下降得到圖5所示的示范性傳輸特性。有利的是，圖5所示的示范曲線圖500有一個僅為1％峰-峰脈沖幅度的包括向上過沖502和向下過沖504部分的脈沖波形。
在此所述的實施例只是采用本發(fā)明的其中幾個，但并不受限于本發(fā)明。顯而易見，還存在其它本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解的并不脫離權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍的實施例。
權(quán)利要求
1.一種多級放大器包括一個包括一個第一輸入端和一個第一輸出端的第一增益級；一個包括一個第一輸入端的第二增益級；一個第一級間電阻性元件，所述第一級間電阻性元件與所述第一增益級的所述第一輸出端和所述第二增益級的所述第一輸入端相串連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級放大器，其中所述第一級間電阻性元件包括一個電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級放大器，其中所述第一增益級還包括一個第二輸入端和一個第二輸出端，所述第二增益級包括一個第二輸入端，且所述多級放大器還包括一個第二電阻性元件，所述第二電阻性元件與所述第一增益級的所述第二輸出端和所述第二增益級的所述第二輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級放大器，其中所述第二增益級包括一個包括一個第一晶體管和一個第二晶體管的差分對；一個連接于所述第一晶體管的第一端和控制端之間的第一反饋路徑；所述第一反饋路徑提供一個第一反饋信號給所述第一晶體管的所述控制端，所述第一反饋信號表示所述第一晶體管的所述第一端的第一信號電平；和一個連接于所述第二晶體管的第一端和控制端之間的第二反饋路徑；所述第二反饋路徑提供一個第二反饋信號給所述第二晶體管的所述控制端，所述第二反饋信號表示所述第二晶體管的所述第一端的第二信號電平。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多級放大器，其中所述第一晶體管和所述第二晶體管為雙極性晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多級放大器，其中所述第一晶體管和所述第二晶體管為NPN型雙極性晶體管，且所述第一晶體管和所述第二晶體管的第一端為集電極，所述第一晶體管和所述第二晶體管的控制端為基極。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多級放大器，其中所述第一反饋路徑還包括一個與所述第一晶體管的所述第一端相連的第一檢測元件，所述第一檢測元件檢測所述第一晶體管的所述第一端的所述第一信號電平，且所述第二反饋路徑還包括一個與所述第二晶體管的所述第一端相連的第二檢測元件，所述第二檢測元件檢測所述第二晶體管的所述第一端的所述第二信號電平。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多級放大器，其中所述第一反饋路徑包括一個與所述第一晶體管的所述控制端相串連的一個第一反饋電阻性元件，所述第二反饋路徑包括一個與所述第二晶體管的所述控制端相串連的一個第二反饋電阻性元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多級放大器，其中所述第一檢測元件包括一個第一檢測晶體管，所述第一檢測晶體管有一個與所述第一晶體管的所述第一端相連的控制端和一個與所述第一反饋電阻性元件相連的第一端；所述第二檢測元件包括一個第二檢測晶體管，所述第二檢測晶體管有一個與所述第二晶體管的所述第一端相連的控制端和一個與所述第二反饋電阻性元件相連的第一端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多級放大器，其中所述第一檢測晶體管為一個NPN型雙極性晶體管，所述第一檢測晶體管的所述控制端為基極，所述第一檢測晶體管的所述第一端為發(fā)射極，其中所述第二檢測晶體管為一個NPN型雙極性晶體管，所述第二檢測晶體管的所述控制端為基極，所述第二檢測晶體管的所述第一端為發(fā)射極。
11.一種多級放大器的增益級，包括一個包括一個第一晶體管和一個第二晶體管的差分對；一個連接于所述第一晶體管的第一端和控制端之間的第一反饋路徑；所述第一反饋路徑提供一個第一反饋信號給所述第一晶體管的所述控制端，所述第一反饋信號表示所述第一晶體管的所述第一端的第一信號電平；和一個連接于所述第二晶體管的第一端和控制端之間的第二反饋路徑；所述第二反饋路徑提供一個第二反饋信號給所述第二晶體管的所述控制端，所述第二反饋信號表示所述第二晶體管的所述第一端的第二信號電平。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的增益級，其中所述第一晶體管和所述第二晶體管為雙極性晶體管。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的增益級，其中所述第一晶體管和所述第二晶體管為NPN型雙極性晶體管，且所述第一晶體管和所述第二晶體管的第一端為集電極，所述第一晶體管和所述第二晶體管的控制端為基極。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的增益級，其中所述第一反饋路徑還包括一個與所述第一晶體管的所述第一端相連的第一檢測元件，所述第一檢測元件檢測所述第一晶體管的所述第一端的所述第一信號電平，且所述第二反饋路徑還包括一個與所述第二晶體管的所述第一端相連的第二檢測元件，所述第二檢測元件檢測所述第二晶體管的所述第一端的所述第二信號電平。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的增益級，其中所述第一反饋路徑包括一個與所述第一晶體管的所述控制端相串連的一個第一反饋電阻性元件，所述第二反饋路徑包括一個與所述第二晶體管的所述控制端相串連的一個第二反饋電阻性元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的增益級，其中所述第一檢測元件包括一個第一檢測晶體管，所述第一檢測晶體管有一個與所述第一晶體管的所述第一端相連的控制端和一個與所述第一反饋電阻性元件相連的第一端；所述第二檢測元件包括一個第二檢測晶體管，所述第二檢測晶體管有一個與所述第二晶體管的所述第一端相連的控制端和一個與所述第二反饋電阻性元件相連的第一端。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的增益級，其中所述第一檢測晶體管為一個NPN型雙極性晶體管，所述第一檢測晶體管的所述控制端為基極，所述第一檢測晶體管的所述第一端為發(fā)射極，其中所述第二檢測晶體管為一個NPN型雙極性晶體管，所述第二檢測晶體管的所述控制端為基極，所述第二檢測晶體管的所述第一端為發(fā)射極。
18.一種多級放大器的增益級，包括一個差分對；和一個與所述差分對的每個晶體管的第一端和控制端相連的反饋路徑，所述反饋路徑提供一個表示所述第一端信號的反饋信號給所述控制端。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的增益級，還包括一個與所述晶體管對中的至少一個的控制端相串連的第一級間電阻性元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的增益級，其中所述第一級間電阻性元件包括一個電阻。
21.一種減小多級放大器的差分級輸入阻抗的虛部對其前增益級影響的方法，所述方法包括步驟監(jiān)控所述差分對的每個晶體管的第一端的信號；提供一個反饋信號給所述差分對的每個所述晶體管的控制端；和根據(jù)所述反饋信號調(diào)節(jié)每個所述晶體管的所述第一端的所述信號。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括步驟把一個級間電阻性元件與所述差分對的所述每個晶體管的所述控制端相串連。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述級間電阻性元件包括一個電阻。
全文摘要
一種多級放大器包括有一個第一輸入端和一個第一輸出端的第一增益級；和一個有一個第一輸入端的第二增益級。一個第一級間電阻性元件與第一增益級的第一輸出端和第二增益級的第一輸入端相串連，從而減小一個增益級對前增益級產(chǎn)生的不良影響。該多級放大器還包括一個差分對，其帶有差分對的每個晶體管的本地反饋路徑。該本地反饋路徑使得差分放大器的輸入阻抗的虛部穩(wěn)定。該穩(wěn)定能幫助減小一個增益級對其前增益級產(chǎn)生的不良影響。
文檔編號H03F3/68GK1523752SQ20041000556
公開日2004年8月25日 申請日期2004年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月18日
發(fā)明者弗拉基米爾·普里阿尼許尼柯夫, 亞歷山大·克爾道諾夫, 奧萊格·克比爾德基諾夫, 克比爾德基諾夫, 大 克爾道諾夫, 弗拉基米爾 普里阿尼許尼柯夫 申請人:美國凹凸微系有限公司