專利名稱：用于射頻放大器的電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及集成電路，尤其涉及射頻(RF)放大器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)RF放大器集成電路具有有限帶寬和由于高輸入電阻和電容導(dǎo)致的熱噪聲性 能。從而，需要用于RF放大器集成電路的新電路和方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明公開了一種使用晶體管偏置射頻放大器的方法，包 括將基板偏壓施加至所述晶體管的基板；將源極偏壓施加至所述晶體管的源極，正向偏置由所述晶體管的所述源極和所述 基板形成的第一二極管；將漏極偏壓施加至所述晶體管的漏極，反向偏置由所述晶體管的所述漏極和所述 基板形成的第二二極管；以及將射頻輸入信號施加至所述晶體管的柵極。根據(jù)本發(fā)明的方法，進(jìn)一步包括將所述源極偏壓耦合至接地電壓，其中，所述基板 具有P-型摻雜，所述源極具有η-型摻雜，以及所述漏極具有Π-型摻雜。
根據(jù)本發(fā)明的方法，進(jìn)一步包括將所述漏極偏壓耦合至電源電壓。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，所述基板偏壓的值在所述源極偏壓和所述漏極偏壓之 間。根據(jù)本發(fā)明的方法，進(jìn)一步包括將所述柵極耦合至基本等于所述晶體管的亞閾值 電壓的直流電壓。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，將所述基板偏壓施加至所述基板包括經(jīng)過電流源電路 將偏置電流提供給所述基板。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，將所述基板偏壓施加至所述基板包括經(jīng)過電流鏡電路 將偏置電流提供給所述基板。根據(jù)本發(fā)明的一種射頻放大器電路，包括晶體管，包括基板，所述基板能夠承受基板偏壓；所述晶體管的源極，所述源極能夠承受源極偏壓；所述晶體管的漏極，所述漏極能夠承受漏極偏壓；以及
所述晶體管的柵極，位于所述源極和所述漏極之間，其中，射頻輸入信號耦合至所 述柵極；以及基板偏置電路，與所述晶體管耦合，所述基板偏置電路提供所述基板偏壓，其中， 所述基板偏壓和所述源極偏壓正向偏置由所述源極和所述基板形成的第一二極管，以及所 述基板偏壓和所述漏極偏壓反向偏置由所述漏極和所述基板形成的第二二極管。根據(jù)本發(fā)明的電路，其中，所述基板具有P-型摻雜，所述源極具有η-型摻雜，以及 所述漏極具有η-型摻雜。根據(jù)本發(fā)明的電路，其中，所述源極偏壓為接地電壓。根據(jù)本發(fā)明的電路，其中，所述漏極偏壓為電源電壓。根據(jù)本發(fā)明的電路，其中，所述基板偏壓的值在所述源極偏壓和所述漏極偏壓之 間。根據(jù)本發(fā)明的電路，其中，所述柵極耦合至基本等于所述晶體管的亞閾值電壓的 直流電壓。根據(jù)本發(fā)明的電路，其中，所述基板偏置電路包括給所述基板提供偏置電流的電 流源電路。根據(jù)本發(fā)明的電路，其中，所述基板偏置電路包括給所述基板提供偏置電流的電 流鏡電路。根據(jù)本發(fā)明的一種使用η-型MOSFET偏置射頻放大器的方法，包括將源極偏壓施加至所述η-型MOSFET的源極，正向偏置由所述η_型MOSFET的所 述源極和基板形成的第一二極管；將漏極偏壓施加至所述η-型MOSFET的漏極，反向偏置由所述漏極和所述基板形 成的第二二極管；將基板偏壓施加至所述基板，其中，所述基板偏壓的值在所述源極偏壓和所述漏 極偏壓之間；以及將射頻輸入信號施加至所述η-型MOSFET的柵極。根據(jù)本發(fā)明的方法，進(jìn)一步包括將所述漏極偏壓耦合至電源電壓。根據(jù)本發(fā)明的方法，進(jìn)一步包括將所述柵極耦合至基本等于所述η-型MOSFET的 亞閾值電壓的直流電壓。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，將所述基板偏壓施加至所述基板包括經(jīng)過電流源電路 將偏置電流注入所述基板。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，將所述基板偏壓施加至所述基板包括經(jīng)過電流鏡電路 將偏置電流注入所述基板。根據(jù)本發(fā)明的方法和電路，避免了傳統(tǒng)RF放大器集成電路具有有限帶寬和由于 高輸入電阻和電容導(dǎo)致的熱噪聲性能的缺陷。


為了更好地理解本公開及其優(yōu)點，現(xiàn)在結(jié)合附圖進(jìn)行以下描述作為參考，其中圖1示出RF放大器電路的一個實施例；圖2示出RF放大器電路的另一實施例；以及4
圖3示出RF放大器電路的還有的另一實施例。
具體實施例方式以下詳細(xì)描述當(dāng)前優(yōu)選實施例的制造和使用。然而，應(yīng)該明白，本發(fā)明提供可以在 多種特定環(huán)境下具體化的多種可應(yīng)用發(fā)明思想。所述特定實施例僅表示制造和使用本發(fā)明 的特定方式，并且不限制本發(fā)明的范圍。提供了射頻(RF)放大器電路。貫穿本發(fā)明的多種視圖和示意性實施例，相同的參 考標(biāo)號用于指定相同的元件。為了簡化說明，在附圖中，根據(jù)一個或多個實施例，一些電路 符號被描述為RF放大器的典型結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域任何技術(shù)人員都應(yīng)該想到，所描述的這些電路 符號僅是示意性的并且不用于示出由這些電路符號表示的電氣組件或元件的實際位置。圖1示出RF放大器電路的一個實施例。RF放大器電路(例如，M0SFETRF放大器 電路100)包括M0SFET的源極102、M0SFET的漏極104、基板106、以及MOSFET的柵極112， 其中，柵極112連接至RF輸入信號120。在該實施例中，基板偏置電路115可以包括電壓 源116和偏置電阻器118?；迤秒娐?15可以提供用于基板106的基板偏壓。在圖1 中，示出了隔離件(spacer) 113、柵極介電層114、由源極102和基板106形成的第一二極管 108、以及由漏極104和基板106形成的第二二極管。將源極偏壓施加至源極102。源極偏壓和基板偏壓正向偏置第一二極管108。將 漏極偏壓施加至漏極104。漏極偏壓和基板偏壓反向偏置第二二極管110。將射頻輸入信 號120施加至MOSFET的柵極112?；迤秒娐?15將偏置電流提供給基板106。由于在 源極102和基板106之間的正向偏置而導(dǎo)致偏置電流輪流流至源極102。在一個實例中，源極偏壓可以耦合至接地電壓。MOSFET可以為η-型MOSFET，其 中，基板106具有ρ-型摻雜，源極102具有η-型摻雜，以及漏極104具有η-型摻雜。漏極 偏壓可以耦合至電源電壓Vdd。基板偏壓的值可以在源極偏壓和漏極偏壓之間。柵極112 可以耦合至基本等于MOSFET的亞閾值電壓的直流(DC)電壓。使用亞閾值DC偏置，在柵極 112保存用于低功率應(yīng)用的功率，例如，移動電子。在圖1中，通過降低輸入電阻和電容，MOSFET RF放大器電路100具有高于傳統(tǒng)RF 放大器集成電路多倍的截止頻率。例如，對于RF輸入信號在N-阱區(qū)域中的傳統(tǒng)橫向雙極結(jié) 晶體管(BJT)RF放大器電路，N-阱與基板(ρ-型)之間具有大結(jié)電容，這限制了截止頻率。 相比之下，圖1中的MOSFET RF放大器電路100具有非常小的輸入電容。還改善了其熱噪 聲性能，因為RF輸入信號120耦合至柵極112而不是高阻基板106，從而降低了熱噪聲。而且，與電流集中于溝道表面附近的反向區(qū)域處的傳統(tǒng)MOSFET操作模式相比， MOSFET RF放大器電路100具有較低的閃爍噪聲。閃爍噪聲是具有Ι/f頻譜的一種電子噪 聲，其中，f為頻率。這是多種作用產(chǎn)生的結(jié)果，諸如傳統(tǒng)溝道的雜質(zhì)。MOSFET RF放大器 電路100具有遠(yuǎn)離溝道表面的電流分布圖案。通過避免由表面陷阱狀態(tài)產(chǎn)生的閃爍噪聲， MOSFET RF放大器電路100顯示出小于傳統(tǒng)MOSFET操作模式約1 2量級的較低閃爍噪聲 級。如果在柵極112處施加亞閾值DC偏置，減小的直流還可以減少閃爍噪聲。圖2示出RF放大器電路的另一實施例。在圖2中，圖1中的偏置電阻器118由電 流源202代替，以控制由基板偏置電路115提供給基板106的偏置電流。電流源202可以 包括控制提供給基板106的偏置電流的任何合適電流源電路。圖2中的電路的其他元件類似于圖1中所示的電路。在圖2中，基板偏壓通過將偏置電流提供給基板106的電流源 202耦合至基板106。由于源極102和基板106之間的正向偏置導(dǎo)致偏置電流輪流流至源 極 102。圖3示出RF放大器電路的還有的另一實施例。在圖3中，基板偏置電路115包括 控制將偏置電流提供給基板106的電流鏡電路304。提供電源電壓Vdd的電壓源302連接 至電流鏡電路304。電流鏡電路304復(fù)制經(jīng)過電流源306的電流，以將偏置電流提供給基板 106。圖3中的電路的其他元件類似于圖1中所示的電路。在圖3中，基板偏壓通過將偏置 電流提供給基板106的電流鏡電路304耦合至基板106。由于源極102和基板106之間的 正向偏置導(dǎo)致偏置電流輪流流至源極102。本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到，可以存在本發(fā)明的多種 實施例改變。雖然已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明及其優(yōu)點，但是應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求 限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在此可以做出多種改變、替換和更改。而且，本發(fā)明 的范圍不旨在限于處理、機(jī)器、制造以及在說明書中描述的事務(wù)、手段、方法和步驟的組合 的特定實施例。如本領(lǐng)域技術(shù)人員從本發(fā)明的披露、處理、機(jī)器、制造、當(dāng)前存在或之后開發(fā) 的事務(wù)、手段、方法或步驟的組合很容易想到的，根據(jù)本發(fā)明可以基本執(zhí)行與在此所述的相 應(yīng)實施例相同的功能或基本實現(xiàn)相同的結(jié)果。從而，所附權(quán)利要求旨在包括這種處理、機(jī) 器、制造、事務(wù)、手段、方法或步驟的組合。
權(quán)利要求
1.一種使用晶體管偏置射頻放大器的方法，包括 將基板偏壓施加至所述晶體管的基板；將源極偏壓施加至所述晶體管的源極，正向偏置由所述晶體管的所述源極和所述基板 形成的第一二極管；將漏極偏壓施加至所述晶體管的漏極，反向偏置由所述晶體管的所述漏極和所述基板 形成的第二二極管；以及將射頻輸入信號施加至所述晶體管的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將所述源極偏壓耦合至接地電壓，其中，所 述基板具有P-型摻雜，所述源極具有η-型摻雜，以及所述漏極具有η-型摻雜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將所述漏極偏壓耦合至電源電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述基板偏壓的值在所述源極偏壓和所述漏極 偏壓之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將所述柵極耦合至基本等于所述晶體管的 亞閾值電壓的直流電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所述基板偏壓施加至所述基板包括經(jīng)過電流 源電路將偏置電流提供給所述基板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所述基板偏壓施加至所述基板包括經(jīng)過電流 鏡電路將偏置電流提供給所述基板。
8.一種射頻放大器電路，包括 晶體管，包括基板，所述基板能夠承受基板偏壓；所述晶體管的源極，所述源極能夠承受源極偏壓；所述晶體管的漏極，所述漏極能夠承受漏極偏壓；以及所述晶體管的柵極，位于所述源極和所述漏極之間，其中，射頻輸入信號耦合至所述柵極；以及基板偏置電路，與所述晶體管耦合，所述基板偏置電路提供所述基板偏壓，其中，所述 基板偏壓和所述源極偏壓正向偏置由所述源極和所述基板形成的第一二極管，以及所述基 板偏壓和所述漏極偏壓反向偏置由所述漏極和所述基板形成的第二二極管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中，所述基板具有ρ-型摻雜，所述源極具有η-型摻 雜，以及所述漏極具有η-型摻雜。
10.一種使用η-型MOSFET偏置射頻放大器的方法，包括將源極偏壓施加至所述η-型MOSFET的源極，正向偏置由所述η-型MOSFET的所述源 極和基板形成的第一二極管；將漏極偏壓施加至所述η-型MOSFET的漏極，反向偏置由所述漏極和所述基板形成的第二二極管；將基板偏壓施加至所述基板，其中，所述基板偏壓的值在所述源極偏壓和所述漏極偏 壓之間；以及將射頻輸入信號施加至所述η-型MOSFET的柵極。
全文摘要
一種射頻放大器電路包括能夠承受基板偏壓的基板。晶體管的源極能夠承受源極偏壓。晶體管的漏極能夠承受漏極偏壓。晶體管的柵極位于源極和漏極之間。射頻輸入信號耦合至柵極?；迤秒娐诽峁┗迤珘??；迤珘汉驮礃O偏壓正向偏置由源極和基板形成的第一二極管?；迤珘汉吐O偏壓反向偏置由漏極和基板形成的第二二極管。
文檔編號H03F1/30GK102045031SQ20101051714
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者劉莎莉, 周淳樸, 薛福隆 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司