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共源共栅放大器及共射共栅放大器   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2015-11-24
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2016-05-11
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2018-04-06
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2035-11-24
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201510828763.X 申请日 2015-11-24
公开/公告号 CN105490646B 公开/公告日 2018-04-06
授权日 2018-04-06 预估到期日 2035-11-24
申请年 2015年 公开/公告年 2018年
缴费截止日
分类号 H03F1/42H03F3/21 主分类号 H03F1/42
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 5
权利要求数量 6 非专利引证数量 1
引用专利数量 6 被引证专利数量 0
非专利引证 1、Dake Wu et.A 0.4-V Low NoiseAmplifier Using Forward Body BiasTechnology for 5 GHz Application《.IEEEMICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTSLETTERS》.2007,第17卷(第7期),万求真.低压低功耗CMOS收发机射频前端电路的设计与研究《.中国博士学位论文全文数据库》.2014,(第9期),Ehsan Kargaran et.Design of 0.5V, 450μW CMOS LNA Using Current Reuse andForward Body Bias Technique《.5th EuropeanConference on Circuits and Systems forCommunications (ECCSC"10)》.2010,;
引用专利 CN101729027A、CN102355200A、CN104579196A、CN102541146A、CN104702226A、US2014/0320211A1 被引证专利
专利权维持 2 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 广州一芯信息科技有限公司 当前专利权人 广州一芯信息科技有限公司
发明人 李正平、陈志坚、石磊 第一发明人 李正平
地址 广东省广州市天河区荷光路154号合心商务大厦906室 邮编 510655
申请人数量 1 发明人数量 3
申请人所在省 广东省 申请人所在市 广东省广州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
广州市越秀区海心联合专利代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
黄为
摘要
本发明公开了一种共源(共射)共栅放大器,包括共源(共射)管、共栅管、输出负载及衬底偏置电路,共源(共射)管接收输入信号,共栅管发送输出信号并连接输出负载,该放大器具有一衬底端,衬底偏置电路连接衬底端。与现有技术相比,本发明实现了衬底独立偏置的共源(共射)共栅放大器电路,既消除了共栅器件的背栅效应而提高放大器增益,也避免了共栅器件源极和衬底直接相连而增加衬底到栅极的寄生电容Cgb,从而改善了放大器带宽和增益。此外,由于本发明引入了可重构偏置电路,从而在电路切换时,兼顾了信号处理通道的线性/噪声/杂散性能,在灵活性和复杂性之间达成了良好的平衡,在功耗和面积上有了显著改善。
  • 摘要附图
    共源共栅放大器及共射共栅放大器
  • 说明书附图:图1
    共源共栅放大器及共射共栅放大器
  • 说明书附图:图2
    共源共栅放大器及共射共栅放大器
  • 说明书附图:图3
    共源共栅放大器及共射共栅放大器
  • 说明书附图:图4
    共源共栅放大器及共射共栅放大器
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2018-04-06 授权
2 2016-05-11 实质审查的生效 IPC(主分类): H03F 1/42 专利申请号: 201510828763.X 申请日: 2015.11.24
3 2016-04-13 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种共源共栅放大器,包括第一NMOS管、第二NMOS管及输出负载,所述第一NMOS管的栅极接收输入信号,所述第一NMOS管的漏极连接所述第二NMOS管的源极,所述第二NMOS管的漏极发送输出信号并连接所述输出负载,其特征在于:还包括衬底偏置电路,所述共源共栅放大器具有一衬底端,所述衬底偏置电路连接所述衬底端;
所述第一NMOS管的源极接地,所述第一NMOS管的漏极连接所述第二NMOS管的源极,且一第一偏置电压从所述第二NMOS管的栅极输入;
所述衬底偏置电路包括第一电阻、第二电阻及源随器,所述第一电阻的一端连接所述第一NMOS管的栅极,所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端,所述第二电阻的另一端连接所述源随器,所述源随器连接所述第二NMOS管及所述输出负载,且一第二偏置电压通过所述第一电阻及第二电阻分别为所述共源共栅放大器的第一NMOS管及所述源随器的电流源提供偏置,所述源随器对所述第一偏置电压进行电平位移后以用作所述第二NMOS管的衬底偏置电压。

2.如权利要求1所述的共源共栅放大器,其特征在于:所述源随器包括第三NMOS管及第四NMOS管,所述第三NMOS管的栅极连接所述第二电阻,所述第三NMOS管的源极接地,所述第三NMOS管的漏极连接所述第四NMOS管的源极和衬底端,所述第四NMOS管的漏极连接所述输出负载。

3.如权利要求2所述的共源共栅放大器,其特征在于:所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的沟道宽长比之比与所述第三NMOS管和所述第四NMOS管的沟道宽长比之比相同。

4.一种共射共栅放大器,包括第一双极型晶体管、第一NMOS管及输出负载,所述第一双极型晶体管的基极接收输入信号,所述第一双极型晶体管的集电极连接所述第一NMOS管的源极,所述第一NMOS管的漏极发送输出信号并连接所述输出负载,其特征在于:还包括衬底偏置电路,所述共射共栅放大器具有一衬底端,所述衬底偏置电路连接所述衬底端;
所述第一双极型晶体管的发射极接地,且一第一偏置电压从所述第一NMOS管的栅极输入;
所述衬底偏置电路包括第一电阻、第二电阻及源随器,所述第一电阻的一端连接所述第一双极型晶体管的基极,所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端,所述第二电阻的另一端连接所述源随器,所述源随器连接所述第一NMOS管及所述输出负载,且一第二偏置电压通过所述第一电阻及第二电阻分别为所述共射共栅放大器的第一双极型晶体管及所述源随器的电流源提供偏置,所述源随器对所述第一偏置电压进行电平位移后用作所述第一NMOS管的衬底偏置电压。

5.如权利要求4所述的共射共栅放大器,其特征在于:所述源随器包括第二双极型晶体管及第二NMOS管,所述第二双极型晶体管的基极连接所述第二电阻,所述第二双极型晶体管的发射极接地,所述第二双极型晶体管的集电极连接所述第二NMOS管的源极及衬底端,所述第二NMOS管的漏极连接所述输出负载。

6.如权利要求5所述的共射共栅放大器,其特征在于:所述第一双极型晶体管和所述第二双极型晶体管的面积之比与所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的宽长比之比相同。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及放大器电路技术领域,尤其涉及一种共源共栅放大器及共射共栅放大器。

背景技术

[0002] 放大器一般用于射频或高频信号放大,不同类型的放大器可用于不同用途。譬如蜂窝式电话等无线通信装置可包括发射机及接收机以进行双向通信。发射机可利用预放大器(PPA,Pre-Power Amplifier)及功率放大器(PA,Power Amplifier),接收机可利用低噪声放大器(LNA,Low Noise Amplifier),且发射机及接收机可利用可变增益放大器(VGA,Variable Gain Amplifier)来适配接收通路的增益或发射通路的输出功率。
[0003] 共源共栅或共射共栅放大器由于具有良好的输入-输出隔离,输出阻抗高,便于获得高增益和低噪声,在射频及模拟放大中得到了普遍使用。其中,在CMOS工艺中使用共源共栅结构,而在BiCMOS工艺中则常使用共射共栅结构。
[0004] 图1中给出了共栅管源级和衬底短接的共源共栅和共射共栅结构。图2中给出了共栅管衬底接到地的共源共栅和共射共栅结构。
[0005] 在共源共栅或共射共栅结构中,共栅管的衬底通常接到源级以增大跨导,从而提高放大器增益,但会增加寄生电容Cgb,见图1;另一种常见方式是把共栅管的衬底接到地,这可以减小寄生电容,但由于背栅效应的影响,跨导减小,从而降低了放大器增益,见图2。随着电路工作频率越来越高,在放大器设计中迫切需要减小信号通路上的寄生电容,提高工作带宽。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是:提供一种共栅管衬底偏置的共源共栅放大器及共射共栅放大器,既可消除共栅器件的背栅效应而提高放大器增益,也可避免共栅器件源级和衬底直接相连而增加衬底到栅端的寄生电容Cgb,从而改善放大器带宽和增益,降低功耗。
[0007] 为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:
[0008] 提供一种共源共栅放大器,包括第一NMOS管、第二NMOS管及输出负载,第一NMOS管的栅极接收输入信号,第一NMOS管的漏极连接第二NMOS管的源极,第二NMOS管的漏极发送输出信号并连接输出负载。其中,该共源共栅放大器还包括衬底偏置电路,该共源共栅放大器具有一衬底端,衬底偏置电路连接衬底端。
[0009] 具体地,第一NMOS管的源极接地,第一NMOS管的漏极连接第二NMOS管的源极,且一第一偏置电压从第二NMOS管的栅极输入。
[0010] 较佳地,衬底偏置电路包括第一电阻、第二电阻及源随器,第一电阻的一端连接第一NMOS管的栅极,第一电阻的另一端连接第二电阻的一端,第二电阻的另一端连接源随器,源随器连接第二NMOS管及输出负载,且一第二偏置电压通过第一电阻及第二电阻分别为共源共栅放大器的第一NMOS管及源随器的电流源提供偏置,源随器对第一偏置电压进行电平位移后用作第二NMOS管的衬底偏置电压。
[0011] 具体地,源随器包括第三NMOS管及第四NMOS管,第三NMOS管的栅极连接第二电阻,第三NMOS管的源极接地,第三NMOS的漏极连接第四NMOS管的源极及衬底端,第四NMOS管的漏极连接输出负载。较佳地,第一NMOS管和第二NMOS管的沟道宽长比之比与第三NMOS管和第四NMOS管的沟道宽长比之比相同,以使得第二NMOS管的衬底偏置电压与其源极电压尽量吻合。
[0012] 相应地,本发明还提供了一种共射共栅放大器,包括第一双极型晶体管、第一NMOS管及输出负载,第一双型晶体极管的基极接收输入信号,第一双极型晶体管的集电极连接第五NMOS管的源极,第一NMOS管的漏极发送输出信号并连接输出负载,一第一偏置电压从第一NMOS管的栅极输入。其中,该共射共栅放大器还包括衬底偏置电路,共源共栅放大器具有一衬底端,衬底偏置电路连接衬底端。
[0013] 较佳地,衬底偏置电路包括第一电阻、第二电阻及源随器,第一电阻的一端连接第一双极型晶体管的基极,第一电阻的另一端连接第二电阻的一端,第二电阻的另一端连接源随器,源随器连接第一NMOS管及输出负载,且一第二偏置电压通过第一电阻及第二电阻分别为共射共栅放大器的第一双极型晶体管及源随器的电流源提供偏置,源随器对第一偏置电压进行电平位移后以用作第一NMOS管的衬底偏置电压。
[0014] 具体地,源随器包括第二双极型晶体晶体管及第二NMOS管,第二双极型晶体晶体管的基极连接第二电阻,第二双极晶体管的发射极接地,第二双极型晶体晶体管的集电极连接第二NMOS管的源极及衬底端,第二NMOS管的漏极连接输出负载。
[0015] 较佳地,第一双极型晶体管和第二双极型晶体管的面积之比与第一NMOS管和第二NMOS管的宽长比之比相同,以使得第一NMOS管的衬底偏置电压与其源极电压尽量吻合。
[0016] 与现有技术相比,本发明实现了衬底独立偏置的共源共栅及共射共栅放大器电路。在典型共源共栅及共射共栅放大器电路中引入共栅管衬底偏置电路,既消除了共栅器件的背栅效应从而提高放大器增益,也避免了共栅器件源级和衬底直接相连而增加衬底到栅端的寄生电容Cgb,从而改善了放大器带宽和增益。此外,与传统的放大器实现相比,由于本发明引入了衬底独立偏置电路,从而在保持既有的增益和带宽的同时,在功耗和面积上有了显著改善。
[0017] 通过以下的描述并结合附图,本发明将变得更加清晰,这些附图用于解释本发明的实施例。

实施方案

[0022] 现在参考附图描述本发明的实施例,附图中类似的元件标号代表类似的元件。
[0023] 请参考图3,本发明的共源共栅放大器包括第一NMOS管(共源管N1)、第二NMOS管(共栅管N2)、输出负载Zload及衬底偏置电路。该共源共栅放大器具有一衬底端,衬底偏置电路连接衬底端。
[0024] 具体地,共源管N1的栅极接收输入信号IN、源极接地、漏极连接共栅管N2的源极,共栅管N2的漏极发送输出信号OUT并连接输出负载Zload,且第一偏置电压Vcasn从共栅管N2的栅极输入。
[0025] 具体地,衬底电路包括第一电阻Rb1、第二电阻Rb2及源随器,源随器包括第三NMOS管N3及第四NMOS管N4。第一电阻Rb1的一端连接共源管N1的栅极,第一电阻Rb1的另一端连接第二电阻Rb2的一端及第二偏置电压Vbias,N3的栅极连接第二电阻Rb2,N3的源极接地,N3的漏极连接N4的源极及衬底端,N4的漏极连接输出负载Zload。
[0026] 需要说明的是,第二偏置电压Vbias通过第一电阻Rb1及第二电阻Rb2分别为共源共栅放大器的共源管N1及源随器的电流源提供偏置,源随器对共栅管N2的第一偏置电压Vcasn进行电平位移后用作共栅管N2的衬底偏置电压。
[0027] 进一步地,为了让N2的衬底偏置电压与其源极电压尽量吻合,N3/N4和N1/N2应具备严格的镜像关系,即其沟道宽长比W/L应成相同的比例。
[0028] 相应地,再请参考图4,本发明的共射共栅放大器包括第一双极管(共射管T1)、第一NMOS管(共栅管N1)、输出负载Zload及衬底偏置电路。该共源共栅放大器具有一衬底端,衬底偏置电路连接衬底端。
[0029] 具体地,共射管T1的基极接收输入信号IN、发射极接地、集电极连接共栅管N1的源极,共栅管N1的漏极发送输出信号OUT并连接输出负载Zload,且第一偏置电压Vcasn从共栅管N1的栅极输入。
[0030] 具体地,衬底电路包括第一电阻Rb1、第二电阻Rb2及源随器,源随器包括第二双极晶体管T2及第二NMOS管N2。第一电阻Rb1的一端连接共射管T1的基极,第一电阻Rb1的另一端连接第二电阻Rb2的一端及第二偏置电压Vbias,T2的基极连接第二电阻Rb2,T2的发射极接地,T2的集电极连接N2的源极及衬底端,N2的漏极连接输出负载Zload。
[0031] 需要说明的是,第二偏置电压Vbias通过第一电阻Rb1及第二电阻Rb2分别为共射共栅放大器的共射管及源随器的电流源提供偏置,源随器对共栅管N1的第一偏置电压Vcasn进行电平位移后用作共栅管N1的衬底偏置电压。
[0032] 进一步地,为了让N2的衬底偏置电压与其源级电压尽量吻合,T2/T1的面积之比与N2/N1的宽长比之比应一致。
[0033] 从以上描述可以看出,本发明实现了衬底独立偏置的共源共栅及共射共栅放大器电路。在典型共源共栅及共射共栅放大器电路中引入共栅管衬底偏置电路,从而既消除了共栅器件的背栅效应而提高放大器增益,也避免了共栅器件源级和衬底直接相连而增加衬底到栅端的寄生电容Cgb,从而改善了放大器带宽和增益。此外,与传统的放大器实现相比,由于本发明引入了衬底独立偏置电路,从而在保持放大器增益和带宽的同时,在功耗和面积上有了显著改善。
[0034] 以上结合最佳实施例对本发明进行了描述,但本发明并不局限于以上揭示的实施例,而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

附图说明

[0018] 图1为现有技术中源极衬底短接的共源(共射)共栅电路图。
[0019] 图2为现有技术中源极衬底接地的共源(共射)共栅电路图。
[0020] 图3为本发明衬底偏置的共源共栅放大器的电路图。
[0021] 图4为本发明衬底偏置的共射共栅放大器的电路图。
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