[发明专利]具有低谐波含量的共射共基信号驱动器

说明书

相关申请

本申请涉及1999，5，12申请的申请号为60/133886名称为“具有低谐波含量的共射共基(cascode)信号驱动器”的美国临时专利申请，并要求该专利申请的优先权，并且所述专利申请的内容在此作为参考。

发明背景

本发明涉及一种电路设计，更具体地说，涉及用于减少高度集成的混合模式电路中的谐波干扰的方法和装置。

现代电信设备要求增加集成度，以便到达好的成本效果比，并适应不断减小的封装。具体地说，数字系统和模拟系统的元件被越来越多地集成在同一个半导体晶片上。对于低成本的用户无线终端，例如蜂窝电话，朝向集成具有数字信号处理元件的射频电路的趋势产生一些问题，这些问题按照常规利用分离或者隔离模拟部分和数字部分来解决。

对于高度集成的系统，必须解决数字电路和模拟电路的电磁兼容性(EMC)的问题，才能可靠地工作。具体地说，数字电路的开关噪声的谐波分量可以具有可与对模拟电路部分有影响的射频信号的大小相比。由数字电路产生的谐波干扰可引起接收机的性能变劣，或者使传输的信号的频谱罩被破坏。

在开关电流中的突变可以产生大的高次谐波。通过使用基本的富氏分析，可以看出，例如，在数字开关电路中产生的信号的边沿越陡，其产生的谐波的频谱越宽。开关电流的大小越大，相关的谐波的能量越大，因而增加在相邻的RF电路中的带内噪声能量的可能性。

在标准的驱动器中最急剧的电流变化出现在当一个器件例如n沟道器件因其栅源电压超过其门限电压而导通时。简单的晶体管模型假定，在门限以下没有电流流过，在实际的器件中，流过一个小的电流。然而，门限以上和门限以下的电流之间的差是显著的。由于这种器件导通的速度，可以产生不希望的高次谐波，导致耦合进入RF部分的噪声，并减少在模拟部分和数字部分之间的EMC。

数字电路和模拟电路之间的EMC按照常规一直使用多种已知的方法解决。用于设计小功率的数字电路的标准方法试图减少平均开关电流，借以减少其产生的谐波电流的绝对值。降低数字电路的电源电压，试图减少边沿上升速率、和数字信号相关的电流和电荷，进一步减少由其产生的开关噪声的谐波含量。屏蔽或滤波方法试图减少从数字部分耦合到模拟部分的衬底噪声(例如见Makie-Fukuda eta1.95K.Makie-Fukuda，S.Maeda，T.Tsukada & T.Matsuuura，“Substrate noise reduction using active guard band filtersin mixed-signal integrated circuits，”Symposium on VLSICircuit，Kuoto，8-10 June，pp，33-34，1995)。

噪声可以由在电路元件之间的小的参考电压的差而被进一步加重。虽然这些电压可以通过仔细控制参考电压电平而减小，然而它们可以通过公共阻抗耦合进入不平衡的信号通路，并进而通过共模转换进入平衡通路。寄生电容的定期充电和放电也可以引起小的但是显著的电流在衬底内流动。

射频电路通过例如双轨技术，平衡的信号通路使较多的噪声有弹性(noise resilient)。(例如见A.Graeme，J，Applixations ofOperational Amplifiers-Third Generation Techniques，McGraw-Hill，1973，pgs 53-57.)。这种方法当以较大的精度应用时，在范围、延迟或功率消耗方面代价增加，并且对于解决和减少噪声相关的问题，并不总能提供满意的结果。

存在用于减少谐波干扰的一些方法可以提供不同结果。例如，Tamaka的美国专利US 5514992公开了一种低失真的共射共基放大器电路。在Tamaka的专利中，当应用具有很少几个的分量的限定很好的频谱的模拟信号时，借助于和输入器件相关的共射共基器件具有的较高的跨导可以减少失真。不过，当对所述电路应用具有大量的限定不好的频谱分量的数字开关信号时，Tamaka不能解决输出信号的频谱质量问题。

减少不希望的谐波的另一种方法公开于Imamura的日本专利JP63/074323。Imamura的专利公开了一种具有交流反馈的共射共基电流源，其中所述电流源的的输出电导是频率相关的，例如，输出信号的一些谐波分量比另一些衰减得更多，从而提供稳定的电流输出。然而，Imamura没有公开基于数字开关输入信号减少输出信号的谐波的方法。