[发明专利]单端电路的快速设定的低功率的偏置装置和方法

说明书

                       技术领域

本发明涉及半导体器件，尤其涉及单端电路的快速设定的低功率的偏置电路。

                       背景技术

射频(RF)接收机包括在频率变频处理之前升高入射信号电平的前置放大器。通过极大地干扰信号而产生的相互调制乘积的存在折衷了接收机处理很弱信号的能力。这就是通常称为减敏作用的。当不同频率的两个干扰信号在放大器中合并时，三阶相互调制发生三阶非线性度，产生接近于所要求信号的相互调制乘积。

当存在单个大的干扰信号(即阻塞器或电气干扰台)时也会发生减敏作用。灵敏度的降低是通过两个分别的机制产生的。第一，增益压缩由电路中三阶非线性性引起，允许放大器和混频器中现有噪声源施加更大影响，因此使整个噪声性能下降。第二个机制，电路中的二阶非线性促进放大器中相对较低频率的噪声源与干扰信号之间混合。结果，低频噪声被上变频到所要求的信号频率，该频率降低电路噪声性能。有关阻塞和减敏作用的研究的更详细情况可以在R.G.Meyer和A.K.Wong著的“RF放大器中的阻塞和减敏作用”中看到，IEEE(1995)，这里通过参考将其引入。

具体地，减敏作用发生在单端电路中，如无线接收机的单端的前端低噪声放大器(LNA)中，由于在电路的输出上噪声本底和增益压缩的增大，它们在存在电气干扰中工作。本质上，电路中的畸变引起低频噪声上变频到感兴趣的频带中。这个附加的噪声增大了电路的噪声本底，以致在存在大幅度电气干扰中

引起在放大器的输出端上信噪比(SNR)相当大的降低。

低频噪声的主要来源是在单端电路的偏置电路中产生的噪声。图1a给出了降低传统LNA电路中偏置噪声的一种新技术。所示的偏置电路阻止减敏的发生。这一单个晶体管LNA电路包括一个晶体管Q_in，作为其主要增益器件。正如图所示，电源P_s对电路施加一电压输入。在输出节点P_out观察到一个输出。偏置电路由晶体管Q₁和Q₂组成，其作用为镜面器件。如果晶体管Q_in和Q₁的器件面积分别是A_in和A₁，那么流过晶体管Q_in的电流是I_ref(A_in/A₁)。增加一个电阻器R_x1，与偏置电路串联，以保证入射的射频(RF)功率不被转向到偏置电路中而主要提供给晶体管Q_in用作适当放大。由于基极电流流入晶体管Q_in中，在电阻器R_x1上形成静态电压降。为了平衡这个电压降，增加一个电阻器R_x2，与晶体管Q₁的基极相串联。注意：晶体管Q_in内的基极电流等于晶体管Q₁的基极电流乘以A_in/A₁。因此为了平衡基极电流降，电阻器R_x2必须等于R_x1(A_in/A₁)。

实际上，可以将由V_acos(ωt)表示的RF信号施加到LNA电路的输入端，同时可以将强度V_a′cos((ω+Δω)t)的电气干扰信号也施加到LNA的输入端。在大多数无线标准下电气干扰比入射的RF信号大得多。例如，全球通信系统(GSM)标准要求LNA在存在-23dBm电气干扰中在输出SNR中不应经受任何退化，电气干扰频率离入射RF信号3MHz处，其功率电平为-98dBm。有了这个电气干扰信号电平，正如以上说明的，能够对低频噪声作上变频。在节点1，存在来自偏置电路输出端的低频噪声。由于LNA中固有的二阶谐波畸变，电气干扰音调以频率Δω与低频噪声相拍，并将噪声向上转换到ω+Δω+Δω和ω+Δω-Δω。后一项处于与所需信号相同的频率下。因此，在所需输出频率下的SNR比受损。应当注意，这一效应随电气干扰的强度而按比例变化，以致于对于更大的电气干扰强度，SNR退化越大。这一效应示于图1b和1c中。