[发明专利]高线性互补放大器

说明书

技术领域

本发明大体上涉及电子元件，且更具体来说，涉及放大器。

背景技术

放大器通常用于各种电子元件中以提供信号放大。不同类型的放大器可用于不同用途。举例来说，例如蜂窝式电话的无线装置可包括用于双向通信的发射器和接收器。发射器可利用功率放大器(PA)，接收器可利用低噪声放大器(LNA)，且发射器和接收器可利用可变增益放大器(VGA)。

为了减小成本并改进集成度，亚微米互补金属氧化物半导体(CMOS)制造工艺通常用于无线装置中的射频(RF)电路和其它应用。遗憾的是，晶体管在亚微米CMOS工艺中变为较具非线性。此外，归因于CMOS制造技术的持续改进而缩小晶体管的物理尺寸对通过深亚微米CMOS工艺制造的放大器强加苛刻的可靠性要求。因此，在此项技术中需要具有良好线性和可靠性的放大器。

发明内容

本文中描述可在亚微米CMOS工艺中制造且具有良好线性和可靠性的互补放大器。互补放大器适用于例如现代无线通信系统的具有严格线性要求的应用中。

在一个设计中，互补放大器包括以堆叠配置耦合到P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管的N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。NMOS晶体管接收并放大输入信号。PMOS晶体管也接收并放大输入信号。NMOS和PMOS晶体管作为线性互补放大器而操作，且提供输出信号。

NMOS和PMOS晶体管可具有单独偏压。可用第一偏压来偏置NMOS晶体管的栅极，且可用第二偏压来偏置(例如，自偏置)PMOS晶体管的栅极。可偏置NMOS和PMOS晶体管以使得NMOS晶体管的跨导的低到高转变与PMOS晶体管的跨导的高到低转变重叠。

可选择NMOS和PMOS晶体管的区域以使中等反转区中的NMOS晶体管的输入电容的改变与中等反转区中的PMOS晶体管的输入电容的改变匹配。可选择NMOS和PMOS晶体管的大小(或宽度与长度比)以使中等反转区中的NMOS晶体管的跨导的改变与中等反转区中的PMOS晶体管的跨导的改变匹配。互补放大器可因此在输入信号的一电压范围内具有NMOS和PMOS晶体管的大致恒定的总输入电容以及大致恒定的总跨导。恒定的总输入电容和恒定的总跨导可改进互补放大器的线性。

以下进一步详细描述本发明的各个方面和特征。

附图说明

图1展示无线装置的框图。

图2展示具有无源负载的放大器的示意图。

图3展示MOS晶体管的模型的示意图。

图4A和图4B展示两个互补放大器的示意图。

图5A展示NMOS晶体管的输入电容的曲线图。

图5B展示PMOS晶体管的输入电容的曲线图。

图5C展示NMOS和PMOS晶体管的总输入电容的曲线图。

图6A展示NMOS晶体管的跨导的曲线图。

图6B展示PMOS晶体管的跨导的曲线图。

图6C展示NMOS和PMOS晶体管的总跨导的曲线图。

图7展示差动互补放大器的示意图。

图8展示用于放大信号的过程。

具体实施方式

本文中所描述的互补放大器可用于各种电子装置，例如，蜂窝式电话、个人数字助理(PDA)、手持式装置、无线调制解调器、膝上型计算机、无绳电话、蓝牙装置、消费型电子装置等。为了清楚起见，以下描述在可为蜂窝式电话或某一其它装置的无线装置中使用互补放大器。

图1展示无线装置100的设计的框图。在此设计中，无线装置100包括数据处理器110、收发器120、控制器/处理器180和存储器182。收发器120包括支持双向无线通信的发射器130和接收器150。一般来说，无线装置100可包括用于任何数目的通信系统和频带的任何数目的发射器和任何数目的接收器。

在发射路径中，数据处理器110处理待发射的数据，且将模拟输出信号提供给发射器130。在发射器130内，模拟输出信号由放大器(Amp)132放大，由低通滤波器134滤波以移除由数/模转换引起的图像，由VGA 136放大，且由混频器138从基带上变频转换到RF。经上变频转换的信号由带通滤波器140滤波以移除由上变频转换引起的图像，进一步由功率放大器(PA)142放大，经路由通过双工器144，且经由天线146发射。