[發明專利]跨導級裝置

有效

• 申請號: 200580051886.1
• 申請日: 2006-10-20
• 公開（公告）號: CN101297477A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 包明泉;李應剛
• 申請（專利權）人: 艾利森電話股份有限公司
• 主分類號: H03F1/32
• 分類號: H03F1/32;H03D7/14;H03F3/45;H03H11/32
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳;陳景峻

技術領域

本發明涉及電壓-電流跨導級(transconductance?stage)裝置，它包含單端輸入端、發射極耦合晶體管對以及差動輸出端，該發射極耦合晶體管對包括第一晶體管和第二晶體管，借此，第三晶體管的發射極連接到上述第一晶體管的集電極。本發明還涉及包括跨導級裝置的混頻器(mixer)和放大器。

背景技術

在許多不同種類的電路中，需要高的線性度。例如，這些裝置或是元件可以是無線通信系統中的接收器和射頻發射器。很多情況下，此類裝置的線性度在很大程度上或者說主要是由系統中使用的放大器以及混頻器的線性度所決定的。電壓-電流跨導級對于放大器以及混頻器的線性度是非常重要的；就線性度而言，該跨導級在很大程度上構成了限制因素。

同單端電路相比，平衡電路由于若干原因總是具有優勢的。例如，在用于向下變頻的混頻器的輸出端，平衡電路可以消除RF(射頻)信號。為了能夠構造平衡電路，往往需要單端輸入-差動輸出級。該級能夠通過不同方式來提供。比如，可以在跨導級前使用單端輸入-差動輸出的無源平衡-不平衡變換器(平衡-不平衡電路)電路。然而，由電感與電容組成的無源平衡-不平衡變換器卻需要大的芯片區域，并且經常引起損耗，這顯然是不利的。

還可以將有源電路同時作為平衡-不平衡變換器和跨導級，其包括發射極耦合對(ECP)。圖1示出了該單-差動發射極耦合對10₀₁。這類跨導級可以做得很小巧，同時還可以在電壓-電流轉換過程中提供增益。

為了提高ECP跨導級的線性度，經常采用發射極負反饋技術。圖2示出了該裝置10₀₂，其中在晶體管Q₀₁、Q₀₂的發射極分別安置電阻R_e1、R_e2。

正如IEEE?J.Solid-State?Circuits，1998年1月，第1期第33卷中Barrie?Gilbert的文章“The?multi-tanh?principle：atutorial?overview”所述的那樣，可以通過采用multi-tanh原理來增強線性度。晶體管的差動對(EPC)的并聯連接設置被采用。這種跨導單元或級就是我們熟知的基于multi-tanh原理的單元，其主要的思想就是單獨的非線性(雙曲正切，tanh)跨導功能將會被沿著輸入-電壓軸分離以達到總體更加線性的功能。最簡單的例子就是所謂的“兩聯體”(doublet)，但是，其它的例如“三聯體”(triplet)也是很常見的。

圖3示出了multi-tanh兩聯體10₀₃的簡化實施。圖3中，所謂的multi-tanh兩聯體包括并聯的兩個發射極耦合對。其中晶體管Q₀₁與Q₀₄的(物理)尺寸與另一發射極耦合對Q₀₂與Q₀₃的尺寸相差幾倍。然而，這樣的設計雖然增加了線性度，但是與EPC相比卻降低了跨導的增益，并且實際的線性度的提高由于發射極耦合對基本的弱點而受到限制。線性度受制于發射極耦合對的原因在于，隨著跨過晶體管基極的輸入電壓的增加，發射極耦合對中晶體管增加的跨導g_m極大的降低了。

所以，在線性度要求較高的應用中，基于ECP跨導級的混頻器和放大器常常是不能勝任的。