[發(fā)明專利]寬帶電壓轉換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010199598.3
• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN101877537A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發(fā)明（設計）人: K·Y·F·塔姆;J·勞埃德
• 申請（專利權）人: 阿納洛格裝置公司
• 主分類號: H02M3/315
• 分類號: H02M3/315
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李向英

相關申請

本申請要求按照35U.S.C.§119于2009年5月1日提交的申請序列號為61/174,689的美國臨時專利申請的優(yōu)先權，其全部內容在此引入作為參考。

技術領域

本發(fā)明通常涉及用在集成電路(IC)中的電壓轉換器，更具體地，涉及在高速IC中使用的寬帶電壓轉換器。

背景技術

在高速IC中，通常需要將信號從一個電壓域驅動到另一個(更高或更低的)電壓域，即轉換信號電壓。例如，在高速IC中，需要在“I/O”電壓域和“核心”電壓域之間轉換電壓信號，或者在“干凈(clean)”的模擬電壓域和“臟(dirty)”的數(shù)字電壓域之間轉換。這些要被轉換的信號可以是單端信號或差分信號。在單端信號的情況下，電壓轉換有效地改變了所關心的信號的參考電壓，在差分信號中，電壓轉換改變了信號的共模電壓。

現(xiàn)有技術中存在電壓轉換電路的各種實現(xiàn)方式；下面討論三種傳統(tǒng)的實現(xiàn)方式。第一種實現(xiàn)方式通過使用與大電阻相連的大串聯(lián)交流耦合電容器將信號電壓從輸入電壓域轉換到輸出電壓域。實際上，這些電容器阻斷直流(DC)分量并使信號的交流(AC)分量通過，并且產(chǎn)生在輸出電壓域內的輸出信號。這種實現(xiàn)方式需要很大的電阻和電容以使低頻分量通過，在頻率響應中沒有不希望的“減弱”。然而，大電阻或大電容的使用會導致大的電路面積和高的成本，這些都是不希望的。另外，交流耦合電容的寄生電容將會對電路的高頻性能產(chǎn)生負面的影響。

第二種實現(xiàn)方式使用射極跟隨器或者源極跟隨器以在輸入和輸出區(qū)間之間轉變電壓，因此不需要像在第一種實現(xiàn)方式中那樣使用大的無源元件，具有對速度的最小折衷。然而，這種實現(xiàn)方式不容易允許信號電壓電平的任意轉變，尤其是對于差分信號來說，這種實現(xiàn)方式會產(chǎn)生不希望的特性，即輸出共模電壓正比于輸入共模電壓。

第三種實現(xiàn)方式使用跨導放大器以將輸入電壓信號轉換成電流信號，該電流信號跨越電壓域邊界傳遞。在這種實現(xiàn)方式的輸出側，可以使用阻性負載或其它跨導級來將該電流信號轉換回電壓信號。這種方法也不需要大的無源元件，但是通常比上述討論的兩種方法的速度更慢，因為這種方法通常在信號通路中需要較低速的高壓設備或者p型設備。

發(fā)明內容

在本發(fā)明的實施例中，通過在兩個并行級中分別處理輸入信號的高頻和低頻分量，而不使用大的無源元件或者低速設備，解決了電壓轉換器中差的低頻響應、低速、高成本以及高功率消耗的問題。在輸出端，被處理過的高頻和低頻分量在一個組合級被無縫地合并，該組合級在整個轉換器帶寬上保持頻率響應的完整性。在各種實施例中，與本發(fā)明有關的電壓轉換器和方法可用于在寬頻率范圍內工作的RF通信系統(tǒng)中的可編程增益放大器(PGA)中。

因此，一方面，本發(fā)明涉及用于將在輸入電壓域內的輸入信號轉換成在輸出電壓域內的輸出信號的電壓電平轉換器。該轉換器包括低頻級，高頻級，以及組合級。該低頻級接收并處理該輸入信號以產(chǎn)生低頻范圍中的第一經(jīng)處理的信號，其中該第一經(jīng)處理的信號位于輸出電壓域內。該高頻級接收并處理該輸入信號以產(chǎn)生在高頻范圍內的第二經(jīng)處理的信號，其中該第二經(jīng)處理的信號確定該轉換器的帶寬。該組合級組合第一和第二經(jīng)處理的信號以產(chǎn)生在輸出電壓域內的輸出信號。

在各種實施例中，輸入和輸出信號中的至少一個是單端信號或差分信號。

在各種實施例中，轉換器使用CMOS或者BiCMOS技術來實現(xiàn)。

在各種實施例中，低頻級包括DC耦合放大器。在一個實施例中，DC耦合放大器包括跨導放大器，用于將輸入電壓信號轉換成電流信號。DC耦合放大器還進一步包括轉換級，用于接收和將電流信號轉換為第一經(jīng)處理的信號。在一個實施例中，該DC耦合放大器進一步包括共源共柵極，其可操作地連接在跨導放大器和轉換級之間，用于在它們之間傳輸電流信號。

在各種實施例中，高頻級包括AC耦合放大器。在一個實施例中，該AC耦合放大器包括用于放大輸入信號的源極跟隨器或射極跟隨放大器，以產(chǎn)生第二經(jīng)處理的信號。在另一實施例中，該AC耦合放大器進一步包括增益增強模塊。

在一個實施例中，組合級包括RC、LC或RLC濾波器。

在一個實施例中，低頻和高頻級使用相同的晶體管來實現(xiàn)。