单端输入双端输出放大器电路及信号处理电路

摘要

本发明提供一种单端输入双端输出放大器电路及信号处理电路，单端输入双端输出放大器电路，包括用以将输入信号放大为放大信号的放大器，包括接收上述输入信号的输入端，及第一输出端。及用以将放大信号转换为差动信号对的单端输入双端输出转换电路，包括接收放大信号的第一晶体管，具耦接至第一输出端的第一栅极，耦接至第二输出端的第一第一极，及耦接至第一节点的第一第二极；第二晶体管，具有第二栅极，耦接至第三输出端的第二第一极，及耦接至第一节点的第二第二极；第二电容，耦接于第二输出端及第二栅极之间；第一电阻，耦接于第二输出端与电压源之间；第二电阻，耦接于第三输出端与电压源之间；及电流源，耦接于第一节点与接地点之间。

说明书

技术领域

本发明是有关于一种信号处理电路，特别是有关于一种单端输入双端输出低噪声放大器电路。

背景技术

目前所使用的天线大部分是单端天线，然而用来将信号降频的镜像信号消除混频器(Image-rejection Mixer)，通常是利用具有双端输入的双平衡混频器(Double-Balanced Mixer)来实现。因此，必须将天线所接收到的单端输入信号转换为双端输出信号，镜像信号消除混频器才可将来自天线端的信号降频以执行后端处理。

目前将单端输入信号转换为双端输出信号的方法有两种。图1是显示其中一种单端输入双端输出放大器电路100，包括平衡电路(Balun)12以及双端输入双端输出放大器13。双端输入双端输出放大器13可以为低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)。此方法是于晶片外部外加平衡电路12。平衡电路12具有两个输入端，平衡电路12的一输入端是耦接于天线11，平衡电路12的另一输入端是耦接至接地点。平衡电路12的两个输出是耦接至双端输入双端输出放大器13的两个输入端。平衡电路12是为由电容与电感所组合而成的电路。平衡电路12的一输入端是用以接收来自天线11的单端输入信号，并将单端输入信号转换为双端输出信号。单端输入信号可以为射频信号。接着，将双端输出信号传送至双端输入双端输出放大器13，将双端输出信号放大以产生双端输出放大信号。如此一来，单端输入双端输出放大器电路100的双端输出放大信号即可传送至镜像信号消除混频器14的两个输入端作降频处理。

一般而言，通常将双端输入双端输出放大器13与镜像信号消除混频器14制作于晶片内部，但为了使镜像信号消除混频器14能将来自天线11的信号降频以执行后端处理，因此必须采用如图1所显示的单端输入双端输出放大器电路100所示的方法，于晶片外部外加平衡电路12，才能使镜像信号消除混频器14接收双端输出放大信号，进行后续处理，但采用此种方法必须额外购买外部零件，导致增加晶片模组制作的成本。

图2是显示另一种单端输入双端输出放大器电路200，包括单端输入单端输出放大器22以及单端对双端转换器(InductiveTransformer)23。单端输入单端输出放大器22可以为低噪声放大器。此方法是于包含有单端输入单端输出放大器22及镜像信号消除混频器24的晶片内加入单端对双端转换电路23。天线21是耦接至单端输入单端输出放大器22，单端输入单端输出放大器22的输出端是耦接至单端对双端转换器23的输入端。天线21用以接收单端输入信号，并将单端输入信号传送至单端输入单端输出放大器22。单端输入信号可以为射频信号。单端输入单端输出放大器22将单端输入信号放大为放大信号，并将放大信号传送至单端对双端转换器23。单端对双端转换器23是将放大信号转换为双端输出信号。如此一来，单端输入双端输出放大器电路200的双端输出信号即可传送至镜像信号消除混频器24的两个输入端作降频处理。

然而，图2所显示的单端输入双端输出放大器电路200是于晶片内加入“单端对双端转换电路”23，虽然减少了购买外部零件的成本，但是单端对双端转换器23是为由电容与电感所构成的电路，通常需要很大的尺寸面积，因而增加了晶片的面积。

目前的技术中，亦有使用负输入端接地的差动放大对取代图2中占用晶片面积的单端对双端转换器23。图3A是显示传统单端输入双端输出放大器电路300。天线31是耦接至单端输入单端输出放大器32。单端输入单端输出放大器32可以为低噪声放大器。单端输入单端输出放大器32所输出的放大信号是耦接至负输入端接地的差动放大对电路33的输入端。

图3B是显示负输入端接地的差动放大对电路33，包括第一晶体管301、第二晶体管302、第一电阻303、第二电阻304、电流源305、电容306、第一输出端307、第二输出端307’、电压源VDD、接地点VSS、第一节点3A。第一晶体管301的栅极是耦接至单端输入单端输出低噪声放大器32的输出端，第一晶体管301的漏极是耦接至第一输出端307，第一晶体管301的源极是耦接至第一节点3A。第二晶体管302的栅极是耦接至电容306，第二晶体管302的漏极是耦接至第二输出端307’，第二晶体管302的源极是耦接至第一节点3A。第一电阻303是耦接于第一输出端307与电压源VDD之间，第二电阻304是耦接于第二输出端307’与电压源VDD之间。电流源305是耦接于第一节点3A与接地点VSS之间。电容306是耦接于第二晶体管302的栅极与接地点VSS之间。如此一来，单端输入双端输出放大器电路300所输出的双端输出信号即可分别同时经由第一输出端307及第二输出端307’传送至镜像信号消除混频器34的两个输入端作降频处理。

然而，以传统的负输入端接地的差动放大对电路33取代单端对双端转换电路23的做法虽然缩小了晶片面积，但由于传统负输入端接地的差动放大对电路33的旁路(bypass)电容306会将晶片上的噪声耦合到负输入端接地的差动放大对电路33的输入端，因此会使得放大器电路300输出端的双端输出信号品质受到噪声的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种单端输入双端输出放大器电路，包括放大器以及单端输入双端输出转换电路。放大器是用以将输入信号放大为放大信号，包括用以接收上述输入信号的输入端，以及第一输出端。单端输入双端输出转换电路是用以将放大信号转换为差动信号对，包括用来接收放大信号的第一晶体管，具有耦接至第一输出端的第一栅极，耦接至第二输出端的第一第一极，以及耦接至第一节点的第一第二极；第二晶体管，具有第二栅极，耦接至第三输出端的第二第一极，以及耦接至第一节点的第二第二极；第二电容，耦接于第二输出端以及第二栅极之间；第一电阻，耦接于第二输出端与电压源之间；第二电阻，耦接于第三输出端与电压源之间；以及电流源，耦接于第一节点与接地点之间。

本发明所述的单端输入双端输出放大器电路，更包括一天线，用来接收上述输入信号。

本发明所述的单端输入双端输出放大器电路，上述天线是为单端天线。

本发明所述的单端输入双端输出放大器电路，上述输入信号为射频信号。

本发明所述的单端输入双端输出放大器电路，更包括一第一电容，耦接于上述第一输出端以及单端输入双端输出转换电路之间。

本发明所述的单端输入双端输出放大器电路，上述放大器是为单端输入单端输出放大器。

本发明所述的单端输入双端输出放大器电路，上述放大器是为低噪声放大器。

本发明所述的单端输入双端输出放大器电路，上述放大器是为串叠式放大器。

本发明所述的单端输入双端输出放大器电路，上述放大器包括：一第一电感，耦接于上述输入端；一第五电容，耦接于上述第一电感与一第二节点之间；一第二电感，耦接于上述电压源以及上述第一输出端之间；一第三晶体管，具有耦接至上述第二节点的一第三栅极，耦接至上述第一输出端的第三第一极，以及一第三第二极；以及一第三电感，耦接于上述第三第二极与上述接地点之间。

本发明所述的单端输入双端输出放大器电路，上述放大器更包括一第四晶体管，耦接于上述第一输出端以及上述第三晶体管的第三第一极之间，并具有一第四栅极，耦接至上述电压源。

本发明所述的单端输入双端输出放大器电路，上述放大器更包括一偏压源，用以施加一偏压至上述第二节点。

本发明所述的单端输入双端输出放大器电路，上述放大器更包括一第三电阻，耦接于上述偏压源及第二节点之间。

本发明所述的单端输入双端输出放大器电路，上述第二输出端以及第三输出端是输出低噪音系数以及高增益的信号。

本发明所述的单端输入双端输出放大器电路，上述第二输出端与第三输出端是分别耦接至一镜像信号消除混频器的一第一信号输入端以及一第二信号输入端。

本发明所述的单端输入双端输出放大器电路，更包括：一第三电容，耦接至上述第二输出端以及上述第一信号输入端之间；以及一第四电容，耦接于上述第三输出端以及上述第二信号输入端之间。

再者，本发明提供一种信号处理电路，包括放大器、单端输入双端输出转换电路以及镜像信号消除混频器。放大器是用以将输入信号放大为放大信号，包括用以接收上述输入信号的输入端，以及第一输出端。单端输入双端输出转换电路是用以将放大信号转换为差动信号对，包括用来接收放大信号的第一晶体管，具有耦接至第一输出端的第一栅极，耦接至第二输出端的第一第一极，以及耦接至第一节点的第一第二极；第二晶体管，具有第二栅极，耦接至第三输出端的第二第一极，以及耦接至第一节点的第二第二极；第二电容，耦接于第二输出端以及第二栅极之间；第一电阻，耦接于第二输出端与电压源之间；第二电阻，耦接于第三输出端与电压源之间；以及电流源，耦接于第一节点与接地点之间。镜像信号消除混频器，包括耦接至第二输出端的第一信号输入端，以及耦接至第三输出端的第二信号输入端。

本发明所述的信号处理电路，更包括一天线，用来接收上述输入信号。

本发明所述的信号处理电路，上述天线是为单端天线。

本发明所述的信号处理电路，上述输入信号为射频信号。

本发明所述的信号处理电路，更包括一第一电容，耦接于上述第一输出端以及单端输入双端输出转换电路之间。

本发明所述的信号处理电路，上述放大器是为单端输入单端输出放大器。

本发明所述的信号处理电路，上述放大器是为低噪声放大器。

本发明所述的信号处理电路，上述放大器是为串叠式放大器。

本发明所述的信号处理电路，上述放大器包括：一第一电感，耦接于上述输入端；一第五电容，耦接于上述第一电感与一第二节点之间；一第二电感，耦接于上述电压源以及上述第一输出端之间；一第三晶体管，具有耦接至上述第二节点的一第三栅极，耦接至上述第一输出端的第三第一极，以及一第三第二极；以及一第三电感，耦接于上述第三第二极与上述接地点之间。

本发明所述的信号处理电路，上述放大器更包括一第四晶体管，耦接于上述第一输出端以及上述第三晶体管的第三第一极之间，并具有一第四栅极，耦接至上述电压源。

本发明所述的信号处理电路，上述放大器更包括一偏压源，用以施加一偏压至上述第二节点。

本发明所述的信号处理电路，上述放大器更包括一第三电阻，耦接于上述偏压源及第二节点之间。

本发明所述的信号处理电路，上述第二输出端以及第三输出端是输出低噪音系数以及高增益的信号。

本发明所述的信号处理电路，更包括：一第三电容，耦接至上述第二输出端以及上述第一信号输入端之间；以及一第四电容，耦接于上述第三输出端以及上述第二信号输入端之间。

本发明所述单端输入双端输出放大器电路及信号处理电路，是为一小尺寸、低噪音系数(Noise Figure)以及高增益的单端输入双端输出低噪声放大器集成电路，其具有良好的电路表现的优点。且不但可以节省晶片的制造成本(减少晶片的面积)，更可以节省电路板上的外部零件，而达成小尺寸、低成本的电路设计。

附图说明

图1是显示传统单端输入双端输出放大器电路；

图2是显示传统单端输入双端输出放大器电路；

图3A是显示传统单端输入双端输出放大器电路；

图3B是显示传统负输入端接地的差动放大对电路；

图4A是显示根据本发明实施例所述的单端输入双端输出放大器的电路图；

图4B是显示根据本发明实施例所述的单端对双端转换器的电路图；

图5是显示根据本发明实施例所述的单端输入单端输出串叠式低噪声放大器的电路图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

图4A是显示根据本发明实施例所述的单端输入双端输出放大器400的电路图，包括单端输入单端输出放大器(Amplifier)42以及单端对双端转换器43。天线41是耦接至单端输入单端输出放大器42的输入端，且单端输入单端输出放大器42的输出端是耦接至单端对双端转换器43的输入端。图4A的单端输入双端输出放大器400更包括第一电容45，耦接于单端输入单端输出放大器42与单端对双端转换器43之间。第一电容45是用以过滤直流信号，而仅使交流信号传送至单端对双端转换器43。

其中天线41为单端天线。天线41是用以接收单端输入信号。单端输入信号可以为射频信号。接着，单端输入单端输出放大器42将天线41所接收的单端输入信号放大为放大信号，并将放大信号传送至单端对双端转换器43，以产生双端输出信号。

于本发明的一较佳实施例中，本发明的单端输入双端输出放大器是为一单端输入双端输出低噪声放大器，图5是显示单端输入单端输出串叠式低噪声放大器的电路图。在此实施例中，是以单端输入单端输出放大器42为串叠式低噪声放大器(Cascode LowNoise Amplifier)为例。单端输入单端输出串叠式低噪声放大器是由第四晶体管501、第三晶体管502、第一电感503、第二电感504、第三电感505、第五电容506、第三电阻507、偏压源Bias、电压源VDD以及接地点VSS所构成。第四晶体管501的栅极是耦接至电压源VDD，第四晶体管501的漏极是耦接至第一输出端508、第四晶体管501的源极是耦接至第三晶体管502的漏极。第三晶体管502的栅极是耦接至第二节点A。第一电感503是耦接于第一输入端509与第五电容506之间，其中，第一输入端509是接收天线41所接收的单端输入信号。第五电容506是耦接于第一电感503与第二节点A之间。第三电阻507是耦接于第二节点A与偏压源Bias之间。第二电感504是耦接于电压源VDD与第一输出端508之间。第三电感505是耦接于第三晶体管502的源极与接地点VSS之间。

请参阅图4A及图4B。图4B是显示根据本发明实施例所述的单端对双端转换器43的电路图。单端对双端转换器43是由第一晶体管401、第二晶体管402、第一电阻403、第二电阻404、电流源405、第二电容406、电压源VDD以及接地点VSS所组成。第一晶体管401的栅极耦接至第一电容45，作为单端对双端转换器43的输入端，用以接收由单端输入单端输出放大器42输出的放大信号。第一晶体管401的漏极是耦接至第二输出端409，第一晶体管401的源极是耦接至第一节点B。第二晶体管402的栅极是耦接至第二电容406，第二晶体管402的漏极是耦接至第三输出端409’，第二晶体管402的源极是耦接至第一节点B。第二电容406是耦接于第二输出端409与第二晶体管402的栅极之间，用以将第一晶体管401的漏极的电压电平耦合至第二晶体管402的栅极。当单端输入单端输出放大器42输出的放大信号为高电平时，第一晶体管401导通，使得第一晶体管401的漏极的电压电平下降，并透过第二电容406耦合至第二晶体管402的栅极，使得第一晶体管401与第二晶体管402的栅极接收到具有相位相差180度的输入信号。因此，使得单端对双端转换器43的输出端输出具有相位相差180度的双端输出信号。另外，第一电阻403是耦接于电压源VDD与第二输出端409之间，第二电阻404是耦接于电压源VDD与第三输出端409’之间，而电流源405是耦接于第一节点B与接地点VSS之间。

再者，单端输入双端输出放大器400更包括第三电容407以及第四电容408。第三电容407是耦接于第二输出端409与镜像信号消除混频器44的第一信号输入端46之间，第四电容408是耦接于第三输出端409’与镜像信号消除混频器44的第二信号输入端46’之间。如此一来，单端输入双端输出放大器400的双端输出信号即可传送至镜像信号消除混频器44的第一信号输入端46与第二信号输入端46’执行降频处理。

单端对双端转换器43是用来将经过单端输入单端输出放大器42所放大后的放大信号转换为相位相差180度的双端输出信号。单端对双端转换器43中的差动对将传统技术中负输入端对地的旁路电容移除，而将第二电容406从负输入端(第二晶体管402)的栅极耦接至正输入端(第一晶体管401)的漏极，由于第二电容406并没有直接的连接至接地点VSS，因此基板的噪声不会耦合进入电路，如此一来可改善电路的噪声表现。

根据本发明实施例所述的单端输入双端输出放大器400是为一小尺寸、低噪音系数(Noise Figure)以及高增益的单端输入双端输出低噪声放大器集成电路，其具有良好的电路表现的优点。再者，由于根据本发明实施例所述的单端输入双端输出放大器400使用不占面积的单端对双端转换器43取代如图2所示的传统技术所使用的平衡电路12或是如图2所示的传统技术所使用的由电感以及电容所构成的单端对双端转换器23，不但可以节省晶片的制造成本(减少晶片的面积)，更可以节省电路板上的外部零件，而达成小尺寸、低成本的电路设计。

虽然本发明已通过较佳实施例说明如上，但该较佳实施例并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应有能力对该较佳实施例做出各种更改和补充，因此本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。

附图中符号的简单说明如下：

100、200、300、400：单端输入双端输出放大器电路

11、21、31、41：天线

12：平衡电路

13、22、32、42：放大器

14、24、34、44：混频器

23、43：单端对双端转换器

33：负输入端接地的差动放大对电路

301、302、401、402、501、502：晶体管

303、304、403、404、507：电阻

305、405：电流源

306、45、406、407、408、506：电容

307、307’、409、409’、508：输出端

3A、A、B：节点

46、46’：输入端

503、504、505：电感

Bias：偏压源

VDD：电压源

VSS：接地点。