低噪声放大器以及用于载波聚合和非载波聚合的方法
【专利说明】低噪声放大器以及用于载波聚合和非载波聚合的方法
[0001 ]优先权
[0002]本申请要求2014年8月29日在美国专利与商标局提交的第62/043,790号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003]本发明一般涉及一种低噪声放大器，并且更具体地，涉及一种用于载波聚合和非载波聚合的低噪声放大器。
【背景技术】
[0004]高级长期演进(LTE)是用于移动电话和数据终端的高速无线通信标准。为了获得高速度，传输带宽被增加为超过使用单载波或信道可以获得的传输带宽。该方法一般被称为载波聚合(CA)，其中多于一个载波，或分量载波被聚合以增加有效传输带宽。
[0005]载波聚合可以在一个波带(S卩，带内载波聚合)或在多个波带(S卩，带间载波聚合)中执行。
[0006]在带内载波聚合中，分量载波可以是连续的(S卩，彼此邻近)或非连续的。在带间载波聚合中，分量载波是非连续的。
[0007]载波聚合在其中连续的聚合信道从射频(RF)视角来看呈现为单信道，在该单信道中仅需要一个收发器来处理聚合信号。然而，在载波聚合是非连续时，现有技术要求多于一个收发器来处理聚合信号。
【发明内容】
[0008]提出本发明以至少解决上述问题和/或缺点，并至少提供下述优点。
[0009]因此，本发明的一方面将提供一种支持载波聚合模式和非载波聚合模式的低噪声放大器。
[0010]本发明的另一方面将提供一种具有独立的路径活动增益控制的低噪声放大器。
[0011]本发明的另一方面将提供一种具有独立的偏压控制的低噪声放大器。
[0012]本发明的另一方面将提供一种具有切换的源极退化电感器的低噪声放大器。
[0013]本发明的另一方面将提供一种具有源极退化电容器的低噪声放大器。
[0014]本发明的另一方面将提供一种利用多路传输使用用于信号的多个路径的低噪声放大器。
[0015]根据本发明的一方面，提供一种用于载波聚合和非载波聚合的低噪声放大器。所述低噪声放大器包括:多个对称半电路;多个偏置电路，其中所述多个偏置电路中的每一个连接到所述多个对称半电路中的一个;多个电容器，其中所述多个电容器中的每一个连接到所述多个对称半电路中的一个以便交流AC耦合包含至少一个分量载波的RF信号；以及控制逻辑电路，连接到所述多个对称半电路中的每一个以便将低噪声放大器配置为处理一个分量载波或多个分量载波。
[0016]根据本发明的另一方面，提供一种用于在非载波聚合模式下的低噪声放大的方法。所述方法包括:通过将逻辑I电压施加到第一组上NFET的一个NFET的栅极、第二组上NFET的一个NFET的栅极、以及第三组上NFET的一个NFET的栅极，同时将逻辑O电压施加到第一组上NFET中的其他NFET的栅极、第二组上NFET中的其他NFET的栅极以及第三组上NFET中的其他NFET的栅极来将低噪声放大器的一个输出电流引导到第一组上NFET的一个NFET的源极、第一下NFET的源极、第二组上NFET的一个NFET的源极、第二下NFET的源极、第三组上NFET的一个NFET的源极、以及第三下NFET的源极。
[0017]根据本发明的另一方面，提供一种用于在载波聚合模式下的低噪声放大的方法。所述方法包括:通过将逻辑I电压施加到第一组上NFET的一个NFET的栅极、第二组上NFET的一个NFET的栅极、以及第三组上NFET的一个NFET的栅极，同时将逻辑O电压施加到第一组上NFET中的其他NFET的栅极、第二组上NFET中的其他NFET的栅极以及第三组上NFET中的其他NFET的栅极来将低噪声放大器的一个输出电流引导到第一组上NFET的一个NFET的源极和第一下NFET的源极，将低噪声放大器的第二输出电流引导到第二组上NFET的一个NFET的源极和第二下NFET的源极；以及将低噪声放大器的第三输出电流引导到第三组上NFET的一个NFET的源极和第三下NFET的源极。
【附图说明】
[0018]从下面结合附图的详细说明，本发明的上述和其他方面、特征和优点将更加清楚，附图中:
[0019]图1是根据本发明的实施例的低噪声放大器的示意图；
[0020]图2是根据本发明的实施例的晶体管阵列的示意图；
[0021 ]图3A是根据本发明的实施例的可变电感器的示意图；
[0022]图3B是根据本发明的实施例的可变电感器的示意图；
[0023]图4是根据本发明的实施例的可变电容器的示意图；
[0024]图5是根据本发明的实施例的、被配置为支持载波聚合和非载波聚合的低噪声放大器的示意图；以及
[0025]图6是根据本发明的实施例的η沟道低噪声放大器的示意图。
具体实施例
[0026]下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。应该注意到，即使相同的元素示出在不同的附图中，相同的元素也将通过相同的参考标记指示。在以下描述中，提供诸如详细配置和组件之类的细节仅仅为了帮助本发明的实施例的总体理解。因此，对本领域普通技术人员明显地是，可以对此处描述的实施例进行各种改变和修改而不会偏离本发明的范围和精神。此外，为清楚和简洁起见，可能省略对公知功能和结构的描述。如下所述的术语是考虑本发明中的功能而定义的术语，并且可以根据用户、用户或顾客的意图而不同。因此，遍及说明书将基于内容确定术语的定义。
[0027]本发明可以具有多种修改和多种实施例，其中现在将参照附图详细描述实施例。然而，应当理解，本发明不局限于实施例，而是本发明包括本发明的范围和精神之内的所有修改、等效物以及替换。
[0028]虽然包括诸如第一、第二等等的序数的术语可以被用于描述多种元素，但是结构元素不受术语的限制。所述词语仅仅用于将一个元素与另一个元素区分开来。例如，不脱离本发明的范围，第一结构元素可以被称为第二结构元素。类似地，第二结构元素也可以被称为第一结构元素。如此处使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关项目中的任意一个以及所有组合。
[0029]本文使用的术语仅仅用于描述本发明的多种实施例，而不意欲限制本发明。单数形式意图包括复数形式，除非上下文清楚地指示相反情况。在描述中，应当理解，术语“包括”或“具有”指示存在特征、数字、步骤、操作、结构元素、部分或其组合，并且不排除一个或多个其他特征、数字、步骤，操作、结构元素、部分或其组合的存在或添加可能。
[0030]除非不同地定义，否则本文使用的包括技术术语或科学术语的所有术语具有与本发明属于的本领域技术人员的理解相同的意义。如在通常使用的词典中定义的术语的这种术语将被解释为具有等于相关技术领域中的上下文意义，并且不被解释为具有理想或过度正式的意义，除非在本说明书中清楚地定义。
[0031]虽然本发明的实施例的以下描述使用为N-沟道金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管(FET)(即，N沟道M0SFET、NM0S或NFET)定义的术语和名称，但是本发明不限于这些术语和名称，并且同等地可适用于其他类似系统(例如，P沟道M0SFETS、或PFET、以及互补MOS(CMOS)，其中CMOS使用NFET和PFET两者)。
[0032]本发明涉及一种支持载波聚合和非载波聚合的低噪声放大器(LNA)，并且提供每个单独的信道的独立的偏置和增益控制。LNA可以被配置为接收包含单载波(S卩，非载波聚合，或常规模式)的RF信号或者包含至少两个载波(S卩，载波聚合模式)的RF信号，其中载波可以是带内、带间、连续的或非连续的。在载波聚合模式中，接收到的信号中的每个载波的偏置电流和增益可以被独立地控制。
[0033]在CA模式中，每个信道提供现有技术中未公开的独立的偏置电流控制和增益控制。当CA模式未启用(S卩，在常规模式中)时，LNA起单LNA的作用。增益控制通过分流(divert) LNA信号电流或通过变化偏置电流来实现。
[0034]LNA可以在RF-模拟接收机和电路之间接口连接以便提取基带信号。
[0035]本发明的NFET实施例中的两个或更多CA信道、或分量载波共享一个公共源极退化电感器。一个退化电感器由本发明的PFET实施例中的两个或更多CA信道共享。然而，对于本发明的CMOS实施例，使用两个退化电感器。
[0036]源极退化电感器可切换以将其电感在CA模式和非CA模式之间变化，用于在输入匹配、噪声指数和增益之间保持良好平衡，并且可以通过使用堆叠的金属层以面积有效方式制造在集成电路中。一个源极退化电感器可以在若干LNA当中共享。栅极-源极电容也可以被切换以在输入匹配和噪声指数之间保持良好平衡。
[0037]本发明的LNA可以利用完全不均衡的功率电平或阻塞电平来处理分量载波。
[0038]图1是根据本发明的实施例的、示出两个处理信道的低噪声放大器(LNA)10的示意图。然而，本发明不局限于仅具有两个信道的LNA 100。本发明的LNA 100可以具有η个信道，其中η是用户定义的整数。在载波聚合模式中，LNA 100中的每个信道可以处理聚合的分量载波中的一个或者多于一个的聚合的分量载波。
[0039]参照图1，LNA 100包括第一下NFET Ml和第二下NFET M2。第一下NFET Ml和第二下NFET M2经由它们的漏极连接。仅为了说明性目的描述NFET，并且本发明不局限于仅使用NFET的LNA 100。本发明的LNA 100可以用PFET或CMOS技术实现，其中CMOS技术使用NFET和PFET两者。
[0040]第一下NFET Ml经由连接在第一偏置电压VbiasJP第一下NFET Ml的栅极之间的第一电阻器Rl利用直流(DC)电压被独立地偏置。第一下NFET Ml还经由连接在RF输入和第一下NFET Ml的栅极之间的第一电容器Cl交流AC耦合到RF输入。第一下NFET Ml用作将RF输入电压转换为电流的跨导器。在高级LTE中，RF输入信号可以在常规模式下包含一个分量载波或在载波聚合模式下包含两个或更多分量载波。
[0041 ] 第二下NFET M2经由连接在第二偏置电压Vbias2和第二下NFET M2的栅极之间的第二电阻器R2利用直流电压被独立地偏置。第二下NFET M2还经由连接在RF输入和第二下NFET M2的栅极之间的第二电容器C2交流耦合到RF输入。第二下NFET M2用作将RF输入电压转换为电流的跨导器。
[0042]VbiasJPVbias2的值被分别地选择以使得第一下NFET Ml的偏置电流和第二下NFETM2的偏置电流被独立地控制。即，第一下NFET Ml和第二下NFET