[发明专利]具有可变中和的差分放大器

说明书

所公开的示例包括差分放大器电路(100)和用于在放大器输入节点(101)与放大器输出节点(111)之间提供可调中和阻抗的可变中和电路(120)，该可变中和电路(120)包括具有串联在放大器输入端和输出端之间的第一阻抗元件(C1)和第二阻抗元件(C2)并具有第三阻抗元件(C3)的中和阻抗T电路，该第三阻抗元件包括连接到第一阻抗元件与第二阻抗元件之间的节点的第一端子以及连接到晶体管(MN3)的第二端子(125)。该晶体管根据控制信号(VC‑1)进行操作以控制放大器输入节点(101)与放大器输出节点(111)之间的中和阻抗。

相关申请的参考

根据35U.S.C.§100，本申请要求于2017年3月20日提交的标题为“A tunable gaincommon source differential amplifier with variable neutralization”的美国临时专利申请号62/473,639的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

差分放大器被用于各种应用中，包括放大接收信号、在芯片上分配本地时钟以及在毫米波雷达系统中传输信号。中和/中性化(neutralization)有时被用于通过在输入端子和输出端子之间提供正反馈来增强差分放大器晶体管的增益。电容器中和涉及在放大器输出端和放大器输入端之间连接中和电容器以中和放大器晶体管的栅极至漏极电容。这种连接以交叉耦合的方式实现，其中正漏极端子连接到负栅极端子，反之亦然。许多毫米波共源极差分放大器设计使用中和来增加晶体管的工作功率增益并改善反向隔离。然而，制造工艺的变化导致工艺扩展，并且中和电容器或晶体管的电容可能变化很大。使用工艺可变的中和电容器的放大器设计面临整个工艺中的增益和稳定性挑战。为了确保在一个工艺极端情况下的稳定性，放大器增益必须在其它极端情况下被牺牲。可以调整或调谐放大器增益性能以对抗工艺增益和稳定性变化。例如，放大器晶体管的栅极偏压可以变化。然而，由于该技术不抵消由于重叠电容引起的增益减小，因此不能总是使用栅极偏置调整来恢复全部增益扩展。而且，改变器件的偏置也会显著影响其他RF参数，例如器件的噪声系数和线性度。另一种方法使用变容二极管代替固定金属互连中和电容器。然而，与金属电容器相比，变容二极管在毫米波频率下具有较低的品质因数(Q)，并且这会降低放大器增益。另一种方法是在放大器晶体管上使用分流开关，以降低开关接通时的增益。该方法不会改变放大器级的固有增益，并且在设计匹配网络时必须考虑由开关引起的有限阻抗偏移。因此，需要改进以提供稳健的放大器增益和工艺变化时的稳定性能。

发明内容

所公开的示例包括差分放大器电路和可变中和电路，以在放大器输入节点和放大器输出节点之间提供可调中和阻抗。可变中和电路包括具有串联在放大器输入端和输出端之间的第一阻抗元件和第二阻抗元件的T电路。第三阻抗元件包括与第一阻抗元件和第二阻抗元件之间的节点耦合的第一端子以及连接到地的第二端子。在某些示例中，第三阻抗元件是诸如可变电容器之类的电容器，该可变电容器形成为与充当开关的晶体管串联的变容二极管或固定金属互连电容器。控制信号改变T路径中的阻抗元件的阻抗，从而改变放大器输入节点和放大器输出节点之间的中和阻抗。在某些示例中，差分放大器包括具有第一和第二n沟道场效应晶体管的共源极差分对电路。在某些示例中，第三阻抗元件是MOS电容器。控制电路提供控制信号来操作晶体管。在某些示例中，控制电路提供双态控制，以便关断晶体管以提供用于高增益操作的第一中和阻抗值，或者将晶体管至少部分地导通以降低中和阻抗和差分放大器增益。在某些实施方式中，控制电路包括在制造期间可配置的熔丝电路，以允许增益调整来补偿工艺变化。在某些示例中，熔丝电路或数模转换器电路(DAC)提供允许对中和阻抗和放大器增益进行多位控制的控制电路。在其他示例中，传感器根据差分放大器电路的电路温度或其他环境条件提供输出信号，以直接或间接地设置控制信号的电平，从而在电路工作期间调适中和阻抗和放大器增益。

附图说明

图1是具有可变中和电路的差分放大器的示意图，该可变中和电路具有电容性T电路和晶体管开关，以在放大器输入端和输出端之间提供可调中和电容。

图2是具有另一示例性可变中和电路的差分放大器的示意图。