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TWI524661B - 可變增益低雜訊放大器以及操作可變增益低雜訊放大器之方法 - Google Patents

可變增益低雜訊放大器以及操作可變增益低雜訊放大器之方法 Download PDF

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TWI524661B
TWI524661B TW103143811A TW103143811A TWI524661B TW I524661 B TWI524661 B TW I524661B TW 103143811 A TW103143811 A TW 103143811A TW 103143811 A TW103143811 A TW 103143811A TW I524661 B TWI524661 B TW I524661B
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洪全 白
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晨星半導體股份有限公司
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Description

可變增益低雜訊放大器以及操作可變增益低雜訊放大器之方法
本發明與射頻通訊裝置中的低雜訊放大器相關。
在射頻接收器中，低雜訊放大器往往是整個信號處理程序的第一環。抵達低雜訊放大器之輸入端的資訊承載信號通常是微弱且遭受雜訊破壞的。優良的低雜訊放大器應提高輸入信號的能量，並最小化放大器對放大後信號造成的負面影響，例如因放大器產生的雜訊和失真。因此，除了在操作頻帶中具有線性增益、穩定性和阻抗匹配等性質，良好的低雜訊放大器亦應有低雜訊係數(noise figure,NF)，及高相互調變(intermodulation)與壓縮點。
接收鏈的前端通常會連接一條不平衡的接地信號傳輸線，導致其與採用差動信號架構之射頻接收器間的介面問題。在差動信號架構中，目標信號的振幅是兩個會隨時間變化的信號間之電壓差異；這種做法的好處不少，例如可消除共模雜訊。若欲將單端信號系統(例如一不平衡的傳輸線)連接至採用差動信號架構的接收器，一種常見的方案是在介面上或介面附近設置一不平衡轉換器，通稱為匹配器(balun)。然而，此方案不僅增加了接收器的尺寸、複雜度及價錢，多數匹配器的頻寬亦相當有限。因此，當接收器必須接收分布在較寬頻帶中的信號時，便可能需要多個匹配器，每一匹配器各自負責目標頻譜中的一個區段。舉例而言，傳統的電視 調諧器操作在特高頻(very-high frequency,VHF)電視廣播頻段(在美國為54兆赫至216兆赫)以及超高頻(ultra-high frequency,UHF)電視廣播頻段(470兆赫至806兆赫)。此類電視調諧器中的輸入電路通常會針對VHF和UHF頻段使用不同的電路，其中各有各的匹配器、低雜訊放大器以及降頻轉換器。
可變增益低雜訊放大器經常被使用在輸入信號強度會持續變動的環境。若欲達成寬廣的動態範圍，可變增益低雜訊放大器需兼具放大功能和衰減功能。然而，許多衰減器電路中的寄生負載會對放大器的頻率範圍構成限制。
目前在無線前端技術中的一個重要研究方向是希望能以最低電路尺寸及成本設計出適用於單端至差動信號轉換介面的寬頻低雜訊放大器電路。
於一可變增益低雜訊放大器中，一輸入埠包含一信號端與一共用端，其間接收一射頻單端輸入信號。一輸出埠包含一正端與一負端，其間提供一射頻差動輸出信號。複數個放大級共同耦接至該輸入埠之該信號端。該複數個放大級包含多個共同耦接至輸出埠之負端的放大級(以下稱減數放大級)以及多個共同耦接至輸出埠之正端的放大級(以下稱被減數放大級)。一控制電路電性連接至該複數個放大級，用以啟動至多一個減數放大級和一個被減數放大級，以形成產生該射頻差動輸出信號之一差動放大級組合。
10、20‧‧‧可變增益低雜訊放大器
105‧‧‧輸入埠
105s‧‧‧信號端
105g‧‧‧共用端
110‧‧‧回授電路
120a-120b‧‧‧減數放大級
125a-125f‧‧‧電流源
130a-130c‧‧‧被減數放大級
230a-230b‧‧‧環通放大級
135‧‧‧電阻電路
140‧‧‧信號強度感應器
150‧‧‧控制電路
155‧‧‧控制器
160‧‧‧輸出埠
160p‧‧‧正端
160m‧‧‧負端
260‧‧‧輸出埠
260s‧‧‧信號端
260g‧‧‧共用端
310‧‧‧HHG操作模式
320‧‧‧LHG操作模式
330‧‧‧HLG操作模式
340‧‧‧LLG操作模式
S1-S6‧‧‧組態開關
SF1~SF2‧‧‧回授阻抗選擇開關
M1~M14‧‧‧電晶體
RF0~RF2‧‧‧回授電阻
R1~R7‧‧‧電阻
VIN‧‧‧輸入信號
VBP、VBN‧‧‧閘極電壓
VH1-VH2、VC‧‧‧電壓供應端
VL1-VL2‧‧‧低電壓端
VOUT‧‧‧差動輸出信號
VOP、VOM‧‧‧輸出信號成分
VSENSE‧‧‧信號強度指示
LTO‧‧‧環通輸出信號
400‧‧‧放大程序
405~435‧‧‧流程步驟
圖一為根據本發明之一實施例中的可變增益低雜訊放大器之示意圖。
圖二為根據本發明之另一實施例中的可變增益低雜訊放大器之示意圖。
圖三A~圖三D各自為根據本發明之一可變增益低雜訊放大器對應於不同操作模式的示意圖。
圖四為根據本發明之一實施中的放大程序之流程圖。
以下各實施例及其相關圖式可充分說明本申請案的發明概念。各圖式中相似的元件編號係對應於相似的功能或元件。須說明的是，此處所謂本發明一辭係用以指稱該等實施例所呈現的發明概念，但其涵蓋範疇並未受限於該等實施例本身。此外，本揭露書中的數學表示式係用以說明與本發明之實施例相關的原理和邏輯，除非有特別指明的情況，否則不對本發明之範疇構成限制。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可理解，有多種技術可實現該等數學式所對應的物理表現形式。
須說明的是，本發明的圖式包含呈現多種彼此關聯之功能性模組的功能方塊圖。該等圖式並非細部電路圖，且其中的連接線僅用以表示信號流。功能性元件及/或程序間的多種互動關係不一定要透過直接的電性連結始能達成。此外，個別元件的功能不一定要如圖式中繪示的方式分配，且分散式的區塊不一定要以分散式的電子元件實現。
本發明提供的技術與射頻接收器中用以接收單端輸入信號(例如透過一條不平衡的傳輸線或單一導線)、產生差動輸出信號(例如透過一平衡的傳輸線或差動導線對)的低雜訊放大器相關。以下說明主要以電視接收器前端電路為例，但本發明的範疇不以此為限。根據此揭露書的內容，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可理解，其他放大器亦可能實現本發明的概念；本發明的範疇涵蓋該等變型態樣。
圖一呈現根據本發明之一實施例中的可變增益低雜訊放大器10 之示意圖。舉例而言，可變增益低雜訊放大器10可被整合進電視接收器中，例如電視本身或其相關裝置(例如機上盒)，用以放大特高頻(VHF)和超高頻(UHF)電視頻段中的信號。在這個情況下，可變增益低雜訊放大器10被設計為用以放大頻率範圍大約在50兆赫至900兆赫間的信號。輸入埠105包含一信號端105s與一共用端105g，並於此之間接收一射頻單端輸入信號VIN。輸出埠160包含一正端160p與一負端160m，並於其間輸出一射頻差動輸出信號VOUT至目標負載電路(未繪示)。易言之，可變增益低雜訊放大器10接收單端輸入信號VIN並據此產生差動信號VOUT。
差動輸出信號VOUT係由輸出信號成分VOP和輸出信號成分VOM間的差異構成。差動輸出信號VOUT可被視為一被減數信號VOP與一減數信號VOM間的差異，亦即VOUT=VOP-VOM。須說明的是，此命名方式意不在限制本發明之範疇，而是期以一致且精準的明述方式表達各實施例中的不同組態和信號特性。
可變增益低雜訊放大器10包含複數個減數放大級120a-120b(以下統稱減數放大級120)以及複數個被減數放大級130a-130c(以下統稱被減數放大級130)。“減數”和“被減數”對應於放大級120或130產生的差動信號成分。須說明的是，雖然可變增益低雜訊放大器10被繪示為由金氧半場效電晶體(MOSFET)構成，但本發明的範疇不以此為限。透過此揭露書，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可理解其他類型的電晶體亦能實現本發明。
可變增益低雜訊放大器10包含一控制電路150，其中又包含一控制器155、組態開關S1-S6、回授阻抗選擇開關SF1-SF2，以及由電晶體M5實現之一截斷開關(以下稱截斷開關M5)。控制器155可利用合適的電路實現，以達成隨後將詳述的多種監看和控制功能。舉例而言，控制器155可為類比電路、數位電路，或是類比電路和數位電路的組合，亦可為將類比信號轉介至數位電路的中間電路，或是將數位信號轉介至類比電路 的中間電路。控制器155可包含固定式及/或可程式化的邏輯電路，例如但不限於可程式化邏輯閘陣列、針對特定應用的積體電路、微控制器、微處理器、數位信號處理器。此外，控制器155可被設計為透過執行一記憶體(未繪示)中所儲存之處理器指令，來完成多種任務。實務上，控制器155可為一更大控制電路的一部份；該更大控制電路可用於控制可變增益低雜訊放大器10所隸屬的接收器。開關S1-S6、SF1-SF2可利用射頻切換裝置來實現，其頻率範圍係根據可變增益低雜訊放大器10所需者而選定。
可變增益低雜訊放大器10中的回授電路110包含一個或多個串聯的電阻RF0-RF2。須說明的是，“回授電路”係一概稱；回授電路110不需要在所有情況下皆提供回授功能。回授電路110的實際功能由控制電路150控制。回授電路110之一端連接於輸出埠160的負端160m，另一端連接於輸入埠105的信號端105s。截斷開關M5和電晶體M7的汲極皆連接至輸出埠160的負端160m。電晶體M6、M7的閘極皆連接至輸入埠105的信號端105s。因此，減數放大級120皆連接至回授電路110。如隨後將詳述者，於提供輸出信號成分VOM時，控制電路150可選擇啟動減數放大級120中的一個或多個減數放大級，或不啟動任何減數放大級120。被啟動的減數放大級120之增益至少有一部分相關於回授電路110建立的阻抗(以下統稱回授阻抗RF)。控制電路150利用控制一個或多個開關(SF1、SF2)進入導通狀態(亦即略過相對應的回授電阻RF1-RF2)可達成一特定阻抗RF，亦可控制一個或多個開關進入未導通狀態(亦即將相對應的回授電阻RF1-RF2納入阻抗RF)。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可理解，此外亦有其他不背離本發明精神的可變阻抗機制。
於一實施例中，開關SF1-SF2皆處於未導通狀態，達成最大阻抗RF=RF0+RF1+RF2，足以阻斷輸入信號VIN行經自信號端105s通過回授電路110至負端160m的信號路徑。在許多情況下，為配合其他設計限制例如最大增益、輸入阻抗等等，將阻抗RF設定為最大阻抗是常見的 結果。然而，須說明的是，本發明的範疇並未限定於一特定最大阻抗或一特定最小阻抗。
被減數放大級130亦耦接至輸入埠105。如繪示於圖一，電晶體M8、M11之閘極皆連接至信號端105s。在被減數放大級130c中，電晶體M10的閘極於耦接至信號端105s時通過會將輸入信號VIN衰減之一信號路徑，例如電阻電路135中的電阻R6。此外，被減數放大級130皆連接至輸出埠160的正端160p。
放大級120和130分別於一電壓供應端(後稱高電壓端)，例如VH1-VH2，以及一低電壓端(例如VL1-VL2)間建立出一偏壓電流路徑。如圖一所示，高電壓端VH1、VH2的電壓不必相等，低電壓端VL1、VL2亦然。此外，高電壓端VH1和低電壓端VL1間的電壓差異不需要等於高電壓端VH2和低電壓端VL2間的電壓差異。
電流源125a-125d(以下統稱電流源125)可設置於放大級120、130的偏壓電流路徑中，以提供偏壓電流。電流源125提供的偏壓電流大小可透過一閘級電壓來建立。圖一中以p型MOSFET構成的電流源125a-125c所提供之偏壓電流與閘極電壓VBP成比例，而圖一中以n型MOSFET構成的電流源125d所提供之偏壓電流與閘極電壓VBN成比例。於此實施例中，VBP和VBN係受控於控制電路150，但本發明的範疇不以此為限。舉例而言，在某些實施例中，閘極電壓VBP及/或VBN可由一電源供應器或一電壓調整器提供，並且被設定為固定電壓。須說明的是，本發明的範疇並未限定於一特定偏壓技術，放大器設計領域中具有通常知識者可理解各種偏壓機制對於小信號增益、輸入和輸出阻抗等特性的影響，其細節不再贅述。
控制電路150可啟動或一個或多個減數放大級120及/或被減數放大級130(以下統稱一差動放大器組合)，以產生差動輸出信號VOUT。 控制電路150可選擇一差動放大器組合，以達成特定增益GO=VOUT/VIN。須說明的是，“增益”一辭於此係用以表示當VOUT之振幅高於VIN之振幅時之放大量，當VOUT之振幅低於VIN之振幅時之衰減量，或是當VOUT之振幅大致等於VIN之振幅時之緩衝(buffering)量。假設於該差動放大器組合中，減數放大級120之增益為GM而被減數放大級130之增益為GP，則VOUT=VOP-VOM=GP．VIN-GM．VIN，亦即GO=GP-GM。放大級120、130之電路元件可被設計為達到特定增益。於一實施例中，所有被減數放大級130的增益GP皆大致為1，而增益GM為下列參數的函數：(1)有哪幾個或無任何減數放大級120被啟動，以及(2)控制電路150令被啟動之減數放大級120具有的電路組態。在這個情況下，各個減數放大級120可被設計為提供不同的增益。此外，減數放大級120可透過組態開關S1-S6被連接至其他電路，以輔助或取代原偏壓電路路徑中的元件，進而產生另一增益。舉例而言，根據本發明之實施例可利用這種組態選擇方式，令增益GO可在+20dB到-10dB的範圍內變化；隨後將有詳細的實施例。須說明的是，本發明的範疇不以此為限。
根據本發明之一實施例根據輸入信號VIN之信號強度選擇適當的差動放大器組合以及增益GO。因此，本發明實施例可包含一信號強度感應器140，其感應範圍涵蓋輸入信號VIN所有可能的信號強度。本發明之範疇並未限定於特定信號強度感應器，其範例包含包含波峰偵測器、波封偵測器等等。信號強度感應器140產生一信號強度指示VSENSE(例如指出VIN之振幅大小)，交由後續裝置(例如控制器155)處理。
圖二呈現本發明之一實施例的可變增益低雜訊放大器20之示意圖。除了新增用以提供環通功能的放大級230a-230b(以下統稱環通放大級230)之外，可變增益低雜訊放大器20與圖一中的可變增益低雜訊放大器10相同。為避免圖面過度複雜，感應器140被省略未繪出。在這個實施例中，可變增益低雜訊放大器20不僅於輸出埠160產生一差動輸出信號 VOUT，亦於輸出埠260的信號端260s和共用端260g之間產生一單端輸出信號(以下統稱環通輸出信號LTO)。如繪示於圖二，環通放大級230被設計為源極隨耦器，於各自的偏壓電流路徑設有電流源125e-125f。環通輸出信號LTO為輸入信號VIN經過緩衝後的複製信號。可變增益低雜訊放大器20之控制電路150包含組態開關S7-S8，用以根據產生該複製信號所需要的電壓範圍，選擇環通放大級230中的一個。如繪示於圖二，電流源125e包含一電阻R4，而電流源125f未包含類似的電阻。因此，相較於環通放大級230a，環通放大級230b具有較大的動態範圍。須說明的是，電流源125c、125d存在相同的結構差異，因此，亦可根據產生該複製信號所需要的電壓範圍選擇被減數放大級130。於一實施例中，被減數放大級130和環通放大級230被一起選擇；被減數放大級130a和環通放大級230a會被一起啟動，而被減數放大級130b/130c(皆包含電流源125d)和環通放大級230b會被一起啟動。
根據本發明之一實施例定義了不同的操作模式，以令可變增益低雜訊放大器20(或可變增益低雜訊放大器10)達到特定增益GO。舉例而言，可變增益低雜訊放大器20可受控制電路150控制，被選擇性地組態為高高增益(HHG)模式、低高增益(LHG)模式、高低增益(HLG)模式與低低增益(LLG)模式。組態開關S1-S3、S5-S8和截斷開關M5被設置於放大級120、130的偏壓電路路徑中，組態開關S4被設置於電阻電路135中。控制器155可透過複數個信號線，分別控制開關S1-S8、SF1-SF2和截斷開關M5進入導通(閉路)或未導通(開路)狀態，以選擇可變增益低雜訊放大器20的操作模式。
圖三A~圖三D(以下統稱圖三)各自為根據本發明之一可變增益低雜訊放大器對應於HHG、LHG、HLG、LLG操作模式的示意圖。於說明圖三時主要以圖二中的可變增益低雜訊放大器20為例；若略過與環通路徑相關的描述，亦適用於圖一中的可變增益低雜訊放大器10。為避 免圖面過度複雜，控制器155、電壓感應器140和多條控制信號線雖然仍會發揮作用，但於圖三中被省略未繪出。
圖三A為可變增益低雜訊放大器20處於HHG操作模式的示意圖。控制電路150可於判定目前輸入信號VIN相對較弱時選擇HHG操作模式。在這個情況下，控制電路150可設定開關S1、S3、S7進入導通狀態，截斷開關M5與回授阻抗選擇開關SF2亦然。其他所有的開關則是被設定為未導通狀態。偏壓閘極電壓VBP被控制為在有負載電阻R1、R3、R4的情況下，為電晶體M6、M8、M9建立適當的偏壓電流。在HHG操作模式中不需要偏壓閘極電壓VBN，但偏壓閘極電壓VBN仍可存在。於此HHG組態，減數放大級120a被組態為一並聯回授-共用源極放大器，而被減數放大級130a被組態為一源極隨耦器。放大級120a、130a構成差動放大器組合，且環通放大級230a被啟動以提供環通輸出信號LTO。在HHG組態310中，放大級120a之增益GM為下列參數的函數：電晶體M6之互導gm6、回授阻抗RF=RF0+RF1之並聯阻抗、電流源125a之負載阻抗，以及考量通道長度調變之電晶體M6的汲極阻抗。這些參數被設定為將放大級120a組態為可變增益低雜訊放大器20中具有最高增益的放大級。放大器設計領域中具有通常知識者可理解，放大級130a和230a的增益GP大致等於一。因此，單端環通輸出信號LTO大致相同於輸入信號VIN，差動輸出信號VOUT則大致為：VOUT=VOP-VOM=VIN-GCS．VIN=(1-GCS)．VIN。由於共用源極放大器之增益GM為負值，差異VOP-VOM被建設性結合，使得GO高於GP和GM。
須說明的是，當開關S1處於導通狀態且電晶體M1、M7之汲極彼此相連，電晶體M7可取得偏壓電流。電阻R7可提供適當的阻抗，以避免電晶體M7被啟動；電晶體M6之源極便未設有此類阻抗。
圖三B為可變增益低雜訊放大器20處於LHG操作模式320的示意圖。在這個情況下，控制電路150可設定開關S2、S3、S7、SF1-SF2 皆進入導通狀態，其他所有的開關則是被設定為未導通狀態。須說明的是，截斷開關M5被設定為未導通狀態是為了避免放大級120a自電流源125b吸收偏壓電流，進而導致電晶體M6進入關閉狀態。與在HHG模式相同，被啟動以提供輸出信號成分VOP和環通輸出信號LTO的為源極隨耦器130a、230a。HHG和LHG模式的增益差異係由以下兩個差異造成：(1)減數放大級120a、120b的差異，(2)回授阻抗RF的差異。如繪示於圖三B，放大級120b包含源極電阻R7，因此會使其增益低於電路結構相似的放大級120a。相較於HHG模式，LHG模式的回授阻抗RF較低，其差異大致為阻抗RF1。
圖三C為可變增益低雜訊放大器20處於HLG操作模式330的示意圖。在這個情況下，控制電路150可設定開關S4、S5、S8皆進入導通狀態，並設定其他開關進入未導通狀態。因此，電流源125a-125c、125e被啟動且阻抗RF被設定為最大值。藉此，電晶體M7被迫進入截止狀態，因此未啟動減數放大級120b(藉由設定截斷開關M5為開路，減數放大級120a保持未啟動)。由於兩個減數放大級120皆未啟動，VOM將為經過阻抗RF衰減的輸入信號VIN。因此，當阻抗RF大到足以禁止輸入信號VIN通過回授電路110，輸出信號成分VOM相對較低，例如大致等於零伏特。同時，VOP係提供自n型源極隨耦器130b，而環通輸出信號LTO係提供自源極隨耦環通放大器230b。這些源極隨耦器之增益皆各自大致為一(如同忽略電阻R3、R4的源極隨耦器130a、230a)，可允許信號VOP具有較大的電壓振幅。差異VOUT=(VOP-VOM)(VIN-0)=VIN。
本發明所屬技術領域中具有通常知識者可理解，若電晶體M6、M7皆處於截止狀態，可變增益低雜訊放大器20的輸入阻抗不再是閉路負回授之函數(如同當電晶體M6或M7處於飽和狀態時)。如先前所述，輸入阻抗匹配(例如匹配耦接至輸入埠105之一傳輸線的特徵阻抗)造成的限制，可能會令阻抗RF需要具有相當大的阻抗值，且只有透過負回授始能 達成輸入阻抗匹配。當電晶體M6、M7皆處於截止狀態，負回授便無法實現，進而影響可變增益低雜訊放大器20的輸入阻抗。於一實施例中，電阻電路135的阻抗被選擇為實現一小信號並聯阻抗，等於目標輸入阻抗，例如75Ω。在這個情況下，可變增益低雜訊放大器20的輸入阻抗可能為被啟動的被減數放大級120之閉路輸入阻抗(開關S4操作於未導通狀態)，或者為電阻電路135之並聯阻抗(開關S4處於導通狀態，兩個被減數放大級120皆未啟動)。
圖三D為可變增益低雜訊放大器20處於LLG操作模式340的示意圖。控制電路150可設定開關S4、S6、S8進入導通狀態，並設定其他開關進入未導通狀態。因此，當可變增益低雜訊放大器20處於HLG操作模式330，放大級120未啟動。如同HLG模式330，環通信號LTO係提供自源極隨耦器環通放大級230b。然而，輸出信號成分VOP係提供自被減數放大級130c；被減數放大級130c之輸入信號係取自電阻電路135中的電阻R5、R6間之一電路節點。因此，信號VIN在被減數放大級130c之輸入端被衰減(放大級130c之增益大致等於一)，而衰減後的信號VIN於輸出埠160成為信號成分VOP。相似地，輸出信號成分VOM大致為零，而差異VOUT=VOP-VOM=VIN。
圖四為根據本發明之一實施中的放大程序400之流程圖。步驟405為決定信號VIN的信號強度，例如利用電壓感應器140。電壓感應器140可產生一電子信號，指出輸入信號VIN之振幅可被拿來與多個門檻值比較，例如利用控制器155。信號VIN之振幅可被拿來和一組強弱不同的門檻值比較，例如最弱信號強度門檻<中等信號強度門檻<最強信號強度門檻，其中各門檻定義了不同操作模式間的邊界。當|VIN|<最弱信號強度門檻，控制電路150可控制根據本發明之一可變增益低雜訊放大器，例如可變增益低雜訊放大器10或20，進入HHG模式310，如繪示於步驟410。若步驟405判定最弱信號強度門檻|VIN|中等信號強度門檻，控 制電路150可控制可變增益低雜訊放大器20進入LHG模式320，如繪示於步驟415。若步驟405判定中等信號強度門檻<|VIN|最強信號強度門檻，放大程序400可執行步驟420，即令控制電路150控制可變增益低雜訊放大器20進入HLG模式330。若步驟405判定|VIN|>最強信號強度門檻，放大程序400可執行步驟425，即令控制電路150控制可變增益低雜訊放大器20進入LLG模式340。一旦可變增益低雜訊放大器已被適當地組態完成，放大程序400便執行步驟430，亦即利用被啟動的差動放大器組合放大、緩衝或衰減信號VIN；差動輸出信號VOUT=VOP-VOM係由輸出埠160提供。步驟435為由被啟動的環通放大級於環通輸出埠260提供單端環通信號LTO。須說明的是，放大程序400可被重複執行，以配合輸入信號VIN不斷改變的信號強度，持續動態調整增益。
本發明之實施例的概念所呈現之功能性元件可被編碼並儲存為電腦可讀取媒體中的處理器指令，以進行製造、運輸、行銷及/或販售。無論該等處理器指令被執行的處理平台為何，亦無論該等處理器指令的編碼方式為何，本發明的概念皆可被實現。須說明的是，只要儲存於其中的指令可被一處理器依序擷取、解碼、執行，上述電腦可讀取媒體可為任一種非暫態媒體。非暫態電腦可讀取媒體包含但不限於：唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)和其他電子儲存裝置、CD-ROM、DVD和其他光學儲存裝置、磁帶、軟碟、硬碟及其他磁性儲存裝置。該等處理器指令可利用各種程式語言實現本發明。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
10‧‧‧可變增益低雜訊放大器
105‧‧‧輸入埠
105s‧‧‧信號端
105g‧‧‧共用端
110‧‧‧回授電路
120a-120b‧‧‧減數放大級
125a-125d‧‧‧電流源
130a-130c‧‧‧被減數放大級
135‧‧‧電阻電路
140‧‧‧信號強度感應器
150‧‧‧控制電路
155‧‧‧控制器
160‧‧‧輸出埠
160p‧‧‧正端
160m‧‧‧負端
S1-S6‧‧‧組態開關
SF1~SF2‧‧‧回授阻抗選擇開關
RF0~RF2‧‧‧回授電阻
VIN‧‧‧輸入信號
VBP、VBN‧‧‧閘極電壓
VH1-VH2、VC‧‧‧電壓供應端
VL1-VL2‧‧‧低電壓端
VOUT‧‧‧差動輸出信號
VOP、VOM‧‧‧輸出信號成分
VSENSE‧‧‧信號強度指示
R1~R3、R5~R7‧‧‧電阻
M1~M3、M5~M8、M10~M11、M13‧‧‧電晶體

Claims (20)

  1. 一種可變增益低雜訊放大器，包含：一輸入埠，包含一信號端與一共用端，一射頻單端輸入信號係提供至該信號端與該共用端之間；一輸出埠，包含一正端與一負端，輸出一射頻差動輸出信號；複數個放大級，共同耦接至該輸入埠之該信號端，該複數個放大級包含：複數個減數放大級，共同耦接至該輸出埠之該負端；以及複數個被減數放大級，共同耦接至該輸出埠之該正端；以及一控制電路，電性連接至該複數個放大級，用以啟動一個減數放大級並啟動一個被減數放大級，以構成一差動放大器組合，以由該單端輸入信號產生該差動輸出信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之放大器，進一步包含：一回授電路，電性連接至該輸出埠之該負端與該輸入埠之該信號端，該回授電路包含一可變電阻回授路徑。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之放大器，其中該控制電路包含：複數個開關電路，分別設置於該複數個放大級各自之偏壓電流路徑中，且與複數個電壓供應端相連，各開關電路被分別操作於一導通狀態或一未導通狀態；以及一控制器，根據施加於該輸入信號之一增益量產生一控制信號，使該複數個開關電路選擇性地進入該導通狀態與該未導通狀態。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之放大器，其中該複數個放大級進一步包含：複數個電流源，設置於該複數個放大級各自之偏壓電流路徑中，與 該複數個開關電路串聯；以及一電阻電路，耦接於該複數個電壓供應端中之一與該輸入埠之該信號端之間，且透過該複數個開關電路之一被選擇性地連接至該電壓供應端。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之放大器，其中該複數個減數放大級進一步包含：複數個電晶體，設置於該複數個減數放大級之偏壓路徑中，該複數個電晶體之所有汲極被共同耦接至該回授電路之一端，該複數個電晶體之所有閘極被共同耦接至該回授電路之另一端；其中，回應於該控制信號，該複數個電晶體構成複數個並聯回授-共用源極放大器，且該複數個並聯回授-共用源極放大器各自之增益值有至少一部分係根據該回授電路中被選擇之一阻抗而決定；以及複數個電阻，設置於該複數個減數放大級之偏壓路徑中，該複數個並聯回授-共用源極放大器各自之增益值有至少一部份係根據該複數個電阻之值而決定，使得該複數個增益各不相同。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之放大器，其中該複數個被減數放大級進一步包含：複數個電晶體，設置於該複數個被減數放大級之偏壓路徑中，以形成複數個源極隨耦放大器。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之放大器，其中該控制器比較該輸入信號之信號強度與預先決定之一組信號強度門檻，並據此產生該控制信號，以建立施加於該輸入信號之該增益量。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之放大器，其中，當該輸入信號強度低於一信號強度門檻，該控制器產生該控制信號，以控制該開關電路關閉具有最高增益之該減數放大級之偏壓電流路徑。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之放大器，其中若該輸入信號強度高於另一信號強度門檻，該控制器產生該控制信號，以開啟該複數個減數放大級之偏壓電流路徑，並連接該電阻電路至該電壓供應端。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之放大器，其中若該輸入信號強度高於一第三信號強度門檻，該控制器產生該控制信號，以進一步關閉該複數個源極隨耦放大器中之一源極隨耦放大器，其中被關閉之該源極隨耦放大器具有衰減該輸入信號之一輸入信號路徑。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之放大器，其中衰減該輸入信號之該輸入信號路徑包含一節點，該節點位於該電阻電路中之複數個電阻間。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之放大器，進一步包含：一環通埠，包含一信號端與一共用端，其間提供一射頻單端環通信號；以及複數個環通放大級，共同耦接至該輸入埠之該信號端與該環通埠之該信號端，用以緩衝該輸入信號，成為該射頻單端環通信號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之放大器，其中該控制電路同時啟動該複數個環通放大級之一與該差動放大器組合中之該被減數放大級。
  14. 一種操作可變增益低雜訊放大器之方法，包含：決定一射頻單端輸入信號之一輸入信號強度，該射頻單端輸入信號係由一放大器之一輸入埠所接收，並且係輸入至該輸入埠之一信號端與一共用端之間；啟動一差動放大器組合，以根據該輸入信號強度施加一增益量於該輸入信號，被啟動之該差動放大器組合包含複數個減數放大級中之一個減數放大級以及複數個被減數放大級中之一個被減數放大級，該複數個減數放大級共同連接至一輸出埠之一負端，該複數個被減數放大級共同連接至該輸出埠之一正端；以及 提供一差動信號成分至該輸出埠之該正端，來自被啟動之該差動放大器組合中之該被減數放大級，以及提供另一差動信號成分至該輸出埠之一負端，來自被啟動之該差動放大器組合中之該減數放大級，藉此於該輸出埠之該正端與該負端間提供一射頻差動輸出信號。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，進一步包含：決定該增益量，其係根據該輸入信號強度與預先決定之一組由最弱排列至最強之信號強度門檻之一比較結果。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中決定該增益量包含：當該輸入信號強度低於一最弱信號強度門檻，產生一控制信號，以啟動該差動放大器組合，使該差動放大器組合包含被組態為並聯回授-共用源極放大器之該複數個減數放大級之一以及被組態為源極隨耦放大器之該複數個被減數放大級之一，其中被啟動之該減數放大級於該複數個減數放大級中具有最高增益。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中產生該控制信號包含：當該輸入信號強度超過該最弱信號強度門檻但低於一中等信號強度門檻，產生該控制信號，以啟動該差動放大器組合，該差動放大器組合包含另一被組態為並聯回授-共用源極放大器之減數放大級以及另一組態為該源極隨耦放大器之被減數放大級，其中被啟動之該減數放大級之增益低於該最高增益。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中產生該控制信號進一步包含：當該輸入信號強度高於該中等信號強度門檻但低於一最強信號強度門檻，產生該控制信號，以啟動該差動放大器組合，該差動放大器組合包含第二個被組態為源極隨耦放大器之被減數放大級，且不包含任何啟動之減數放大級，其中第二個被啟動之該源極隨耦 放大器之信號範圍大於前述第一個被啟動之該源極隨耦放大器。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中產生該控制信號進一步包含：當該輸入信號強度高於該最強信號強度門檻，產生該控制信號，以啟動該差動放大器組合，該差動放大器組合包含第三個被組態為源極隨耦放大器之被減數放大級且不包含任何減數放大級，其中第三個被啟動之該源極隨耦放大器具有衰減該輸入信號之一輸入信號路徑。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之方法，包含：產生一控制信號，以啟動複數個環通放大級中之一環通放大級，該複數個環通放大級共同耦接至一環通埠之一信號端；以及自被啟動之該環通放大級提供一射頻單端環通信號於該環通埠之該信號端與一共用端之間。
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