專利名稱：可變增益控制電路和具有該電路的集成電路器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可變增益控制電路，并且特別涉及一種嵌入到集成電路器件中的可變增益控制電路。
背景技術(shù)：
可變增益控制電路用于控制依賴于距離或其它通信環(huán)境的傳輸輸出增益的量，特別是當傳送信號和在移動通信終端和基站之間發(fā)射或接收波時。輸出增益的控制可以提高功率效率和防止不必要的電流泄漏到相鄰信道中。
圖1是傳統(tǒng)可變增益控制電路的電路圖。參照圖1，傳統(tǒng)可變增益控制電路包括輸入匹配電路111，模擬控制電路121，輸出匹配單元131，雙極晶體管141-143和電感器151。
類似于差分放大器，根據(jù)加到雙極晶體管141、142基極的電壓差值，電流入雙極晶體管143。通過控制經(jīng)模擬控制電路121加到雙極晶體管141、142的基極的控制電壓Vc的大小，來控制流到雙極晶體管143的電流量。當高頻信號S1經(jīng)輸入匹配電路111輸入到雙極晶體管143時，可變增益控制電路101放大該信號，并且產(chǎn)生一輸出信號并經(jīng)輸出匹配單元131在S2輸出該輸出信號。輸入匹配單元111阻抗匹配輸入信號S1，且輸出匹配單元131阻抗匹配連接到S2的電路。
在可變增益控制電路101中，要求附加模擬控制電路121能進行更精確的線性控制。因此，裝備有可變增益控制電路101的集成電路器件需要更大的空間，具有更高的電流功耗和寄生效應(yīng)。
因此，存在對可變增益的變化范圍大且沒有模擬控制電路的可變增益控制電路的需求。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種可變增益控制電路，其包括雙極晶體管，用于放大加到基極的輸入信號，并經(jīng)集電極輸出一輸出信號；串行交換單元，其被連接在雙極晶體管的發(fā)射極和第一電壓節(jié)點之間；和并行交換單元，其被連接在雙極晶體管的集電極和第一電壓節(jié)點之間，并且，其中在激活串行交換單元且停用并行交換單元的高增益模式下，可變增益控制電路的增益提高；在停用串行交換單元且激活并行交換單元的低增益模式下，可變增益控制電路的增益下降。最好經(jīng)并行交換單元將雙極晶體管的部分輸出信號引入到該雙極晶體管中。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可變增益控制電路還包括輸入匹配單元，其被連接到雙極晶體管的基極上，且使輸入信號與雙極晶體管阻抗匹配；和輸出匹配單元，其被連接到雙極晶體管的集電極上，且使輸出信號與連接到可變增益控制電路的外部器件阻抗匹配。
串行交換單元包括一個電路，其在被激活時，具有降低的等效電阻，在被停用時，具有提高的等效電阻。
串行交換單元最好連接在雙極晶體管的發(fā)射極和地之間，并且響應(yīng)于第一控制電壓而開始工作，該第一控制電壓在高增益模式下是高電平且在低增益模式下是低電平，且并行交換單元連接在雙極晶體管的基極和集電極之間，并且響應(yīng)于第二控制電壓而開始工作，該第二控制電壓在高增益模式下是低電平且在低增益模式下是高電平。
也提供了具有可變增益控制電路的集成電路器件，其包括輸入襯底(pad)，用于接收外部輸入信號；第一控制襯底，用于接收第一控制電壓；第二控制襯底，用于接收第二控制電壓；輸出襯底，用于輸出可變增益控制電路的輸出信號；雙極晶體管，用于接收和放大輸入信號，并經(jīng)集電極輸出輸出信號；反饋電路，用于有選擇地將一部分輸出信號耦合到雙極晶體管的基極上，以便改變放大增益。反饋電路包括第一電容器，其用于將輸出信號的高頻部分耦合到雙極晶體管的輸入端上。
集成電路器件還包括第二電容器，其被連接到電場效應(yīng)晶體管的柵極并消除在電場效應(yīng)晶體管的柵極出現(xiàn)的高頻噪聲。
串行交換電路包括第一電場效應(yīng)晶體管，其用于接收經(jīng)柵極從輸入襯底輸入的信號，其漏極被連接到雙極晶體管的發(fā)射極且源極接地；和第一電感器，其被連接到第一電場效應(yīng)晶體管的漏極和源極之間。
根據(jù)優(yōu)選實施例的集成電路器件還包括輸入匹配單元，其包括連接在輸入襯底和地之間的電感器、連接在電感器和雙極晶體管的基極之間的電容器、和連接在雙極晶體管的集電極和輸出襯底之間的輸出匹配單元，并使經(jīng)輸出襯底輸出的信號與連接到輸出襯底的外部器件相匹配。


當參照附圖來閱讀優(yōu)選實施例的詳細目的時，本發(fā)明的實施例將會變得更加清晰，其中圖1是傳統(tǒng)可變增益控制電路的電路圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可變增益控制電路的電路圖；圖3是示出了圖2中說明的可變增益控制電路的特性曲線的圖；和圖4是具有根據(jù)本發(fā)明的可變增益控制電路的集成電路器件的電路圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖更詳細地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。不同圖中的相同參考標號表示相同的部件。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的可變增益控制電路的電路圖。參照圖2，可變增益控制電路201包括雙極晶體管211、串行交換單元221、并行交換單元231、輸入匹配單元241、輸出匹配單元251和偏壓單元261。
雙極晶體管211放大加到基極的外部輸入信號S1，并在其集電極輸出一輸出信號S2。輸入信號S1和輸出信號S2是高頻信號。雙極晶體管211是NPN型晶體管。
串行交換單元221被連接在雙極晶體管211的發(fā)射極和地GND之間。串行交換單元221包括第一電場效應(yīng)晶體管NM1和第一電感器L1。最好將第一電場效應(yīng)晶體管配置成具有N溝道增強型MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。第一電感器L1最好是嵌入到集成電路器件(圖4中的401)中的螺旋形電感器。第一電感器的感抗小于大約15nH。這是由其體積和寄生元件造成的。
將第一控制電壓Vc加到第一電場效應(yīng)晶體管NM1的柵極。第一控制電壓Vc在高增益模式下是高電平，例如，大于2伏，且在低增益模式下是低電平，例如，小于大約1.0伏。因此，第一電場效應(yīng)晶體管NM1在高增益模式下被激活并具有幾歐姆的低等效電阻。在低增益模式下，當NM1被停用時，它具有幾千歐姆(kΩ)的高等效電阻。
由于在高增益模式下第一電場效應(yīng)晶體管NM1有低等效電阻，所以串行交換單元221也有低等效電阻。在低增益模式下，第一電場效應(yīng)晶體管NM1有高等效電阻(幾kΩ)，且第一電感器L1有幾十歐姆的等效電阻。串行交換單元221有幾十歐姆的等效電阻。因此，與高增益模式相比，在低增益模式下串行交換單元221的等效電阻更高。
并行交換電路231被連接在雙極晶體管211的集電極和基極之間。并行交換單元231由第二和第三電場效應(yīng)晶體管NM2、NM3、電阻R1和第一至第三電容器C1～C3。
第一電容器C1被連接在雙極晶體管211的集電極和第二電場效應(yīng)晶體管NM2的基極之間，并在其間起耦合高頻信號的作用。第二控制電壓Vcn被加到第二和第三電場效應(yīng)晶體管NM2和NM3上。第二和第三電容器C2和C3起過濾輸入到第二和第三電場效應(yīng)晶體管NM2和NM3中的高頻噪聲的作用。最好將第二和第三電場效應(yīng)晶體管NM2和NM3中的每一個都配置成具有N-溝道增強型MOSFET。
第二控制電壓Vcn被加到第二和第三電場效應(yīng)晶體管NM2和NM3的柵極。第二控制電壓Vcn在高增益模式下具有諸如低于1伏的低電平，且在低增益模式下具有諸如高于2伏的高電平。第二控制電壓Vcn是第一控制電壓Vcn的反相電壓。由于在高增益模式下第二和第三電場效應(yīng)晶體管NM2和NM3被停用，所以對雙極晶體管211來說，并行交換單元231開路。在低增益模式期間，第二和第三電場效應(yīng)晶體管NM2和NM3被激活，且在高頻工作期間雙極晶體管211的一部分輸出信號經(jīng)并行交換單元231出現(xiàn)在雙極晶體管211的基極。因此，并行交換單元231的電路有選擇地反饋已放大信號，并且在低增益模式下，可變增益控制電路的增益下降。
在高增益模式下，Vcn低且NM3被關(guān)閉。因此，如果并行交換單元231僅由第二電場效應(yīng)晶體管NM2(沒有NM3)組成，那么對雙極晶體管211來說，并行交換單元231不是完全斷路。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，包括第二和第三電場效應(yīng)晶體管NM2和NM3的并行交換電路231在高增益模式下，對雙極晶體管211來說完全開路。
輸入匹配單元241被連接到雙極晶體管211的基極。輸入匹配單元241由第二電感器L2和第四電容器C4組成。在低頻狀態(tài)下，第二電感器L2和第四電容器C4被加到雙極晶體管211的基極，以便使偏壓穩(wěn)定，并且在高頻時，使輸入信號S1與雙極晶體管211阻抗匹配。
輸出匹配單元251被連接到雙極晶體管211的集電極。輸出匹配單元251使從雙極晶體管211輸出的輸出信號S2與連接到雙極晶體管的集電極的外部器件相匹配。
偏壓單元261被連接到雙極晶體管211的基極以給雙極晶體管211提供偏壓。偏壓單元261最好由雙極晶體管211和電流反射鏡組成，并給雙極晶體管211的基極提供電流。
現(xiàn)在將描述可變增益控制電路201的操作。
首先，在高增益模式下，第一控制電壓Vc處于高電平且第二控制電壓Vcn處于低電平。串行交換單元221被激活并具有很小的等效電阻，并且并行交換單元231停用且起斷開的作用。因此，雙極晶體管211的幅度增大且可變增益控制電路201的增益提高。
在低增益模式下，第一控制電壓Vc是低電平且第二控制電壓Vcn是高電平。串行交換單元221停用，并且與高增益模式下的等效電阻相比，串行交換單元221的等效電阻增大了。因此，雙極晶體管211的幅度低于高增益模式下的幅度。然而，并行交換單元231被激活且輸出信號S2的一些被引入到雙極晶體管211的基極，因此可變增益控制電路201的增益變低了。
如圖2所示，可變增益控制電路201在沒有用于線性控制的模擬控制電路的情況下工作，但是，可變增益仍在高增益模式下增大，而在低增益模式下減小。
圖3是示出了圖2所示的可變增益控制電路201的可變增益特性曲線的圖。圖3中示出的可變增益特性曲線311是在蜂窩電話的工作頻率900MHz時測量的。參照圖3，相對于控制電壓Vc在0.7和2.7V之間變化，可變增益控制電路201的可變增益在-16.9和13.1dB之間變化。換言之，可變增益控制電路201具有13.6dB/V的變化特性。傳統(tǒng)可變增益控制電路的可變增益通常在6.8和9.5dB/V之間變化。因此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的可變增益控制電路201的可變增益與現(xiàn)有技術(shù)的可變增益相比提高了50-100％。
圖4是具有本發(fā)明的可變增益控制電路的集成電路器件的電路圖。參照圖4，集成電路器件401由輸入襯底(pad)或假線461、輸出襯底462、第一和第二控制襯底463和464、雙極晶體管411、串行交換單元421、并行交換單元431、輸出匹配單元451和偏壓單元471組成。
串行交換單元421由第一電場效應(yīng)晶體管NM1和第一電感器L1組成。并行交換單元431由第一至第三電容器C1～C3、電阻R1和第二和第三電場效應(yīng)晶體管NM2和NM3組成。輸入匹配電路441由第二電感器L2和第四電容器C4組成。外部信號S1經(jīng)輸入襯底461被輸入到輸入匹配單元441中。
第一控制電壓Vc從外部經(jīng)第一控制襯底463被輸入到第一電場效應(yīng)晶體管NM1的基極。第二控制電壓Vcn從外部經(jīng)第二控制襯底464被輸入到第二和第三電場效應(yīng)晶體管NM2和NM3的基極。經(jīng)輸出襯底462輸出集成電路器件401的輸出信號S2。雙極晶體管411在其基極接收從輸入匹配單元441輸出的信號。該信號被放大并經(jīng)集電極被發(fā)送到輸出匹配電路451。
第一電場效應(yīng)晶體管NM1在其柵極接收從第一控制襯底463輸入的第一控制電壓Vc。漏極被連接到雙極晶體管411的發(fā)射極且源極被連接到地GND。第一電感器L1被連接到第一電場效應(yīng)晶體管NM1的漏極與源極之間。電阻R1被連接到第二電場效應(yīng)晶體管NM2的柵極和第二控制襯底464之間。第二電容器C2被連接到雙極晶體管411的集電極和第二電場效應(yīng)晶體管NM2的柵極之間。
第三電場效應(yīng)晶體管NM3的柵極和漏極被連接到第二電場效應(yīng)晶體管NM2的漏極和源極。第三電場效應(yīng)晶體管NM2的柵極被連接到第二控制襯底464。
偏壓單元471給雙極晶體管411的基極提供偏壓。第四電容器C4被連接到雙極晶體管411的基極和輸入襯底461之間。第二電感器L2被連接到輸入襯底461和地GND之間。
雙極晶體管411、串行交換單元421、并行交換單元431、輸入匹配單元441、輸出匹配單元451和偏壓電路471與圖2中所示的這些部件在結(jié)構(gòu)、功能和作用上均相同，故不再贅述。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可變增益控制電路201具有提高的可變增益特性且可適用于不同的領(lǐng)域。此外，由于嵌入到集成電路器件401中的可變增益控制電路不使用附加模擬控制電路，集成電路器件401的尺寸減小了。因此，降低了集成電路器件401的制造成本。
雖然參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳細地示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解在不背離由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和保護范圍的情況下，可在形式和細節(jié)上對本發(fā)明作各種修改。
權(quán)利要求
1.一種可變增益控制電路，包括雙極晶體管，用于放大加到基極的輸入信號，并經(jīng)集電極輸出一輸出信號；串行交換單元，其被連接在雙極晶體管的發(fā)射極和第一電壓節(jié)點之間；并行交換單元，其被連接在雙極晶體管的集電極和第一電壓節(jié)點之間，和其中在激活串行交換單元且停用并行交換單元的高增益模式下，可變增益控制電路的增益提高，且在停用串行交換單元且激活并行交換單元的低增益模式下，可變增益控制電路的增益降低。
2.如權(quán)利要求1所述的可變增益控制電路，還包括輸入匹配單元，其被連接到雙極晶體管的基極上，且使輸入信號與雙極晶體管阻抗匹配。
3.如權(quán)利要求1所述的可變增益控制電路，還包括輸出匹配單元，其被連接到雙極晶體管的集電極上，且使輸出信號與連接到可變增益控制電路的外部器件阻抗匹配。
4.如權(quán)利要求1所述的可變增益控制電路，其中串行交換單元包括一個電路，當該電路被激活時，其具有降低的等效電阻，且當該電路被停用時，其具有提高的等效電阻。
5.如權(quán)利要求1所述的可變增益控制電路，其中雙極晶體管的輸出信號的一部分經(jīng)并行交換單元被引入到雙極晶體管中。
6.如權(quán)利要求1所述的可變增益控制電路，其中串行交換單元被連接在雙極晶體管的發(fā)射極和地之間，并且響應(yīng)于第一控制電壓而開始工作，該第一控制電壓在高增益模式下是高電平且在低增益模式下是低電平，且并行交換單元連接在雙極晶體管的基極和集電極之間，并且響應(yīng)于第二控制電壓而開始工作，該第二控制電壓在高增益模式下是低電平且在低增益模式下是高電平。
7.如權(quán)利要求6所述的可變增益控制電路，其中并行交換單元包括將從雙極晶體管的集電極輸出的信號的一部耦合到雙極晶體管的基極的電路。
8.一種具有可變增益控制電路的集成電路器件，包括輸入襯底，用于接收外部輸入信號；第一控制襯底，用于接收第一控制電壓；第二控制襯底，用于接收第二控制電壓；輸出襯底，用于輸出可變增益控制電路的輸出信號；雙極晶體管，用于接收和放大輸入信號，并經(jīng)集電極輸出輸出信號；反饋電路，用于有選擇地將一部分輸出信號耦合到雙極晶體管的基極上，以便改變放大增益。
9.如權(quán)利要求8所述的器件，其中反饋電路包括第一電容器，其用于耦合輸出信號的高頻部分。
10.如權(quán)利要求9所述的集成電路器件，還包括第二電容器，其被連接到電場效應(yīng)晶體管的柵極，并消除在電場效應(yīng)晶體管的柵極出現(xiàn)的高頻噪聲。
11.如權(quán)利要求8所述的集成電路器件，還包括串行交換電路，其包括第一電場效應(yīng)晶體管，其用于接收經(jīng)柵極從輸入襯底輸入的信號，其漏極被連接到雙極晶體管的發(fā)射極且源極接地；和第一電感器，其被連接到第一電場效應(yīng)晶體管的漏極和源極之間。
12.如權(quán)利要求8所述的集成電路器件，還包括輸入匹配單元，其包括連接在輸入襯底和地之間的電感器；和連接在電感器和雙極晶體管的基極之間的電容器。
13.如權(quán)利要求12所述的集成電路器件，還包括連接在雙極晶體管的集電極和輸出襯底之間的輸出匹配單元，并使經(jīng)輸出襯底輸出的信號與連接到輸出襯底的外部器件相匹配。
14.如權(quán)利要求11所述的集成電路器件，其中串行交換電路包括一個電路，當該電路被激活時，其具有降低的等效電阻，且當該電路被停用時，其具有提高的等效電阻。
15.一種可變增益控制電路，包括晶體管，用于放大輸入信號，并輸出所放大信號；用于有選擇地將一部分所放大信號反饋到晶體管的輸出端上的裝置；和用于在高增益模式下提高放大倍數(shù)且在低增益模式下降低放大倍數(shù)的裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的可變增益控制電路，還包括用于使輸入信號與晶體管的輸入阻抗匹配的裝置。
17.如權(quán)利要求15所述的可變增益控制電路，還包括用于使輸出信號與連接到可變增益控制電路的外部設(shè)備阻抗匹配的裝置。
18.如權(quán)利要求15所述的可變增益控制電路，還包括連接到晶體管的裝置，當其被激活時，具有降低的等效電阻，且當其被停用時，具有提高的等效電阻。
19.如權(quán)利要求15所述的可變增益控制電路，其中用于有選擇地反饋的裝置包括用于將輸出信號的高頻部分耦合到晶體管的輸入端的電容器。
20.如權(quán)利要求15所述的可變增益控制電路，其中用于有選擇地反饋的裝置包括連接到晶體管的輸出端的電路，其在預(yù)定的工作模式中起開路的作用。
全文摘要
提供了一種可變增益控制電路，其包括雙極晶體管，用于放大加到基極的輸入信號，并經(jīng)集電極輸出一輸出信號；串行交換單元，其被連接在雙極晶體管的發(fā)射極和第一電壓節(jié)點之間；并行交換單元，其被連接在雙極晶體管的集電極和第一電壓節(jié)點之間，并且，其中在激活串行交換單元且停用并行交換單元的高增益模式下，可變增益控制電路的增益提高；在停用串行交換單元且激活并行交換單元的低增益模式下，可變增益控制電路的增益下降。
文檔編號H03G1/00GK1467911SQ0312331
公開日2004年1月14日 申請日期2003年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月20日
發(fā)明者安壙昊 申請人:三星電子株式會社