倍频器的制造方法
倍频器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及倍频器，并且更具体地，涉及在射频(RF)和毫米波频率(例如，波长在大约0.1mm和1mm之间)具有较低的直流(DC)功耗的倍频器。
【背景技术】
[0002]倍频器已经被用于各种应用中，包括RF应用。图1示出示例性的现有倍频器。如图所示，该倍频器100操作来生成差分输出信号24。+和24。+，其为输入差分信号4。+和fLo-的频率的两倍。在该示例中，所述差分输出信号2&。+和2fV。+能够作为用于调制器的本地振荡器信号。在图1的示例中，所述输入差分信号4。+和4。_被提供给晶体管Ql和Q2的栅极。晶体管Ql和Q2(如示出的，是NMOS晶体管)经布置形成被耦合到公共节点和供电轨(例如，地面)之间的一对差分晶体管。电感器L(在其中间抽头被耦合到供电轨VDD)连同晶体管Q3 (如示出的，是NMOS晶体管)的栅极一起被耦合到所述一对差分Q1/Q2的所述公共节点。所述晶体管Q3的源极也被耦合到所述电感器L。
[0003]然而，这样的布置存在一些问题。首先，因为有限的跨导密度，所以在射频(RF)和毫米波频率的所述直流(DC)功耗能够高。其次，由于单个共模电感器抽头(在图1的示例中，其被耦合到供电轨VDD)的存在，在倍频器100的输出端处缺少偏置的灵活性。因此，需要具有改良的性能的倍频器。
【发明内容】
[0004]提供了一种装置。在示例实施例中，所述装置包括第一供电轨；第二供电轨；一对差分晶体管，其经配置用于接收具有第一频率的第一差分信号；变压器，其具有初级侧和次级侧，其中所述变压器的所述初级侧被耦合到所述一对差分晶体管，而且其中所述变压器的所述次级侧经配置用于输出具有第二频率的第二差分信号，其中所述第二频率大于所述第一频率；第一晶体管，其被耦合到所述第一供电轨、所述变压器的所述初级侧和所述一对差分晶体管，而且其中所述第一晶体管是第一导电型晶体管；以及第二晶体管，其被耦合到所述第二供电轨、所述变压器的所述初级侧和所述一对差分晶体管，而且其中所述第二晶体管是第二导电型晶体管。
[0005]在特定的实施方式中，所述第一晶体管可以具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极，其中所述第一晶体管的所述第一无源电极被耦合到所述变压器的所述初级侧，所述第一晶体管的所述第二无源电极被耦合到所述第一供电轨，而且所述第一晶体管的所述控制电极被耦合到所述一对差分晶体管。所述第二晶体管可以具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极，其中所述第一晶体管的所述第一无源电极被耦合到所述变压器的所述初级侧，其中所述第一晶体管的所述第二无源电极被耦合到所述第二供电轨，而且其中所述第一晶体管的所述控制电极被耦合到所述一对差分晶体管。
[0006]在特定的实施方式中，所述第一供电轨可以是地面。所述第一晶体管可以是N型晶体管，而所述第二晶体管可以是P型晶体管。所述第一晶体管可以是NMOS晶体管，而所述第二晶体管可以是PMOS晶体管。
[0007]在其他实施例中，所述装置包括第一供电轨；第二供电轨；第一 MOS晶体管，其被耦合到公共节点和所述第一供电轨之间，其中所述第一 MOS晶体管经配置用于在其栅极接收第一差分信号的第一部分，而且其中所述第一差分信号具有第二频率；第二 MOS晶体管，其被耦合到所述公共节点和所述第二供电轨之间，其中所述第二 MOS晶体管经配置用于在其栅极接收所述第一差分信号的第二部分；变压器，其具有:具有第一终端、第二终端和中间抽头的初级侧，其中所述变压器的所述初级侧的所述第一终端被耦合到所述公共节点，而且其中所述变压器的所述初级侧的所述中间抽头经配置用于接收共模电压，以及具有第一终端、第二终端和中间抽头的次级侧，其中所述变压器的所述次级侧的所述第一终端经配置用于输出第二差分信号的第一部分，而且其中所述变压器的所述次级侧的所述中间抽头经配置用于接收共模电压，而且其中所述变压器的所述次级侧的所述第二终端经配置用于输出所述第二差分信号的第二部分，其中所述第二差分信号具有第二频率，而且其中所述第二频率大于所述第一频率；第三MOS晶体管，其被耦合到所述变压器的所述初级侧的所述第二终端和所述第二供电轨之间且在其栅极被耦合到所述公共节点，其中所述第三MOS晶体管是第一导电型晶体管；第四MOS晶体管，其被耦合到所述变压器的所述初级侧的所述第二终端和所述第一供电轨之间且在其栅极被耦合到所述公共节点，而且其中所述第四MOS晶体管是第二导电型晶体管。
[0008]在特定的实施方式中，所述第一、第二和第三MOS晶体管可以是NMOS晶体管，而所述第四晶体管可以是PMOS晶体管。所述第二频率可以是所述第一频率的两倍。
【附图说明】
[0009]图1是传统的具有正反馈的倍频器的示例图；
[0010]图2是根据本发明的原理实施的具有正反馈的倍频器的示例图。
【具体实施方式】
[0011]图2示出示例倍频器200。与倍频器100类似，例如，倍频器200能够生成差分输出信号24。+和24。+，其为所述输入差分信号4。+和4。_的频率的两倍。然而，在拓扑结构上存在一些不同。即，电感器L已经被变压器TR替换，而且晶体管Q4 (例如，其能够是PMOS晶体管)已经被添加。在该配置中，晶体管Q3和Q4经布置为相反的导电类型，例如，晶体管Q3和Q4分别地被示为NMOS和PMOS晶体管。这些晶体管Q3和Q4也被耦合到供电轨(例如，供电轨VDD和地面)之间。因为这些晶体管Q3和Q4通常被耦合到所述变压器TR的所述初级侧的终端且因为晶体管Q3和Q4的栅极被耦合到一对差分Q1/Q2的所述公共节点，所以这些晶体管Q3和Q4操作为“堆叠的(stacked)”跨导设备。通过具有该堆叠结构(例如，晶体管Q4的源极被耦合到晶体管Q3的漏极)，允许在这些跨导设备(例如，晶体管Q3和Q4)之间的电流复用，例如，其能够使所述跨导密度加倍。
[0012]也能够实现更好的偏置。如图所示，在该示例中，所述变压器TR已经替换了所述电感器L，其中所述初级侧被耦合到一对差分Q1/Q2的所述公共节点和所述晶体管Q3和Q4的所述漏极和源极，并且其中所述次级侧提供差分输出信号24。+和24。+。因为所述变压器TR能够提供至少两个中间抽头(例如，在所述初级侧上的一个和在所述次级侧上的一个)，所以共模电压VCM能够被应用于这些中间抽头。考虑到为晶体管Q3和Q4改良的(例如，优化的)偏置，能够选择该共模电压VCM。
[0013]本领域技术人员将理解，在本发明要求保护的范围内，可以对描述的示例实施例进行修改，而且很多其他的实施例也是可能的。
【主权项】
1.一种装置，其包括: 第一供电轨； 第二供电轨； 一对差分晶体管，其经配置用于接收具有第一频率的第一差分信号； 变压器，其具有初级侧和次级侧，其中所述变压器的所述初级侧被耦合到所述一对差分晶体管，而且其中所述变压器的所述次级侧经配置用于输出具有第二频率的第二差分信号，其中所述第二频率大于所述第一频率； 第一晶体管，其被耦合到所述第一供电轨、所述变压器的所述初级侧和所述一对差分晶体管，而且其中所述第一晶体管是第一导电型晶体管；以及 第二晶体管，其被耦合到所述第二供电轨、所述变压器的所述初级侧和所述一对差分晶体管，而且其中所述第二晶体管是第二导电型晶体管。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一晶体管具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极，其中所述第一晶体管的所述第一无源电极被耦合到所述变压器的所述初级侦U，其中所述第一晶体管的所述第二无源电极被耦合到所述第一供电轨，而且其中所述第一晶体管的所述控制电极被耦合到所述一对差分晶体管。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第二晶体管具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极，其中所述第一晶体管的所述第一无源电极被耦合到所述变压器的所述初级侦U，其中所述第一晶体管的所述第二无源电极被耦合到所述第二供电轨，而且其中所述第一晶体管的所述控制电极被耦合到所述一对差分晶体管。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一供电轨是地面。5.根据权利要求4所述的装置，其中所述第一晶体管是N型晶体管，而且其中所述第二晶体管是P型晶体管。6.根据权利要求5所述的装置，其中所述第一晶体管是NMOS晶体管且其中所述第二晶体管是PMOS晶体管。7.一种装置，其包括: 第一供电轨； 第二供电轨； 第一MOS晶体管，其被耦合到公共节点和所述第一供电轨之间，其中所述第一MOS晶体管经配置用于在其栅极接收第一差分信号的第一部分，而且其中所述第一差分信号具有第二频率； 第二 MOS晶体管，其被耦合到所述公共节点和所述第二供电轨之间，其中所述第二 MOS晶体管经配置用于在其栅极接收所述第一差分信号的第二部分； 变压器，其具有: 具有第一终端、第二终端和中间抽头的初级侧，其中所述变压器的所述初级侧的所述第一终端被耦合到所述公共节点，而且其中所述变压器的所述初级侧的所述中间抽头经配置用于接收共模电压；以及 具有第一终端、第二终端和中间抽头的次级侧，其中所述变压器的所述次级侧的所述第一终端经配置用于输出第二差分信号的第一部分，而且其中所述变压器的所述次级侧的所述中间抽头经配置用于接收共模电压，而且其中所述变压器的所述次级侧的所述第二终端经配置用于输出所述第二差分信号的第二部分，其中所述第二差分信号具有第二频率，而且其中所述第二频率大于所述第一频率； 第三MOS晶体管，其被耦合到所述变压器的所述初级侧的所述第二终端和所述第二供电轨之间且在其栅极被耦合到所述公共节点，其中所述第三MOS晶体管是第一导电型晶体管； 第四MOS晶体管，其被耦合到所述变压器的所述初级侧的所述第二终端和所述第一供电轨之间且在其栅极被耦合到所述公共节点，并且其中所述第四MOS晶体管是第二导电型晶体管。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述第一、第二和第三MOS晶体管是NMOS晶体管，而且其中所述第四晶体管是PMOS晶体管。9.根据权利要求8所述的装置，其中所述第二供电轨是地面。10.根据权利要求8所述的装置，其中所述第二频率是所述第一频率的两倍。
【专利摘要】倍频器具有经配置用于接收具有第一频率的第一差分信号(f*Lo+，fur)的一对差分晶体管(Q1、Q2)和变压器(TR)。所述变压器初级侧被耦合到所述一对差分晶体管，而且所述变压器次级经配置用于输出具有大于所述第一频率的第二频率的第二差分信号(2fLo+，2fLo-)。第一导电型晶体管(Q3)被耦合到第一供电轨(地面)、所述变压器初级侧和所述一对差分晶体管。第二导电型晶体管(Q4)被耦合到第二供电轨(VDD)、所述变压器初级侧和所述一对差分晶体管，其中所述第二晶体管是第二导电型晶体管。
【IPC分类】H03B19/10
【公开号】CN104904115
【申请号】CN201480004238
【发明人】S·桑卡兰, V·B·伦塔拉, B·P·金斯堡, S·M·若马斯万迈, E·赛奥克, B·赫龙, B·A·克雷默, F·塞涅雷特
【申请人】德克萨斯仪器股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月14日
【公告号】US8760899, US20140198550, WO2014110546A1
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及倍频器，并且更具体地，涉及在射频(RF)和毫米波频率(例如，波长在大约0.1mm和1mm之间)具有较低的直流(DC)功耗的倍频器。
【背景技术】
[0002]倍频器已经被用于各种应用中，包括RF应用。图1示出示例性的现有倍频器。如图所示，该倍频器100操作来生成差分输出信号24。+和24。+，其为输入差分信号4。+和fLo-的频率的两倍。在该示例中，所述差分输出信号2&。+和2fV。+能够作为用于调制器的本地振荡器信号。在图1的示例中，所述输入差分信号4。+和4。_被提供给晶体管Ql和Q2的栅极。晶体管Ql和Q2(如示出的，是NMOS晶体管)经布置形成被耦合到公共节点和供电轨(例如，地面)之间的一对差分晶体管。电感器L(在其中间抽头被耦合到供电轨VDD)连同晶体管Q3 (如示出的，是NMOS晶体管)的栅极一起被耦合到所述一对差分Q1/Q2的所述公共节点。所述晶体管Q3的源极也被耦合到所述电感器L。
[0003]然而，这样的布置存在一些问题。首先，因为有限的跨导密度，所以在射频(RF)和毫米波频率的所述直流(DC)功耗能够高。其次，由于单个共模电感器抽头(在图1的示例中，其被耦合到供电轨VDD)的存在，在倍频器100的输出端处缺少偏置的灵活性。因此，需要具有改良的性能的倍频器。
【发明内容】
[0004]提供了一种装置。在示例实施例中，所述装置包括第一供电轨；第二供电轨；一对差分晶体管，其经配置用于接收具有第一频率的第一差分信号；变压器，其具有初级侧和次级侧，其中所述变压器的所述初级侧被耦合到所述一对差分晶体管，而且其中所述变压器的所述次级侧经配置用于输出具有第二频率的第二差分信号，其中所述第二频率大于所述第一频率；第一晶体管，其被耦合到所述第一供电轨、所述变压器的所述初级侧和所述一对差分晶体管，而且其中所述第一晶体管是第一导电型晶体管；以及第二晶体管，其被耦合到所述第二供电轨、所述变压器的所述初级侧和所述一对差分晶体管，而且其中所述第二晶体管是第二导电型晶体管。
[0005]在特定的实施方式中，所述第一晶体管可以具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极，其中所述第一晶体管的所述第一无源电极被耦合到所述变压器的所述初级侧，所述第一晶体管的所述第二无源电极被耦合到所述第一供电轨，而且所述第一晶体管的所述控制电极被耦合到所述一对差分晶体管。所述第二晶体管可以具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极，其中所述第一晶体管的所述第一无源电极被耦合到所述变压器的所述初级侧，其中所述第一晶体管的所述第二无源电极被耦合到所述第二供电轨，而且其中所述第一晶体管的所述控制电极被耦合到所述一对差分晶体管。
[0006]在特定的实施方式中，所述第一供电轨可以是地面。所述第一晶体管可以是N型晶体管，而所述第二晶体管可以是P型晶体管。所述第一晶体管可以是NMOS晶体管，而所述第二晶体管可以是PMOS晶体管。
[0007]在其他实施例中，所述装置包括第一供电轨；第二供电轨；第一 MOS晶体管，其被耦合到公共节点和所述第一供电轨之间，其中所述第一 MOS晶体管经配置用于在其栅极接收第一差分信号的第一部分，而且其中所述第一差分信号具有第二频率；第二 MOS晶体管，其被耦合到所述公共节点和所述第二供电轨之间，其中所述第二 MOS晶体管经配置用于在其栅极接收所述第一差分信号的第二部分；变压器，其具有:具有第一终端、第二终端和中间抽头的初级侧，其中所述变压器的所述初级侧的所述第一终端被耦合到所述公共节点，而且其中所述变压器的所述初级侧的所述中间抽头经配置用于接收共模电压，以及具有第一终端、第二终端和中间抽头的次级侧，其中所述变压器的所述次级侧的所述第一终端经配置用于输出第二差分信号的第一部分，而且其中所述变压器的所述次级侧的所述中间抽头经配置用于接收共模电压，而且其中所述变压器的所述次级侧的所述第二终端经配置用于输出所述第二差分信号的第二部分，其中所述第二差分信号具有第二频率，而且其中所述第二频率大于所述第一频率；第三MOS晶体管，其被耦合到所述变压器的所述初级侧的所述第二终端和所述第二供电轨之间且在其栅极被耦合到所述公共节点，其中所述第三MOS晶体管是第一导电型晶体管；第四MOS晶体管，其被耦合到所述变压器的所述初级侧的所述第二终端和所述第一供电轨之间且在其栅极被耦合到所述公共节点，而且其中所述第四MOS晶体管是第二导电型晶体管。
[0008]在特定的实施方式中，所述第一、第二和第三MOS晶体管可以是NMOS晶体管，而所述第四晶体管可以是PMOS晶体管。所述第二频率可以是所述第一频率的两倍。
【附图说明】
[0009]图1是传统的具有正反馈的倍频器的示例图；
[0010]图2是根据本发明的原理实施的具有正反馈的倍频器的示例图。
【具体实施方式】
[0011]图2示出示例倍频器200。与倍频器100类似，例如，倍频器200能够生成差分输出信号24。+和24。+，其为所述输入差分信号4。+和4。_的频率的两倍。然而，在拓扑结构上存在一些不同。即，电感器L已经被变压器TR替换，而且晶体管Q4 (例如，其能够是PMOS晶体管)已经被添加。在该配置中，晶体管Q3和Q4经布置为相反的导电类型，例如，晶体管Q3和Q4分别地被示为NMOS和PMOS晶体管。这些晶体管Q3和Q4也被耦合到供电轨(例如，供电轨VDD和地面)之间。因为这些晶体管Q3和Q4通常被耦合到所述变压器TR的所述初级侧的终端且因为晶体管Q3和Q4的栅极被耦合到一对差分Q1/Q2的所述公共节点，所以这些晶体管Q3和Q4操作为“堆叠的(stacked)”跨导设备。通过具有该堆叠结构(例如，晶体管Q4的源极被耦合到晶体管Q3的漏极)，允许在这些跨导设备(例如，晶体管Q3和Q4)之间的电流复用，例如，其能够使所述跨导密度加倍。
[0012]也能够实现更好的偏置。如图所示，在该示例中，所述变压器TR已经替换了所述电感器L，其中所述初级侧被耦合到一对差分Q1/Q2的所述公共节点和所述晶体管Q3和Q4的所述漏极和源极，并且其中所述次级侧提供差分输出信号24。+和24。+。因为所述变压器TR能够提供至少两个中间抽头(例如，在所述初级侧上的一个和在所述次级侧上的一个)，所以共模电压VCM能够被应用于这些中间抽头。考虑到为晶体管Q3和Q4改良的(例如，优化的)偏置，能够选择该共模电压VCM。
[0013]本领域技术人员将理解，在本发明要求保护的范围内，可以对描述的示例实施例进行修改，而且很多其他的实施例也是可能的。
【主权项】
1.一种装置，其包括: 第一供电轨； 第二供电轨； 一对差分晶体管，其经配置用于接收具有第一频率的第一差分信号； 变压器，其具有初级侧和次级侧，其中所述变压器的所述初级侧被耦合到所述一对差分晶体管，而且其中所述变压器的所述次级侧经配置用于输出具有第二频率的第二差分信号，其中所述第二频率大于所述第一频率； 第一晶体管，其被耦合到所述第一供电轨、所述变压器的所述初级侧和所述一对差分晶体管，而且其中所述第一晶体管是第一导电型晶体管；以及 第二晶体管，其被耦合到所述第二供电轨、所述变压器的所述初级侧和所述一对差分晶体管，而且其中所述第二晶体管是第二导电型晶体管。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一晶体管具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极，其中所述第一晶体管的所述第一无源电极被耦合到所述变压器的所述初级侦U，其中所述第一晶体管的所述第二无源电极被耦合到所述第一供电轨，而且其中所述第一晶体管的所述控制电极被耦合到所述一对差分晶体管。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第二晶体管具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极，其中所述第一晶体管的所述第一无源电极被耦合到所述变压器的所述初级侦U，其中所述第一晶体管的所述第二无源电极被耦合到所述第二供电轨，而且其中所述第一晶体管的所述控制电极被耦合到所述一对差分晶体管。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一供电轨是地面。5.根据权利要求4所述的装置，其中所述第一晶体管是N型晶体管，而且其中所述第二晶体管是P型晶体管。6.根据权利要求5所述的装置，其中所述第一晶体管是NMOS晶体管且其中所述第二晶体管是PMOS晶体管。7.一种装置，其包括: 第一供电轨； 第二供电轨； 第一MOS晶体管，其被耦合到公共节点和所述第一供电轨之间，其中所述第一MOS晶体管经配置用于在其栅极接收第一差分信号的第一部分，而且其中所述第一差分信号具有第二频率； 第二 MOS晶体管，其被耦合到所述公共节点和所述第二供电轨之间，其中所述第二 MOS晶体管经配置用于在其栅极接收所述第一差分信号的第二部分； 变压器，其具有: 具有第一终端、第二终端和中间抽头的初级侧，其中所述变压器的所述初级侧的所述第一终端被耦合到所述公共节点，而且其中所述变压器的所述初级侧的所述中间抽头经配置用于接收共模电压；以及 具有第一终端、第二终端和中间抽头的次级侧，其中所述变压器的所述次级侧的所述第一终端经配置用于输出第二差分信号的第一部分，而且其中所述变压器的所述次级侧的所述中间抽头经配置用于接收共模电压，而且其中所述变压器的所述次级侧的所述第二终端经配置用于输出所述第二差分信号的第二部分，其中所述第二差分信号具有第二频率，而且其中所述第二频率大于所述第一频率； 第三MOS晶体管，其被耦合到所述变压器的所述初级侧的所述第二终端和所述第二供电轨之间且在其栅极被耦合到所述公共节点，其中所述第三MOS晶体管是第一导电型晶体管； 第四MOS晶体管，其被耦合到所述变压器的所述初级侧的所述第二终端和所述第一供电轨之间且在其栅极被耦合到所述公共节点，并且其中所述第四MOS晶体管是第二导电型晶体管。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述第一、第二和第三MOS晶体管是NMOS晶体管，而且其中所述第四晶体管是PMOS晶体管。9.根据权利要求8所述的装置，其中所述第二供电轨是地面。10.根据权利要求8所述的装置，其中所述第二频率是所述第一频率的两倍。
【专利摘要】倍频器具有经配置用于接收具有第一频率的第一差分信号(f*Lo+，fur)的一对差分晶体管(Q1、Q2)和变压器(TR)。所述变压器初级侧被耦合到所述一对差分晶体管，而且所述变压器次级经配置用于输出具有大于所述第一频率的第二频率的第二差分信号(2fLo+，2fLo-)。第一导电型晶体管(Q3)被耦合到第一供电轨(地面)、所述变压器初级侧和所述一对差分晶体管。第二导电型晶体管(Q4)被耦合到第二供电轨(VDD)、所述变压器初级侧和所述一对差分晶体管，其中所述第二晶体管是第二导电型晶体管。
【IPC分类】H03B19/10
【公开号】CN104904115
【申请号】CN201480004238
【发明人】S·桑卡兰, V·B·伦塔拉, B·P·金斯堡, S·M·若马斯万迈, E·赛奥克, B·赫龙, B·A·克雷默, F·塞涅雷特
【申请人】德克萨斯仪器股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月14日
【公告号】US8760899, US20140198550, WO2014110546A1
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