专利名称：将差动信号转换成单相信号的转换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将差动信号转换成单相信号的转换电路。更具 体地讲，，本发明涉及一种芯片面积减小且功率效率提高的用于将差动信 号转换成单相信号的转换电路。
背景技术：
在现有技术中，存在一种将具有不同相位的差动信号转换成单相信号的转换电路。例如，该转换电路被用于便携式电话、无线LAN以及在 转换后将单相信号输出到单个天线以进行通信的其他应用。作为现有技术的转换电路，例如广泛使用了以下电路使用作为无源元件的变压器101 (或平衡-不平衡变压器(Balun))的电路(见图8A); 和使用晶体管104、 105的电路(见图8B)。在上述任一情况下，从两个 输入端子IN和INX输入差动信号，并且从输出端子OUT输出单相信号。此外，还公开了一种用于将差动信号转换成单端信号的转换电路， 该转换电路组合了多个由晶体管构成的电流镜像电路，以获得无失真的 单端信号(例如参见第8-288762号日本专利申请公报)。然而，在采用图8A所示的变压器的转换电路的情况下，芯片面积增 大的量是变压器101的大小。在采用图8B所示的晶体管的转换电路的情 况下，仅有使用所输入差动信号的反相信号INX的输出侧，才可获得单 相信号OUT，从而功率损耗相当大。此外，由于在以上专利参考文献中组合了多个电流镜像电路，所以 元件数量大并且芯片面积同样增大。发明内容因此，考虑到上述问题而设计出本发明，本发明的目的是提供一种 使芯片减小且功率效率提高的用于将差动信号转换成单相信号的转换电 路。为了实现上述目的，本发明的一个实施方式是一种用于将差动信号 转换成单相信号的转换电路，该转换电路具有同相输出放大器，其对 具有相反相位的一对差动信号中的第一差动信号进行放大，并且同相输 出所述第一差动信号；以及与所述同相输出放大器电容耦合的反相输出 放大器，其对所述差动信号中的第二差动信号进行放大，反转所述第二 差动信号的相位，并将所述第一差动信号与相位被反转的所述第二差动 信号相加以输出单相信号。此外，在该转换电路中，所述同相输出放大器包括漏极接地的源极 跟随器放大器，并且所述反相输出放大器包括源极接地的源极接地放大 器。此外，在该转换电路中，所述同相输出放大器包括栅极接地的栅极 接地放大器，并且所述反相输出放大器包括源极接地的源极接地放大器。此外，该转换电路还具有相位调节器，其连接至所述源极接地放 大器的源极侧或漏极侧或者所述源极跟随器放大器的输出侧，用于调节所述第一差动信号或所述第二差动信号的相位差；或增益调节器，其连接至所述源极接地放大器的漏极侧或源极侧，用于调节所述第一差动信 号或所述第二差动信号的增益。此外，该转换电路还具有增益放大器，该增益放大器通过在所述源 极跟随器放大器的输出侧对所述第一差动信号或所述第二差动信号的增 益进行放大来调节增益。此外，该转换电路还具有检测电路，该检测电路连接至所述源极 接地放大器的输出侧，用于检测所述第一差动信号或所述第二差动信号 的相位差或增益差；和运算电路，该运算电路基于所述检测电路的检测结果对调节量执行运算操作，其中，所述相位调节器或所述增益调节器 基于所述调节量执行相位调节或增益调节。此外，为了实现上述目的，本发明的另一实施方式是一种用于将差动信号转换成单相信号的转换电路，该转换电路具有反相输出放大器，
其对具有相反相位的一对差动信号中的第一差动信号进行放大，并输出 通过将所述第一差动信号的相位反转而获得的反相信号；和与所述反相 输出放大器电容耦合的同相输出放大器，其对该对差动信号中的第二差 动信号进行放大，获得与所述第二差动信号相位相同的同相差动信号， 并且将所述反相信号与所述同相差动信号相加以输出单相信号。此外，为了实现上述目的，本发明的另一实施方式是一种通信装置， 该通信装置具有同相输出放大器，其对具有相反相位的一对差动信号 中的第一差动信号进行放大，并且同相输出所述第一差动信号；与所述 同相输出放大器电容耦合的反相输出放大器，其对所述差动信号中的第 二差动信号进行放大，反转所述第二差动信号的相位，将所述第一差动 信号与相位被反转的所述第二差动信号相加，并且输出单相信号；和通 信单元，其基于所述单相信号进行通信。借助本发明，可以提供一种芯片面积减小且功率效率提高的用于将 差动信号转换成单相信号的转换电路。
图1示出了将差动信号转换成单相信号的转换电路的一构造实施例。图2示出了将差动信号转换成单相信号的转换电路的一具体构造实 施例。图3示出了将差动信号转换成单相信号的转换电路的一具体构造实 施例。图4示出了将差动信号转换成单相信号的转换电路的一具体构造实 施例。图5示出了将差动信号转换成单相信号的转换电路的一具体构造实 施例。图6示出了将差动信号转换成单相信号的转换电路的一具体构造实 施例。图7示出了将差动信号转换成单相信号的转换电路的一具体构造实施例。图8A和8B都示出了现有技术的将差动信号转换成单相信号的转换电路的构造示例。
具体实施方式
下面，将参照附图详细描述优选实施方式。图1是示出了应用了本发明的用于将差动信号转换成单相信号的转换电路1的构造实施例的图。转换电路1具有源极跟随器放大器(同 相输出放大器)10，其对具有相反相位的一对差动信号中的一个信号的 相位进行放大，并将该信号同相输出；源极接地放大器(反相输出放大 器)20，其对具有相反相位的该对差动信号中的另一个信号的相位进行 放大，并且反转并输出该信号的相位；电容器13，其与源极跟随器放大 器10和源极接地放大器20串联连接；以及相位差检测电路30。源极跟随器放大器10具有第一晶体管11和恒定电流源12。将差动信号的非反相信号IN输入到第一晶体管11的栅极。电源 VDD与第一晶体管11的源极相连，恒定电流源12与其漏极相连。此外， 电容器13与该漏极相连。恒定电流源12的一个端子接地(GND)。源极接地放大器20具有负载电路21，其对输出的单相信号OUT 进行放大；第二晶体管22;和相位调节器23，其基于相位差检测电路30 的检测结果来调节差动信号的相位。负载电路21具有电阻器或电感器，并且与电源VDD相连。第二晶 体管22与负载电路21以及相位调节器23相连。相位调节器23也接地 (GND)。电容器13的输出侧连接在负载电路21和第二晶体管22之间的点A 处，并且从点A输出单相信号OUT。相位差检测电路30输入来自源极接地放大器20的单相信号OUT， 根据该单相信号OUT检测差动信号IN和INX之间的相位差，并且将检 测结果输出至相位调节器23。基于该检测结果，相位调节器23调节被输 入到第二晶体管22的栅极的差动信号的反相信号INX的相位(或者差动 信号的非反相信号IN的相位)。如图1所示，由相位差检测电路30、相位调节器23等形成反馈回路。如下是如上所述地构造的转换电路1的操作。将差动信号的非反相信号IN输入第一晶体管11的栅极，并且通过恒定电流源12从其漏极输 出。非反相信号IN经由电容器13输出至点A。另一方面，将差动信号的反相信号INX输入第二晶体管的栅极。负 载电路21与电源VDD相连并且被配置成具有恒定值的电阻等，从而输 入到所述栅极的反相信号INX的输入电压越高，在负载电路21中流动的 电流越大，因此第二晶体管22的漏极处的电压越低。也就是说，当反相 信号INX的输入电压高时，第二晶体管22的漏极处的电压低。此外，当输入到第二晶体管22的栅极的反相信号INX的输入电压 低时，在负载电路21中流动的电流大，并且漏极电压高。也就是说，差动信号的反相信号INX的电压越高，第二晶体管22 的漏极电压越低，而反相信号INX的电压越低，该漏极电压越高，从而 从第二晶体管22的漏极输出对反相信号INX进行相位反转而得到的与非 反相信号IN相位相同的信号。因此，在点A处，通过将差动信号的非反相信号IN和具有与该非 反相信号IN相同的相位(与该非反相信号同相)的差动信号的反相信号 INX相加，获得了单相信号OUT。这样，所输入的差动信号IN和INX都用于到单相信号OUT的转换， 从而得到功率损耗被抑制的转换电路l。此外，未使用变压器、多个电流 镜像电路等，从而得到芯片面积减小的转换电路l。接下来，利用图2至图6来说明转换电路1的具体构造实施例。图2的转换电路1将第三晶体管121用作恒定电流源12，将具有恒 定电阻值的电阻器211用作负载电路21，并将可变电Pl231用作相位调 节器23。另外，转换电路1具有增益差检测电路40和作为增益调节器的 可变电容器232。其他构造与图1的构造相似。可变电容器232可以基于由相位差检测电路30检测到的检测结果来 改变电容，并调节两个差动信号IN和INX的相位差。
增益差检测电路40基于单相信号OUT检测两个差动信号IN和INX 的增益差，并将检测结果输出到可变电阻231。可变电阻231可以根据该 检测结果来改变电阻值，并且通过这些单元能够进行调节以使差动信号 的反相信号INX的增益和非反相信号IN的增益基本相同。通过对开关进 行切换来控制可变电阻231的电阻值。与图1的实施例相似，在点A处，从第二晶体管22输出与差动信号 的非反相信号IN具有相同相位的反相信号INX，并且将从电容13输出 的非反相信号IN与反相信号INX相加。因此，图2所示的转换电路1 也能具有减小的芯片大小和降低的功率损耗。在图2所示的实施例中，通过可变电阻231，可以得到具有被调节 为基本相等的增益的差动信号IN和INX。接下来，说明图3所示的转换电路1。与图2相比，该转换电路1 是将第一晶体管11配置为pMOS晶体管而非nMOS晶体管的实施例。第 一晶体管11的源极与点A相连，其漏极与端子AVS、可变电阻231以及 可变电容232相连。在该转换电路l中，端子AVS接地。因此，不需要设置恒定电流源 12 (第三晶体管121)。另外，第一晶体管11的源极与电阻211相连，从而使第二晶体管22 的漏极上的负载与第一晶体管11的源极上的负载基本相等。不需要像图 2的实施例那样使用电容器13累积一定量的差动信号的非反相信号IN以 供输出，因此不需要设置电容器13。因此，通过将第一晶体管11配置为pMOS晶体管，就不需要设置恒 定电流源12或电容器13，从而与图2的转换电路1相比，可以减少元件 的数量。其他构造与图2中的构造相似，从而本实施例的转换电路1也 能使芯片面积减小并且使功率损耗降低。图4是这样的实施例，其中，将相位差检测电路30和增益差检测电 路40的检测结果输出为数字信号并且对增益调节器(可变电阻231)和 相位调节器(可变电容232)进行数字控制。其他构造与图2中的构造相
也就是说，第一运算处理部31和第一DAC (D/A转换器)32依次 连接在相位差检测电路30的输出侧，并且第二运算处理部41和第二DAC 42连接在增益差检测电路40的输出侧。相位差检测电路30与以上实施例相似地检测相位差，并将结果转换 成被输出的数字信号。第一运算处理部31例如具有内部表，并读取和输 出与来自相位差检测电路30的相位差相对应的调节量。基于该调节量来 控制可变电容232 (其是相位调节器23)的电容。当对可变电容232进行模拟控制时，来自第一运算处理部31的数字 信号被第一DAC32转换成模拟信号，以控制电容。增益差检测电路40、第二运算处理部41和第二 DAC 42相似地工作。 当对作为增益调节器的可变电阻231进行数字控制时，基于根据来自第 二运算处理部41的调节量的数字信号进行控制，而当对可变电阻231进 行模拟控制时，通过使用第二 DAC 42转换成模拟值来进行控制。其他构造与图2中的构造相似；本实施例的转换电路1也能使芯片 面积减小并且使功率损耗降低。接下来，说明图5的实施例。本实施例的转换电路1是这样的实施 例，其中，在源极接地放大器20的前级设置缓冲器50，并且在后级设置 栅极接地放大器60来代替源极跟随器放大器10。缓冲器50具有第四到第七晶体管51到54。将差动信号的反相信号 INX输入到第四晶体管51的栅极，其源极与电源VDD相连，并且其漏 极与第六晶体管53的源极相连。将差动信号的非反相信号IN输入到第五晶体管52的栅极，其源极 与电源VDD相连，并且其漏极与第七晶体管54的源极相连。第六晶体管53的栅极与端子VG相连，并且其漏极与接地端子AVS 相连。第七晶体管54的栅极也与端子VG相连，并且其漏极与端子AVS 相连。第四晶体管51的漏极与源极接地放大器20的第二晶体管22的栅极 相连，并且第五晶体管52的漏极与电容器13相连。另一方面，栅极接地放大器60具有第八晶体管61和第九晶体管62。 第八晶体管61的栅极接地(与端子AVS相连)，单相信号OUT被输入 到其漏极，并且其源极与第九晶体管62的源极相连。第九晶体管62的 栅极与端子VG相连，并且其漏极接地。缓冲器50对差动信号IN、 INX进行缓冲，并且被设置用来增大驱 动功率，以针对大负载电路(源极接地放大器20等)获得适当输出。差 动信号的非反相信号IN经由第五晶体管52和电容器13被输出至第八晶 体管61的漏极。在第八晶体管61的源极(点B)处得到与所输入的非 反相信号IN同相的信号。另一方面，将差动信号的反相信号INX经由第四晶体管51输入到 第二晶体管22的栅极。与图1中的实施例等相似，相位在第二晶体管22 的源极处被反转，并且输出与非反相信号IN相位相同的信号。第九晶体管62等同于源极跟随器放大器10 (恒定电流源)的第一 晶体管ll。在点B处，将这两个同相信号(反相信号INX和非反相信号IN) 相加，得到单相信号OUT。因此与图1等相似，本实施例的转换电路1 也能使功率损耗降低。由于相位差检测电路30和增益差检测电路40等与图4的实施例中 的一样，所以相位差控制和其他控制可通过相位差调节器(可变电容器 232)和增益调节器(可变电阻231)的数字控制或模拟控制来实现。图6是为源极接地放大器20设置可变放大器25的实施例。当差动 信号的反相信号INX的增益高时，差动信号的非反相信号IN的增益被该 可变放大器25增大，从而将这两个差动信号IN、 INX的增益调节到基本 相同的水平。为此，将可变放大器25设置在电容器13和点A之间。其他构造与图2中的构造相似，本实施例的转换电路1也能使功率 损耗减低并且使芯片面积更小。图7是将图1中所示的转换电路1中的源极跟随器放大器10和源极 接地放大器20进行互换而构成的转换电路1的实施例。该源极跟随器放 大器10和源极接地放大器20的构造与图1中的相似。在点B处，将从源接地电路20输出的反相信号INX的反相信号(与
非反相信号IN同相的信号)和来自源极跟随器放大器10的非反相信号IN相加，从而得到单相信号OUT。因此与上述实施例相似，获得了降低了功率损耗并且减小了芯片面 积的转换电路。对上述所有实施例进行的说明都是假设反转差动信号的反相信号INX的相位，从而使该信号与非反相信号IN同相。当然，如果将反相信 号INX输出至对其输入差动信号的非反相信号IN的端子，并且将非反相 信号IN输出至对其输入反相信号INX的端子，则可以使非反相信号IN 的相位与反相信号INX的相位同相，从而得到单相信号OUT。同样在此 情况下，与上述实施例相似，可以得到减小了芯片面积并降低了功率损 耗的转换电路。对上述实施例进行的说明假设在第二晶体管22的漏极处设置了相 位调节器和增益调节器。当然，这些调节器也可以设置在第二晶体管22 的栅极处。同样在此情况下，获得了与上述实施例相似的有益结果。上述转换电路1例如适于应用在便携式电话、无限LAN和其他通信 装置中。例如，可以采用如下构造将来自转换电路1的单相信号输出 至天线或其他通信单元，从而使该通信单元与其他通信装置进行通信。本申请基于并要求于2006年9月26日提交的第2006-261183号在 先日本专利申请的优先权，通过引用将其全部内容合并于此。
权利要求
1、一种用于将差动信号转换成单相信号的转换电路，该转换电路包括同相输出放大器，其对具有相反相位的一对差动信号中的第一差动信号进行放大，并且同相输出所述第一差动信号；和与所述同相输出放大器电容耦合的反相输出放大器，其对所述差动信号中的第二差动信号进行放大，反转所述第二差动信号的相位，并将所述第一差动信号与相位被反转的所述第二差动信号相加以输出单相信号。
2、 如权利要求l所述的转换电路，其中，所述同相输出放大器包括 漏极接地的源极跟随器放大器，并且所述反相输出放大器包括源极接地 的源极接地放大器。
3、 如权利要求2所述的转换电路，该转换电路还包括相位调节器， 其连接至所述源极接地放大器的源极侧或漏极侧或者所述源极跟随器放 大器的输出侧，用于调节所述第一差动信号或所述第二差动信号的相位 差；或增益调节器，其连接至所述源极接地放大器的漏极侧或源极侧， 用于调节所述第一差动信号或所述第二差动信号的增益。
4、 如权力要求3所述的转换电路，该转换电路还包括增益放大器， 该增益放大器通过在所述源极跟随器放大器的输出侧对所述第一差动信 号或所述第二差动信号的增益进行放大来调节增益。
5、 如权力要求3所述的转换电路，该转换电路还包括检测电路，该检测电路连接至所述源极接地放大器的输出侧，用于检测所述第一差 动信号或所述第二差动信号的相位差或增益差；和运算电路，该运算电 路基于所述检测电路的检测结果对调节量执行运算操作，其中，所述相位调节器或所述增益调节器基于所述调节量执行相位 调节或增益调节。
6、 如权利要求1所述的转换电路，其中，所述同相输出放大器包括 栅极接地的栅极接地放大器，并且所述反相输出放大器包括源极接地的源极接地放大器。
7、 如权利要求6所述的转换电路，该转换电路还包括相位调节器， 该相位调节器连接至所述源极接地放大器的漏极侧或源极侧或者所述源 极跟随器放大器的输出侧，用于调节所述第一差动信号或所述第二差动 信号的相位差；或增益调节器，该增益调节器连接至所述源极接地放大器的漏极侧或源极侧，用于调节所述第一差动信号或所述第二差动信号 的增益。
8、 如权利要求7所述的转换电路，该转换电路还包括增益放大器， 该增益放大器通过在所述源极跟随器放大器的输出侧对所述第一差动信 号或所述第二差动信号的增益进行放大来调节增益。
9、 如权利要求7所述的转换电路，该转换电路还包括检测电路，该检测电路连接至所述源极接地放大器的输出侧，用于检测所述第一差动信号或所述第二差动信号的相位差或增益差；和运算电路，该运算电 路基于所述检测电路的检测结果对调节量执行运算操作，其中，所述相位调节器或所述增益调节器基于所述调节量执行相位 调节或增益调节。
10、 —种用于将差动信号转换成单相信号的转换电路，该转换电路包括反相输出放大器，其对具有相反相位的一对差动信号中的第一差动 信号进行放大，并输出通过将所述第一差动信号的相位反转而获得的反相信号；和与所述反相输出放大器电容耦合的同相输出放大器，其对该对差动 信号中的第二差动信号进行放大，获得与所述第二差动信号相位相同的 同相差动信号，并且将所述反相信号与所述同相差动信号相加以输出单 相信号。
11、 一种通信装置，该通信装置包括同相输出放大器，其对具有相反相位的一对差动信号中的第一差动信号进行放大，并且同相输出所述第一差动信号；与所述同相输出放大器电容耦合的反相输出放大器，其对所述差动 信号中的第二差动信号进行放大，反转所述第二差动信号的相位，将所 述第一差动信号与相位被反转的所述第二差动信号相加，并且输出单相 信号；和通信单元，其基于所述单相信号进行通信。
全文摘要
本发明提供了将差动信号转换成单相信号的转换电路。该将差动信号转换成单相信号的转换电路1具有源极跟随器放大器10和源极接地放大器20。源极跟随器放大器10输出相位未反转的差动信号的非反相信号IN。源极接地放大器20反转差动信号的反相信号INX，并将其相位调节成非反相信号IN的相位。在A点处，将差动信号IN和INX相加并且输出为单相信号OUT。
文档编号H03F3/45GK101154929SQ20071016174
公开日2008年4月2日 申请日期2007年9月25日 优先权日2006年9月26日
发明者荒井知之 申请人:富士通株式会社