專利名稱：可變增益放大器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容涉及可變增益放大器電路領(lǐng)域，并且特別地，雖然非排他地，涉及具有形成為跨導(dǎo)線性環(huán)的一部分的兩個共基極晶體管的可變增益放大器電路。
背景技術(shù)：
已知有利的是使一些可變增益放大器以分 貝線性(dB線性)增益曲線運行。以這種方式，采用對數(shù)檢測器檢測信號電壓或 功率的系統(tǒng)反饋回路可以更容易用可變增益放大器實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種可變增益放大器電路，包括第一晶體管和第二晶體管，其中第一晶體管和第二晶體管被布置為共基極晶體管；和附加晶體管，該附加晶體管被配置為提供具有第一晶體管和第二晶體管的跨導(dǎo)線性環(huán)(translinear loop)的一部分；其中，通過第一晶體管的導(dǎo)電溝道的電流被配置為貢獻于可變增益放大器電路電流的輸出，并且該電路被配置為使得通過第二晶體管的導(dǎo)電溝道的電流被復(fù)制至附加晶體管。以這種方式，可以從跨導(dǎo)線性環(huán)中抵消通過第二晶體管的可變電流，因為它還存在于附加晶體管中。這可以被認為是補償?shù)谝痪w管和第二晶體管的非理想傳遞函數(shù)的至少一部分，并且使得能夠增加dB線性工作范圍。從而，這可以帶來可以以dB線性工作實現(xiàn)的更高的最大增益值。當(dāng)通常在采用對數(shù)檢測器檢測信號電壓或功率的系統(tǒng)反饋回路中產(chǎn)生控制電壓時，dB線性工作可以被認為是有利的。因此，如果增益控制曲線具有等同于dB線性工作的指數(shù)形狀，則整個回路增益可以是恒定的并且獨立于信號電平?？勺冊鲆娣糯笃麟娐房梢园娏鞫婀采涔不糯笃?current steeringcascode)，該電流舵共射共基放大器包括第一晶體管和第二晶體管。電流舵共射共基放大器還可以包括第三晶體管。第三晶體管可以被布置為共發(fā)射極晶體管。第三晶體管的集電極可以連接至第一晶體管和第二晶體管二者的發(fā)射極。共射共基放大器可以被視為共發(fā)射極(CE)級和共基極(CB)級晶體管的組合，其中CE級的集電極連接至CB級的發(fā)射極。電流舵共射共基放大器可以被視為具有兩個CB級而不是一個CB級的共射共基放大器，這兩個CB級連接至CE級的集電極?？勺冊鲆娣糯笃麟娐返牡谝痪w管和第二晶體管可以為電流舵共射共基放大器的兩個CB級，第三晶體管可以被視為CE級。CB級的兩個基極電壓之間的差可以產(chǎn)生CB的集電極電流之間的差。因此，CB基極電壓差可以控制CB集電極電流，并且因此控制電流增益。附加晶體管可以被配置為使得電流以與流過第二晶體管的基極-發(fā)射極結(jié)的電流相反的方式流過附加晶體管的基極-發(fā)射極結(jié)。以這種方式，通過附加晶體管的電流可以方便地用來抵消通過第二晶體管的電流。該電路可以包括被配置為將通過第二晶體管的導(dǎo)電溝道的電流復(fù)制至附加晶體管的導(dǎo)電溝道的任何部件。在一種示例中，該電路還可以包括電流鏡，該電流鏡被配置為將通過第二晶體管的導(dǎo)電溝道的電流耦合至附加晶體管的導(dǎo)電溝道。在另一種示例中，該電路還可以包括兩個電流鏡，這兩個電流鏡被配置為將通過第二晶體管的導(dǎo)電溝道的電流耦合至附加晶體管的導(dǎo)電溝道。采用兩個電流鏡可以是有利的，因為它使得能夠恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置提供至附加晶體管的電流信號的極性。該電路還可以包括電壓源，或具有電壓輸出的電路，具有電壓輸出的電路被配置為提供控制電壓用于設(shè)置可變增益放大器電路的增益。該電路還可以包括電流源和提供跨導(dǎo)線性環(huán)的一部分的控制晶體管。電流源可以被配置為提供電流至控制晶體管，該電流具有與控制電壓成指數(shù)關(guān)系的值。該電路還可以包括提供跨導(dǎo)線性環(huán)的一部分的控制晶體管和另一個晶體管。所述另一個晶體管的導(dǎo)電溝道可以與控制晶體管的導(dǎo)電溝道串聯(lián)設(shè)置。所述另一個晶體管可以被配置為在其基極處接收控制電壓，并將電流提供至控制晶體管，該電流具有與控制電壓成指數(shù)關(guān)系的值。所述另一個晶體管可以獨立于跨導(dǎo)線性環(huán)?？勺冊鲆娣糯笃麟娐房梢园ū慌渲脼樾纬煽鐚?dǎo)線性環(huán)的一部分的一個或多個額外晶體管。設(shè)置成具有從基極到發(fā)射極圍繞跨導(dǎo)線性環(huán)流動的電流的晶體管的數(shù)量可以等于設(shè)置成具有從發(fā)射極到基極圍繞跨導(dǎo)線性環(huán)流動的電流的晶體管的數(shù)量。所述晶體管中的一個或多個或全部為雙極結(jié)型晶體管或處于弱反型的CMOS晶體管?？梢蕴峁┌ㄔ诖斯_的任何電路的集成電路?？梢蕴峁┯嬎銠C程序，當(dāng)在計算機上運行時，該計算機程序使計算機配置包括在此公開的電路、集成電路或裝置的任何設(shè)備或執(zhí)行在此公開的任何方法。計算機程序可以為軟件實現(xiàn)方式，并且計算機可以被視為任何合適的硬件，作為非限制性示例，包括數(shù)字信號處理器、微控制器以及只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)或電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)的實現(xiàn)方式。該軟件可以為匯編程序。該計算機程序可以設(shè)置在計算機可讀介質(zhì)上，該計算機可讀介質(zhì)可以為物理計算機可讀介質(zhì)，如磁盤或存儲器裝置，或可以實現(xiàn)為瞬態(tài)信號。這種瞬態(tài)信號可以是網(wǎng)絡(luò)下載的，包括因特網(wǎng)下載的。


現(xiàn)在參照附圖，僅以舉例的方式給出說明，在附圖中圖I說明已知的電流舵共射共基放大器；圖2圖示說明圖I的電路的性能；圖3說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的可變增益放大器電路；圖4圖示說明圖3的性能；以及圖5說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的可變增益放大器電路。
具體實施例方式在此公開的一個或多個實施例涉及可變增益放大器電路，其包括被布置為共基極晶體管的第一晶體管和第二晶體管。第一晶體管和第二晶體管可以為電流舵共射共基放大器的一部分。通過第一晶體管的導(dǎo)電溝道的電流被配置為貢獻于可變增益放大器電路的輸出。該電路還包括被配置為提供具有第一晶體管和第二晶體管的跨導(dǎo)線性環(huán)的一部分的附加晶體管。通過第二晶體管的導(dǎo)電溝道的電流可以被復(fù)制至附加晶體管，以便可以在跨導(dǎo)線性環(huán)中抵消通過第二晶體管的導(dǎo)電溝道的電流，并且與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以擴展可變增益放大器的dB線性行為范圍。圖I說明已知的電流舵共射共基放大器，其為具有變增益的放大器。該電流舵共射共基放大器包括3個晶體管第一晶體管QO 106、第二晶體管Ql 108和第三晶體管Q3 104。圖I說明類似于以下文獻圖2中說明的現(xiàn)有技術(shù)電路的電路2004年8月出版的“Microwave and Wireless Components Letters, IEEE”(Vol. 14, No. 8)中的文章“A SiGeBICMOS Transmitter Module for IMT2001 Applications”,通過參考將其全部內(nèi)容結(jié)合于此?！ば盘栍呻妷涸碫4 102提供并由共發(fā)射極晶體管Q3 104放大。晶體管Q3 104由兩個共基極級晶體管QO 106和Ql 108加載。晶體管Ql 108的輸出饋送至射極跟隨器晶體管110 Q2的基極，射極跟隨器晶體管110 Q2將輸出信號提供至負載電阻器R4 112。晶體管對QO 106和Ql 108用作分流器。通過QO 106和Ql 108的電流的量取決于它們的基極端子之間的電壓差。該電壓差由電壓源V12 114確定，電壓源V12 114稱為vctrl并連接在QO 106的基極和Ql 108的基極之間。如果vctrl為0V，則來自晶體管Q3104的電流在晶體管QO 106和晶體管Ql 108之間被等分；也就是說，流過晶體管QO 106的導(dǎo)電溝道的電流的量與流過晶體管Ql 108的導(dǎo)電溝道的電流的量相同。如果vctrl為正，則通過晶體管QO 106的電流大于通過晶體管Ql 108的電流，并且因此負載電阻器R4 112處的輸出電壓降低。圖I的電路可以被認為是通過在兩個支路之間劃分電流而提供可變增益。第一支路是晶體管QO 106的導(dǎo)電溝道，第二支路是晶體管Ql 108的導(dǎo)電溝道。導(dǎo)電溝道允許響應(yīng)于電流基極-發(fā)射極電流在晶體管的發(fā)射極和集電極之間流動。電流在晶體管之間分開的比率由控制電壓(vctrl)控制。通過所述支路中的一個(包括圖I中的晶體管Ql 108的支路)的電流隨后貢獻于可變增益放大器的輸出，而通過另一個支路(包括圖I中的晶體管Q0106的支路)的電流沒有貢獻于所述輸出。圖2圖示說明圖I的信號增益和控制電壓vctrl之間的關(guān)系。圖2的左手圖說明放大器電路在垂直軸線上的的增益(分貝，dB)與在水平軸線上的控制電壓(毫伏，mV)之間的關(guān)系。這可以稱為電流舵共射共基放大器的增益控制曲線。圖2的右手圖說明垂直軸線上的該增益相對于控制電壓的導(dǎo)數(shù)與水平軸線上的控制電壓(毫伏)之間的關(guān)系。右手圖可以稱為增益控制曲線的導(dǎo)數(shù)。對增益曲線來說會是有利的是dB線性。也就是說，為了在以半對數(shù)比例繪制時在工作范圍內(nèi)具有線性部分。這是因為通常在采用對數(shù)檢測器檢測信號電壓或功率的系統(tǒng)反饋回路中產(chǎn)生控制電壓。如果增益控制曲線具有等同于“dB線性”的指數(shù)形狀，則整個回路增益是恒定的(與信號電平無關(guān))。這對于諸如回路穩(wěn)定性和精度之類的系統(tǒng)參數(shù)是非常重要的，并且可以被視為重要的優(yōu)勢。從圖2可以看到，左手圖中的曲線對于在IOOmV至300mV范圍內(nèi)的控制電壓來說是近似dB線性的。對于小于IOOmV的控制電壓，增益控制曲線是非線性的。針對IOOmV的控制電壓的信號增益為OdB，并且因此，對于dB線性工作來說最大可用增益為OdB。在此公開的一個或多個實施例可以改善控制電壓的范圍，在該范圍內(nèi)可以以dB線性工作使用增益控制曲線。從而，這可以改善dB線性工作下的最大可用增益。這可以意味著可以去除現(xiàn)有系統(tǒng)中的附加增益成分，因為可變增益放大器電路本身可以提供足夠的增益。圖3說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的可變增益放大器電路300。該電路包括跨導(dǎo)線性環(huán)?？鐚?dǎo)線性環(huán)(同樣熟知為跨導(dǎo)線性電路)是采用已知的跨導(dǎo)線性原理的電路。該示例
中的跨導(dǎo)線性環(huán)為雙極基極-發(fā)射極電壓(Vbe’ s)的回路，其包括在晶體管的基極和發(fā)射極之間圍繞該回路的相等數(shù)量的正向和反向轉(zhuǎn)換。圖3中的跨導(dǎo)線性環(huán)包括兩個共基極級晶體管第一晶體管Q20 310和第二晶體管Q19 312。這兩個晶體管Q20 310和Q19 312提供類似于由已知的電流舵共射共基放大器中的兩個共基極晶體管提供的功能的功能。然而，在該示例中，不需要存在于某些已知的電流舵共射共基放大器中的共發(fā)射極級晶體管。下文提供跨導(dǎo)線性環(huán)的進一步的細節(jié)。從輸入端到輸出端的信號路徑由連接至電源阻抗R13 306的第一端子的信號源v2 304構(gòu)成。電源阻抗R13 306的另一個端子連接至電壓至電流(V至I)轉(zhuǎn)換塊308的輸入端。電壓至電流轉(zhuǎn)換塊308的輸出端連接至第一晶體管Q20 310和第二晶體管Q19 312的發(fā)射極。電壓至電流轉(zhuǎn)換塊308的輸出端還連接至直流(DC)電流源15。電流源15為第一晶體管Q20 310和第二晶體管Q19 312提供必要的偏置電流。在一些示例中，可以采用共發(fā)射極配置的雙極晶體管實現(xiàn)電壓至電流轉(zhuǎn)換塊308。這種晶體管還為第一晶體管Q20 310和第二晶體管Q19 312提供偏置電流，并在下文參照圖5描述。在該示例中，電壓至電流轉(zhuǎn)換功能和偏置電流的提供也可以結(jié)合在單個部件中。第一晶體管Q20 310的集電極連接至緩沖器316的輸入端。緩沖器316的輸出提供至負載電阻器R18 318，其表示電路300的輸出。因此，通過第一晶體管Q20的發(fā)射極和集電極之間的導(dǎo)電溝道的電流貢獻于該電路的輸出，并且與可變增益放大器電路300的增益成比例。在其它示例中，可以不需要緩沖器316，并且可以將緩沖器316視為任選部件?？勺冊鲆娣糯笃麟娐?00的跨導(dǎo)線性環(huán)由晶體管Q19 312,Q20 310,Q12 320,Q16322，Q14 324和Q13 326構(gòu)成。從第一晶體管Q20 310的基極開始，跨導(dǎo)線性環(huán)通過下述
基極-發(fā)射極結(jié)第一晶體管Q20 310的基極至發(fā)射極；第二晶體管Q19 312的發(fā)射極至基極；晶體管Q13 326的發(fā)射極至基極；晶體管Q14 324的發(fā)射極至基極；附加晶體管Q16 322的基極至發(fā)射極；控制晶體管Q12 320的基極至發(fā)射極；以及
返回至第一晶體管Q20 310的基極。跨導(dǎo)線性原理的重要特性是晶體管的沿一個方向的集電極電流的乘積等于該晶體管沿相反方向的集電極電流的乘積。這僅在所有的晶體管具有相同的發(fā)射極面積時適用。如果發(fā)射極面積不同，則電流必須除以比例因子。在圖3的示意圖中，該比例因子等于晶體管的“mult” ( “倍數(shù)”)特性。“mult”特性表示晶體管的發(fā)射極面積的相對值。對于圖3中標識的晶體管，“mult”的值具有2或10的值。對于圖3的電路，電流沿第一方向(從發(fā)射極開始)流過晶體管Q19312，Q13 326和Q14 324，并沿第二方向(至發(fā)射極)流過晶體管Q16 322，Q12 320和Q20 310。因此，并且考慮上述“mult”因子，通過晶體管的電流符合下述等式119/10*113/2*114/2 = 116/2*112/2*120/10 (I)其中Ixx表示通過晶體管Qxx的導(dǎo)電溝道的電流；并且分母2和10中的每一個表示相關(guān)聯(lián)的晶體管的“mult”因子。在該示例中可以看出，比例(‘mul’ )因子抵消，并且因此119*113*114=116*112*120 (2)如上所述，輸出電流120與電路的增益成比例。為了具有期望的dB線性增益，電流120相對于控制電壓vctrl應(yīng)當(dāng)具有指數(shù)行為。這通過可變DC電流源17 328的使用實現(xiàn)。電流源17 328連接在控制晶體管Q12 320的發(fā)射極和地之間。電流源17 328的值設(shè)置為使得它與控制電壓vctrl的指數(shù)成比例。在該示例中，電流源17328的值為Idc = A*exp (B*vctrl) (3)其中A和B為常數(shù)。Vctrl可以由電壓源或由可以具有電壓輸出的電路(圖中未示出)設(shè)定，以提供控制電壓用于設(shè)置可變增益放大器電路的增益。實現(xiàn)電流源17的公知方法是采用共發(fā)射極配置的雙極晶體管，其中vctrl施加至基極，集電極電流提供輸出電流。因此，基于與通過晶體管Q12 320的導(dǎo)電溝道的電流相比可以忽略基極電流的假設(shè)112 = A*exp (B*vctrl) (4)以這種方式，通過控制晶體管Q12 320的導(dǎo)電溝道的電流112相對于控制電壓vctrl具有指數(shù)行為。在替代實施例中，另一個晶體管可以用來以類似于圖I中的晶體管Q3 104的方式將其基極處的控制電壓vctrl轉(zhuǎn)換成指數(shù)集電極電流。所述另一個晶體管的集電極電流隨后可以供給至Q12。結(jié)合上述等式⑵和⑷給出120 = 119*113*114/(I16*constantl*exp(vctrl/Vt)) (5)其中Vt為控制晶體管Q12 320的熱電壓并等于kT/q ;并且constantl表示該表達式中的所有常數(shù)的合并。
·
如果113、114和116為恒定電流，則等式(5)可以被重寫為120 = I19*constant2*exp(-vctrl/Vt) (6)
其中constant2表示該表達式中的所有常數(shù)的合并。等式6表示類似于圖I的電路的性能。然而，通過使電流116與119成比例，可以改善性能。在該情況中，等式5中116可以用119代替，并且該等式可以被重寫為
權(quán)利要求
1.一種可變增益放大器電路(300)，包括 第一晶體管(310)和第二晶體管(312)，其中第一晶體管(310)和第二晶體管(312)被布置為共基極晶體管；和 附加晶體管(320)，該附加晶體管(320)被配置為提供具有第一晶體管(310)和第二晶體管(312)的跨導(dǎo)線性環(huán)的一部分； 其中，通過第一晶體管(310)的導(dǎo)電溝道的電流被配置為貢獻于可變增益放大器電路電流的輸出，并且該電路(300)被配置為使得通過第二晶體管(312)的導(dǎo)電溝道的電流被復(fù)制至附加晶體管(322)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中附加晶體管(322)被配置為使得電流以與流過第二晶體管(312)的基極-發(fā)射極結(jié)的電流相反的方式流過附加晶體管(322)的基極-發(fā)射極結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可變增益放大器電路(500)，包括電流舵共射共基放大器(502)，該電流舵共射共基放大器(502)包括第一晶體管(510)和第二晶體管(512)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可變增益放大器電路(500)，電流舵共射共基放大器(502)還包括第三晶體管(511)，其中第三晶體管(511)被布置為共發(fā)射極晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可變增益放大器電路(500)，其中第三晶體管(511)的集電極連接至第一晶體管(510)和第二晶體管(512) 二者的發(fā)射極。
6.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的電路，還包括電流鏡(330，332)，該電流鏡被配置為將通過第二晶體管(312)的導(dǎo)電溝道的電流耦合至附加晶體管(322)的導(dǎo)電溝道。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的電路，還包括兩個電流鏡(330，332)，這兩個電流鏡(330，332)被配置為將通過第二晶體管(312)的導(dǎo)電溝道的電流耦合至附加晶體管(322)的導(dǎo)電溝道。
8.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的電路，還包括電壓源或具有電壓輸出的電路，該電壓源或該具有電壓輸出的電路被配置為提供控制電壓用于設(shè)置可變增益放大器電路(300)的增益。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，還包括 電流源(328);和 提供跨導(dǎo)線性環(huán)的一部分的控制晶體管(320)； 其中電流源(328)被配置為提供電流至控制晶體管(320)，該電流具有與控制電壓成指數(shù)關(guān)系的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，還包括 提供跨導(dǎo)線性環(huán)的一部分的控制晶體管(320);和 另一個晶體管，其中所述另一個晶體管的導(dǎo)電溝道與控制晶體管(320)的導(dǎo)電溝道串聯(lián)設(shè)置； 其中所述另一個晶體管被配置為在其基極處接收控制電壓，并將電流提供至控制晶體管(320)，該電流具有與控制電壓成指數(shù)關(guān)系的值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，其中所述另一個晶體管獨立于跨導(dǎo)線性環(huán)。
12.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的電路，其中可變增益放大器電路(300)包括被配置為形成跨導(dǎo)線性環(huán)的一部分的一個或多個額外晶體管(324，326)，設(shè)置成具有從基極到發(fā)射極圍繞跨導(dǎo)線性環(huán)流動的電流的晶體管的數(shù)量等于設(shè)置成具有從發(fā)射極到基極圍繞跨導(dǎo)線性環(huán)流動的電流的晶體管的數(shù)量。
13.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的電路，其中所述晶體管中的一個或多個或全部為雙極結(jié)型晶體管。
14.一種集成電路，包括根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的電路。
全文摘要
一種可變增益放大器電路(300)，包括第一晶體管(310)和第二晶體管(312)以及附加晶體管(320)。第一晶體管(310)和第二晶體管(312)被布置為共基極晶體管。附加晶體管(320)被配置為提供具有第一晶體管(310)和第二晶體管(312)的跨導(dǎo)線性環(huán)的一部分。通過第一晶體管(310)的導(dǎo)電溝道的電流被配置為貢獻于可變增益放大器電路電流的輸出。該電路(300)被配置為使得通過第二晶體管(312)的導(dǎo)電溝道的電流被復(fù)制至附加晶體管(322)。
文檔編號H03G3/20GK102882483SQ201210236869
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
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