專利名稱：可變增益放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大器技術(shù)，尤其涉及一種可變增益放大器。
背景技術(shù)：
在無線接收機(jī)中，天線接收到的信號強(qiáng)度可能變化很大，接收機(jī)對于這些不同強(qiáng) 度的信號都必須能夠正確解調(diào)。例如，對于全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)(GSM)手機(jī)來說，它所接收到 的最弱有用信號為_102dBm，所接收到的最強(qiáng)有用信號為_15dBm，信號的能量變化范圍為 87dBm，這是一個(gè)很寬的范圍，任何恒定增益的接收機(jī)都無法正確解調(diào)這么寬能量范圍的信 號。為了正確解調(diào)強(qiáng)弱不同的信號，無線接收機(jī)的增益必須根據(jù)信號強(qiáng)度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使 接收機(jī)在接收弱信號時(shí)具有很高的增益，而在接收強(qiáng)信號時(shí)具有較低的增益，這是由以可 變增益放大器(VGA)為核心的自動(dòng)增益控制環(huán)路(AGC)來實(shí)現(xiàn)的。隨著數(shù)字信號處理技術(shù) 的發(fā)展，越來越多的接收機(jī)采用數(shù)字信號來控制可變增益放大器的增益。如圖1所示，VGA 的輸出信號經(jīng)模數(shù)變換器變換為數(shù)字信號，在數(shù)字域?qū)π盘枏?qiáng)弱進(jìn)行判斷，并給出數(shù)字增 益控制字來控制VGA的增益。衡量射頻電路性能的一個(gè)很重要的參數(shù)是線性度，它表述了射頻電路由于非線性 而引入的失真程度，其值決定了射頻電路能夠承受的最大輸入信號功率。對于可變增益放 大器而言，線性度越高其可以處理的最大信號強(qiáng)度就越大。對于開環(huán)放大器而言，其增益為等效輸入跨導(dǎo)Gm和等效輸出電阻Rout的乘積，因 此，改變輸入級的跨導(dǎo)就可以改變放大器的增益，構(gòu)成以可編程跨導(dǎo)放大器為基礎(chǔ)的VGA。 輸入級的跨導(dǎo)調(diào)節(jié)可以通過改變輸入級的偏置電流或者改變輸入級的源簡并電阻的阻值 來實(shí)現(xiàn)。圖2給出了一種以可編程跨導(dǎo)器為基礎(chǔ)的VGA，它是一個(gè)電阻作負(fù)載的差分放大 器，通過改變差分對的偏置電流來調(diào)節(jié)放大器的跨導(dǎo)。由長溝道器件的平方律I-V特性可 知差分對的跨導(dǎo)正比于尾電流源電流大小的平方根，因此，改變尾電流源Iss的大小就可 以改變差分對M1、M2的跨導(dǎo)。這種類型的VGA存在差分對的線性工作區(qū)范圍很窄的問題。 圖3給出了另一種以可編程跨導(dǎo)器為基礎(chǔ)的VGA，它通過改變源簡并電路中的輸入級源簡 并電阻RE的阻值來調(diào)節(jié)放大器的跨導(dǎo)，使用源簡并技術(shù)可以提高跨導(dǎo)器的線性度，但提高 后的線性度仍然不高，并且它會降低跨導(dǎo)器的跨導(dǎo)，而且VGA的增益變化范圍很小。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種可變增益放大器，以具有高線性度。本發(fā)明提出了一種可變增益放大器，該可變增益放大器包括差分電路，所述差分 電路包括第一負(fù)載電路、第二負(fù)載電路和源簡并電路，所述差分電路還包括第一射隨器電 路和第二射隨器電路，其中，所述第一射隨器電路的柵極或基極與所述差分電路的正向電 壓輸入端相連，漏極或集電極與所述第一負(fù)載電路相連；所述第二射隨器電路的柵極或基 極與所述差分電路的負(fù)向電壓輸入端相連，漏極或集電極與所述第二負(fù)載電路相連；所述兩個(gè)射隨器電路的源極或發(fā)射極分別連接到所述源簡并電路的兩端。優(yōu)選地，上述可變增益放大器可具有如下特點(diǎn)所述第一射隨器電路包括第一運(yùn)算放大器和金屬氧化物半導(dǎo)體(M0Q管，所述第 一運(yùn)算放大器的同相輸入端與所述正向電壓輸入端相連；所述第二射隨器電路包括第二運(yùn) 算放大器和MOS管，所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端與所述負(fù)向電壓輸入端相連；所述 兩個(gè)運(yùn)算放大器的反相輸入端和所述MOS管的源極均與所述源簡并電路相連；所述兩個(gè)運(yùn) 算放大器的輸出端與所述MOS管的柵極相連；所述MOS管的漏極分別與各自運(yùn)算放大器對 應(yīng)的負(fù)載電路相連。優(yōu)選地，上述可變增益放大器還可具有如下特點(diǎn)
所述MOS管包括N型MOS管和P型MOS管。優(yōu)選地，上述可變增益放大器還可具有如下特點(diǎn)所述第一射隨器電路包括第一運(yùn)算放大器和三極管，所述第一運(yùn)算放大器的同相 輸入端與所述正向電壓輸入端相連；所述第二射隨器電路包括第二運(yùn)算放大器和三極管， 所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端與所述負(fù)向電壓輸入端相連；所述兩個(gè)運(yùn)算放大器的反 相輸入端和所述三極管的發(fā)射極均與所述源簡并電路相連；所述兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端 與所述三極管的基極相連；所述三極管的集電極與各自運(yùn)算放大器對應(yīng)的負(fù)載電路相連。優(yōu)選地，上述可變增益放大器還可具有如下特點(diǎn)所述第一負(fù)載電路和所述第二負(fù)載電路包括負(fù)載電阻。優(yōu)選地，上述可變增益放大器還可具有如下特點(diǎn)所述負(fù)載電阻為可調(diào)電阻。優(yōu)選地，上述可變增益放大器還可具有如下特點(diǎn)所述源簡并電路包括源簡并電阻。優(yōu)選地，上述可變增益放大器還可具有如下特點(diǎn)所述源簡并電阻為可調(diào)電阻。優(yōu)選地，上述可變增益放大器還可具有如下特點(diǎn)所述VGA位于射頻收發(fā)器中。該可變增益放大器采用運(yùn)放構(gòu)成射隨器電路，具有電路結(jié)構(gòu)簡單，電路面積小，電 路線性度高的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是現(xiàn)有數(shù)字自動(dòng)增益控制環(huán)路示意圖；圖2是現(xiàn)有控制輸入級偏置電流的可變增益放大器的電路示意圖；圖3是現(xiàn)有控制輸入級源簡并電阻RE的可變增益放大器的電路示意圖；圖4是本發(fā)明以可編程負(fù)載為基礎(chǔ)的可變增益放大器的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明提供了一種可變增益放大器(VGA)，所述VGA包括差分電路，所述差分電路 包括第一負(fù)載電路、第二負(fù)載電路和源簡并電路，所述差分電路還包括第一射隨器電路和
4第二射隨器電路，其中，所述第一射隨器電路的柵極/基極與所述差分電路的正向電壓輸 入端相連，漏極/集電極與所述第一負(fù)載電路相連；所述第二射隨器電路的柵極/基極與所 述差分電路的負(fù)向電壓輸入端相連，漏極/集電極與所述第二負(fù)載電路相連；所述兩個(gè)射 隨器電路的源極/發(fā)射極分別連接到所述源簡并電路的兩端。其中，上述射隨器電路可以有多種實(shí)現(xiàn)方式，例如，上述第一射隨器電路包括第一 運(yùn)算放大器和金屬氧化物半導(dǎo)體(M0Q管，上述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端與上述正向 電壓輸入端相連；上述第二射隨器電路包括第二運(yùn)算放大器和MOS管，上述第二運(yùn)算放大 器的同相輸入端與上述負(fù)向電壓輸入端相連；上述兩個(gè)運(yùn)算放大器的反相輸入端和上述 MOS管的源極均與上述源簡并電路相連；上述兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端與上述MOS管的柵 極相連；上述MOS管的漏極分別與各自運(yùn)算放大器對應(yīng)的負(fù)載電路相連。上述運(yùn)算放大器 的輸出端與上述NMOS管的柵極之間還可以設(shè)置有其他元件等等；當(dāng)然上述運(yùn)算放大器也 可以由其他元件代替。其中，上述MOS管包括N型MOS管和P型MOS管。需要說明的是，當(dāng)上述射隨器電路包括MOS管時(shí)，該射隨器電路的漏極與NMOS管 的漏極(可參見圖4)為同一極；該射隨器電路的源極與NMOS管的源極為同一極。另外，上述MOS管還可以被三極管代替，例如上述第一射隨器電路包括第一運(yùn)算 放大器和三極管，上述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端與上述正向電壓輸入端相連；上述第 二射隨器電路包括第二運(yùn)算放大器和三極管，上述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端與上述負(fù) 向電壓輸入端相連；上述兩個(gè)運(yùn)算放大器的反相輸入端和上述三極管的發(fā)射極均與上述源 簡并電路相連；上述兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端與上述三極管的基極相連；上述三極管的集 電極與各自運(yùn)算放大器對應(yīng)的負(fù)載電路相連。此時(shí)，上述射隨器電路的集電極與三極管的 集電極為同一極；上述射隨器電路的發(fā)射極與三極管的發(fā)射極為同一極。由此可見，射隨器 電路的三極與其包含的MOS管或三極管的三極相對應(yīng)。上述第一負(fù)載電路和第二負(fù)載電路都可以包括電阻，優(yōu)選地，上述電阻為可調(diào)電 阻；上述源簡并電路中的電阻除了可以為可調(diào)電阻外，也可以為固定電阻，或幾個(gè)電阻串并
聯(lián)在一起。如圖4所示，是本發(fā)明以可編程負(fù)載為基礎(chǔ)的可變增益放大器的電路示意圖，該 VGA包括兩個(gè)電流源II、12 ；兩個(gè)N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)管M1、M2 ;3個(gè)電阻Rl、R2 和R3 ；兩個(gè)運(yùn)算放大器(簡稱運(yùn)放)0P1、0P2。NMOS管Ml、M2的組成和結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的可編 程跨導(dǎo)器的組成和結(jié)構(gòu)相同。電阻R2、R3的兩端分別與NMOS管(Ml和M2)的漏極和電源 (VDD)連接，電阻Rl的兩端分別與NMOS管(Ml和M2)的源極。電流源(II、12)的輸入極 分別與NMOS管的源極連接，電流源(II、12)的輸出極與地(GND)連接。與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)不同的是增加了運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器(0P1、0P2)的輸出端分別與 NMOS管(M1、M2)的柵極連接，運(yùn)算放大器(0P1、0P2)的反相輸入端分別與NMOS管(M1、M2) 的源極連接，運(yùn)算放大器(0P1、0P2)的同相輸入端分別與輸入電壓(Vin+、Vin-)連接，構(gòu)成 射隨器電路。通過選擇運(yùn)算放大器內(nèi)部MOS管的合適尺寸，以及調(diào)整NMOS管Ml、M2的尺寸，可 以使得節(jié)點(diǎn)Cl、C2的電壓分別等于Vin+和Vin-，并且跟隨Vin+和Vin-變化而變化。這 樣流過電阻R3的電流Δ I就等于
AI =( 8 )
Rl同時(shí)，由于流經(jīng)電流源的電流分別為Il和12，則支路A，B的電流分別為Ia=J1+AZ = J1(9)
RiIb=I2-AI = I2-^(10)
Ri由此可知，輸出電壓Vout+和Vout-分別為Vout+ = I ^R2=I1R2+AVm^-(11)Vout- = Ib^R3= I2R3 -AVm^(12)由上式11)、12)可知，輸出電壓隨輸入電壓線性變化，與MOS管的跨導(dǎo)gm無關(guān)，此 電路具有很好的線性度。另外，當(dāng)改變負(fù)載電阻R2、R3的大小時(shí)，輸出電壓隨之改變，從而達(dá)到改變增益的 目的。采用射隨器電路的可變增益放大器，具有電路結(jié)構(gòu)簡單，電路面積小，線性度高的 優(yōu)點(diǎn)。另外，上述VGA還可以位于射頻收發(fā)器中，由于該VGA線性度高，可以適用于射頻 收發(fā)器的發(fā)射鏈路。以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，僅僅參照較佳實(shí)施例對本發(fā) 明進(jìn)行了詳細(xì)說明。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改 或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范 圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種可變增益放大器(VGA)，所述VGA包括差分電路，所述差分電路包括第一負(fù)載電 路、第二負(fù)載電路和源簡并電路，其特征在于，所述差分電路還包括第一射隨器電路和第二 射隨器電路，其中，所述第一射隨器電路的柵極或基極與所述差分電路的正向電壓輸入端 相連，漏極或集電極與所述第一負(fù)載電路相連；所述第二射隨器電路的柵極或基極與所述 差分電路的負(fù)向電壓輸入端相連，漏極或集電極與所述第二負(fù)載電路相連；所述兩個(gè)射隨 器電路的源極或發(fā)射極分別連接到所述源簡并電路的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變增益放大器，其特征在于所述第一射隨器電路包括第一運(yùn)算放大器和金屬氧化物半導(dǎo)體(M0Q管，所述第一運(yùn) 算放大器的同相輸入端與所述正向電壓輸入端相連；所述第二射隨器電路包括第二運(yùn)算放 大器和MOS管，所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端與所述負(fù)向電壓輸入端相連；所述兩個(gè) 運(yùn)算放大器的反相輸入端和所述MOS管的源極均與所述源簡并電路相連；所述兩個(gè)運(yùn)算放 大器的輸出端與所述MOS管的柵極相連；所述MOS管的漏極分別與各自運(yùn)算放大器對應(yīng)的 負(fù)載電路相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變增益放大器，其特征在于所述MOS管包括N型MOS管和P型MOS管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1權(quán)利要求所述的可變增益放大器，其特征在于所述第一射隨器電路包括第一運(yùn)算放大器和三極管，所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入 端與所述正向電壓輸入端相連；所述第二射隨器電路包括第二運(yùn)算放大器和三極管，所述 第二運(yùn)算放大器的同相輸入端與所述負(fù)向電壓輸入端相連；所述兩個(gè)運(yùn)算放大器的反相輸 入端和所述三極管的發(fā)射極均與所述源簡并電路相連；所述兩個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端與所 述三極管的基極相連；所述三極管的集電極與各自運(yùn)算放大器對應(yīng)的負(fù)載電路相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4權(quán)利要求所述的可變增益放大器，其特征在于所述第一負(fù)載電路和所述第二負(fù)載電路包括負(fù)載電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可變增益放大器，其特征在于所述負(fù)載電阻為可調(diào)電阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變增益放大器，其特征在于所述源簡并電路包括源簡并電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可變增益放大器，其特征在于所述源簡并電阻為可調(diào)電阻。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可變增益放大器，其特征在于所述VGA位于射頻收發(fā)器中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可變增益放大器，該可變增益放大器(VGA)包括差分電路，所述差分電路包括第一負(fù)載電路、第二負(fù)載電路和源簡并電路，所述差分電路還包括第一射隨器電路和第二射隨器電路，其中，所述第一射隨器電路的柵極或基極與所述差分電路的正向電壓輸入端相連，漏極或集電極與所述第一負(fù)載電路相連；所述第二射隨器電路的柵極或基極與所述差分電路的負(fù)向電壓輸入端相連，漏極或集電極與所述第二負(fù)載電路相連；所述兩個(gè)射隨器電路的源極或發(fā)射極分別連接到所述源簡并電路的兩端。該可變增益放大器采用射隨器電路，具有電路結(jié)構(gòu)簡單，電路面積小，電路線性度高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H03G3/20GK102104367SQ20111005347
公開日2011年6月22日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者汪紀(jì) 申請人:中興通訊股份有限公司