專利名稱：一種低功耗高集成度自動增益控制放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低功耗高集成度自動增益控制放大器。
背景技術(shù)：
在無線通信接收機中，天線接收到的信號強度可能變化很大，而接收機對于這些不同強度的信號都必須能夠正確解調(diào)。這個信號強度是一個很寬的范圍，任何恒定增益的接收機都無法正確解調(diào)這么寬能量范圍的信號。為了正確解調(diào)強弱不同的信號，無線接收機的增益必須根據(jù)信號強度進行自動調(diào)節(jié)，使接收機在弱信號時具有較高的增益，而在強信號時具有較低的增益，使接收機輸出端的信號強度保持近似不變，這就是由自動增益控制電路來實現(xiàn)的。絕大多數(shù)的無線接收機中，都采用了自動增益控制電路，從而使無線接收機對于很寬的信號強度都能正確解調(diào)。傳統(tǒng)的自動控制電路采用純模擬電路實現(xiàn)，如圖1所示，主要由5部分組成，可變增益放大器1、2、3、4 (以四級為例)，峰值檢測電路9，低通濾波器10，比較器11，直流失調(diào)消除電路5、6、7、8?？勺冊鲆娣糯笃?、2、3、4具有增益控制輸入端，它的增益受到控制輸入端信號VC的控制；峰值檢測器9對可變增益放大器4的輸出信號的包絡(luò)進行檢波，檢波后的結(jié)果送到低通濾波器10進行濾波，得到的可變增益放大器4的輸出信號峰值送到比較器11中，與一個參考電平VREF進行比較，比較結(jié)果動態(tài)調(diào)整可變增益放大器1、2、3、4的增益。直流失調(diào)消除電路5、6、7、8分別用于消除可變增益放大器1、2、3、4的直流失調(diào)。直流失調(diào)主要由于電路中器件的失配等原因引起，直流失調(diào)消除電路5、6、7、8如圖4所示，放大器VGA輸出經(jīng)由電阻R，電容C構(gòu)成的濾波器濾除交流信號，通過由場效應(yīng)管M1、M2構(gòu)成的放大器放大直流失調(diào)信號，該放大了的失調(diào)信號通過由場效應(yīng)管M3、M4構(gòu)成的跨導轉(zhuǎn)化為直流失調(diào)補償電流返回放大器VGA，從而達到直流失調(diào)消除的作用。在直流失調(diào)消除電路中，必須消除交流信號的影響，因此，R和C的值會很大，特別是在低中頻中，R 和C的值將大的難以接受。傳統(tǒng)的自動增益控制電路的環(huán)路中，峰值檢測電路9，比較器11都采用模擬電路實現(xiàn)，因此不僅需要較多的功耗，而且需要較大的芯片面積，同時，這可變增益放大器1、2、 3、4的增益完全相同，或者是完全一樣的設(shè)計，不利于在線性度要求較高或者噪聲性能要求較高下的實現(xiàn)。最后直流失調(diào)消除電路5、6、7、8采用完全相同的參數(shù)，或者是完全一樣的設(shè)計。同樣會占用過多的芯片面積，降低了芯片的集成度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種低功耗高集成度自動增益控制放大器，功耗和電路面積都大大降低，提高了集成度。為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種低功耗高集成度自動增益控制放大器，該放大器包含
依次電路連接的若干級可變增益放大器，前一級放大器的輸出端連接后一級放大器的輸入端；
模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其輸入端連接最后一級可變增益放大器的輸出端； 電荷泵，其電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的MAG輸出端(ADC輸出幅度位)； 濾波器，其電路連接電荷泵；
若干電壓轉(zhuǎn)換器，分別對應(yīng)若干可變增益放大器，每個電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端連接濾波器，輸出端連接可變增益放大器；
若干直流失調(diào)消除電路，分別對應(yīng)若干可變增益放大器，每個直流失調(diào)消除電路連接可變增益放大器。所述的直流失調(diào)消除電路中，采用米勒電容C橫跨在場效應(yīng)管Ml，M2的柵、漏兩端。所述的直流失調(diào)消除電路中，采用兩級放大器。本發(fā)明的功耗和電路面積都大大降低，提高了集成度。


圖1是背景技術(shù)中傳統(tǒng)的自動增益控制電路的電路結(jié)構(gòu)圖； 圖2是背景技術(shù)中直流失調(diào)消除電路的電路結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明提供的低功耗高集成度自動增益控制放大器的電路結(jié)構(gòu)圖； 圖4和圖5是可變增益放大器的增益隨VC的曲線關(guān)系圖，其中縱坐標為可變放大器的增益，單位為dB，橫坐標為控制信號大小，單位為V ； 圖6是直流失調(diào)消除電路的電路結(jié)構(gòu)圖； 圖7是直流失調(diào)消除電路的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式以下根據(jù)圖3 圖7，具體說明本發(fā)明的較佳實施例
如圖3所示，一種低功耗高集成度自動增益控制放大器，該放大器包含 依次電路連接的可變增益放大器1、2、3、4，前一級放大器的輸出端連接后一級放大器的輸入端；
模數(shù)轉(zhuǎn)換器12，其輸入端連接最后一級可變增益放大器4的輸出端； 電荷泵13，其電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器12的MAG輸出端(模數(shù)轉(zhuǎn)換器12的2位ADC輸出中， MAG位為幅度位，判斷模數(shù)轉(zhuǎn)換器12的輸入幅度，即自動增益控制放大器輸出幅度，SIGN為符號位，判斷模數(shù)轉(zhuǎn)換器12的輸入符號，即自動增益控制放大器輸出符號)； 濾波器10，其電路連接電荷泵13 ；
電壓轉(zhuǎn)換器15、16、17、18，分別對應(yīng)可變增益放大器1、2、3、4，每個電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端連接濾波器10，輸出端連接可變增益放大器；
直流失調(diào)消除電路5、6、7、8，分別對應(yīng)可變增益放大器1、2、3、4，每個直流失調(diào)消除電路連接可變增益放大器。本實施例中，所述的濾波器10采用片外大電容。本發(fā)明的工作原理如下當輸入信號Vin減弱時，經(jīng)可變增益放大器1、2、3、4的放大，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器12后(圖3以2bit為例)，MAG位(ADC輸出幅度位)為高的時間減小，為低的時間變長。當模數(shù)轉(zhuǎn)換器12的MAG位為低時，電荷泵13對濾波器10進行充電，當模數(shù)轉(zhuǎn)換器12的MAG為高時，電荷泵13對濾波器10進行放電。因此，當輸入信號Vin減弱時，電荷泵13對濾波器10充電的時間變長，濾波器10的輸出電平變高，可變增益放大器 1、2、3、4的增益變大，于是輸出信號Vout逐漸增大。由電荷守恒可知，當模數(shù)轉(zhuǎn)換器12的 MAG位為高的時間與為低的時間比為1:3時，電荷泵13的輸出恒定，從而使得可變增益放大器的增益穩(wěn)定。反之，當輸入信號Vin增強時，輸出信號Vout輸出增大，模數(shù)轉(zhuǎn)換器12的 MAG為高的時間增大，電荷泵13放電時間增長，濾波器10的輸出減小，總的可變增益放大器增益降低，當模數(shù)轉(zhuǎn)換器12的MAG位為高的時間與為低的時間比重新達到為1:3時，可變增益放大器的增益重新穩(wěn)定。在該自動增益控制放大器中，不再需要峰值檢測電路9以及比較器電路11，僅僅采用了一個結(jié)構(gòu)簡單的電荷泵電路，功耗和面積都大大降低。當自動增益控制電路需滿足較高的線性度要求時，通過電壓轉(zhuǎn)換器15、16、17、18， 使可變增益放大器1、2、3、4的增益從小到大排列，其增益隨VC的曲線關(guān)系如圖4所示。從圖4中可以看到，隨著VC的增大，后一級的可變增益放大器的增益始終要大于前一級可變增益放大器的增益，從而可以實現(xiàn)較高的線性度要求。同時，必須保證相連增益曲線有重疊，避免在不同的VC下有相同的可變增益放大器增益。同樣，若可變增益放大器1、2、3、4從大到小排列，如圖5所示，前一級可變增益放大器增益始終大于后一級可變增益放大器的增益，則該自動增益控制放大器具有較好的噪聲性能時。同樣，保證增益曲線有重疊。如圖6所示，是本發(fā)明改進后的直流失調(diào)消除電路，將電容C橫跨在場效應(yīng)管M1， M2的柵、漏兩端，形成米勒(Miller)電容C，根據(jù)米勒定理可知，該電容值等效于圖2中的 Av*C值，其中Av為場效應(yīng)管M1、M2構(gòu)成的放大器增益。圖6中通過采用米勒電容可以有效減小芯片面積。而采用兩級放大器，增大Av值，可以進一步減小電容大小，減小芯片面積， 其中圖7中的C2、C3是為了保證兩級電路的穩(wěn)定性。若要再進一步減小直流失調(diào)消除電路的面積，提高芯片集成度，則需要考慮不同直流失調(diào)電路在自動增益控制放大器中的位置。在自動增益控制放大器中，可變增益放大器通常工作在放大狀態(tài)，后一級的可變增益放大器輸出始終大于前一級可變增益放大器的輸出，即可變增益放大器4的輸出信號>可變增益放大器3的輸出信號>可變增益放大器2 的信號輸出>可變增益放大器1的輸出信號，直流失調(diào)消除電路5、6、7、8必須分別濾除可變放大器1、2、3、4的輸出信號，從而提取直流失調(diào)信號。由于可變增大放大器4的輸出信號很大，直流失調(diào)消除電路8中的電阻和電容值也很大，若直流失調(diào)消除電路5、6、7只是對直流失調(diào)消除電路8的簡單復制，則需要很大的芯片面積。考慮到可變增益放大器1的輸出信號并不大，因此直流失調(diào)消除電路5需要較小的電容和電阻值，而直流失調(diào)消除4、5中的電容和電阻值則相應(yīng)增大，通過合理設(shè)置直流失調(diào)消除電路5、6、7、8中的電阻和電容值可以降低芯片面積，提高集成度。本發(fā)明具有以下優(yōu)點第一，充分利用自動增益控制放大器后級的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 12，環(huán)路中僅需一個電荷泵13(濾波器10為片外電容)，其結(jié)構(gòu)簡單，所需面積及功耗遠小于背景技術(shù)中采用峰值檢測電路9和比較器11所需要的面積與功耗；第二，控制信號VC經(jīng)電平轉(zhuǎn)換器15、16、17、18控制可變增益放大器1、2、3、4的增益，可以使可變增益放大器1、2、 3、4的增益從小到大或者從大到小排列，可以實現(xiàn)較好的線性度或較好的噪聲性能；第三，直流失調(diào)消除電路5、6、7、8并不是簡單的復制關(guān)系，根據(jù)可變增益放大器1、2、3、4輸出信號的大小，合理設(shè)置直流失調(diào)消除電路5、6、7、8中電容及電阻值，避免簡單復制占用過大的芯片面積。第四，直流失調(diào)消除電路5、6、7、8并不是低通濾波器的設(shè)計，而是采用米勒效應(yīng)進一步減小電容的面積，從而減少芯片的面積。第五，為了更進一步減小芯片面積，直流失調(diào)消除電路5、6、7、8是采用了兩級放大器的設(shè)計。 盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種低功耗高集成度自動增益控制放大器，其特征在于，該放大器包含依次電路連接的若干級可變增益放大器，前一級放大器的輸出端連接后一級放大器的輸入端；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其輸入端連接最后一級可變增益放大器的輸出端； 電荷泵，其電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的MAG輸出端； 濾波器，其電路連接電荷泵；若干電壓轉(zhuǎn)換器，分別對應(yīng)若干可變增益放大器，每個電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端連接濾波器，輸出端連接可變增益放大器；若干直流失調(diào)消除電路，分別對應(yīng)若干可變增益放大器，每個直流失調(diào)消除電路連接可變增益放大器。
2.如權(quán)利要求1所述的低功耗高集成度自動增益控制放大器，其特征在于，所述的直流失調(diào)消除電路中，采用米勒電容C橫跨在場效應(yīng)管Ml，M2的柵、漏兩端。
3.如權(quán)利要求1所述的低功耗高集成度自動增益控制放大器，其特征在于，所述的直流失調(diào)消除電路中，采用兩級放大器。
全文摘要
一種低功耗高集成度自動增益控制放大器，該放大器包含依次電路連接的若干級可變增益放大器，前一級放大器的輸出端連接后一級放大器的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接最后一級可變增益放大器的輸出端，電荷泵電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的MAG輸出端，濾波器電路連接電荷泵，若干電壓轉(zhuǎn)換器，分別對應(yīng)若干可變增益放大器，每個電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端連接濾波器，輸出端連接可變增益放大器，若干直流失調(diào)消除電路，分別對應(yīng)若干可變增益放大器，每個直流失調(diào)消除電路連接可變增益放大器。本發(fā)明的功耗和電路面積都大大降低，提高了集成度。
文檔編號H03G3/20GK102270971SQ201110095160
公開日2011年12月7日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者倪文海, 徐文華, 鐘錦定 申請人:上海迦美信芯通訊技術(shù)有限公司