專利名稱：多級大動態(tài)范圍可變增益放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可變增益放大器的領域。
已有技術在已有技術中已經(jīng)有幾種公知的可變增益放大器。這些放大器經(jīng)常用于放大變化的信號強度的信號以提供具有預定信號強度的輸出信號以便在系統(tǒng)中直接使用或作進一步信號處理。對于這種應用尤其重要的是可用的增益范圍以及通過該可變增益放大器所加入到信號中的噪聲。由于每級放大了加入到前面的級中的噪聲以及信號，因此尤其重要的是可變增益放大器具有與放大器的總的增益相匹配的低噪聲輸入級，由于僅增加可變增益放大器的增益范圍而不對該放大器的噪聲進行相應控制將會只能造成由該放大器的輸入級的噪聲占主要的最高增益輸出。
此外，在許多應用中可變增益放大器的增益的可控制性也非常重要。在很少的應用場合中，隨增益控制電壓表現(xiàn)十分合理地、單調地改變增益是足夠的。然而，在更多的應用中，需要增益在該可變增益放大器的運行溫度范圍上可重復的、預定義地隨增益控制電壓變化，比如對數(shù)-線性變化。本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了一種可變增益放大器，該可變增益放大器具有較低的噪聲、較寬的可變增益范圍，并且在增益控制和溫度變化的整個范圍上具有預定的、相對溫度穩(wěn)定的增益變化。
選擇在優(yōu)選實施例中作為控制電壓的函數(shù)的每個增益狀態(tài)的控制序列以獲得在總的增益的每種設定下在畸變、信號處理能力和噪聲方面的最佳性能。這意味著作為降低控制電壓的函數(shù)(或作為從最大的增益降低總的VGA增益的函數(shù))，首先控制最后的放大器的VGA2以降低增益值，其后控制中間放大器VGA3以降低增益值，其后控制輸入放大器VGA1以降低增益值，其后再次控制最后的放大器VGA2進一步降低增益值。
本發(fā)明還公開了其它的方面和特征。
附圖的詳細描述附

圖1所示為在此所描述的本發(fā)明的實例性的實施例的一方面的部分電路。
附圖2所示為在本發(fā)明中所使用的三種不同的放大器的特定的連接。
附圖3所示為說明在此詳細描述的實例性實施例的可變增益放大器的串聯(lián)連接的簡單的方塊圖。
附圖4所示為附圖3的實例性的可變增益放大器VGA2的電路圖。
附圖5所示為附圖3的實例性的可變增益放大器VGA3的電路圖。
附圖6所示為附圖3的實例性的可變增益放大器VGA1的電路圖。
附圖7所示為可變增益放大器VGA3的實例性的控制電路圖。
附圖8所示為與附圖7類似的產(chǎn)生可變增益放大器VGA2的尾電流IA2和IB2的實例性電路圖。
附圖9所示為產(chǎn)生用于附圖6的可變增益放大器VGA1的尾電流IA1和IB1的實例性電路圖。
附圖10所示為用于附圖4的可變增益放大器VGA2的放大器Ai(附圖2)的尾電流G2IBIL的電路的實例性電路圖。
附圖11所示為與附圖10類似的但用于可變增益放大器VGA1的實例性增益補償電路。
附圖12所示為用于可變增益放大器VGA3(附圖5)的實例性增益補償電路。
本發(fā)明的詳細描述首先參考附圖1，所示為本發(fā)明的一部分的電路。在將要描述的具體的實施例中，晶體管為npn型雙極性晶體管，當然也可以以其它類型的晶體管實現(xiàn)本發(fā)明。在附圖1中所示為由晶體管Q1和Q2所組成的第一差動對管和由晶體管Q3和Q4所組成的第二差動對管。晶體管Q1和Q2組成的第一差動對管以尾電流IA運行，而晶體管Q3和Q4組成的第二差動對管以尾電流IB運行。在附圖1中沒有示出環(huán)線放大器和晶體管Q3和Q4的集電極上的負載器件，該環(huán)線放大器使差動輸入信號(信號電流)流進Q1和Q2的集電極，由到其基極的差動輸入電壓所引起的晶體管Q3和Q4的差動集電極電流表示為iin，由差動輸入所引起的晶體管Q3和Q4的差動集電極電流表示為iout。使(應用負反饋)到第一對差動對管的差動輸入電流iin與輸入信號成比例。應用與差動對管Q3和Q4相同的輸入電壓驅動差動對管Q1，Q2，因此差動輸出電流iout也與該輸入信號成比例。此外在附圖1中還示出了差動晶體管對Q5和Q6、Q7和Q8以及Q9和Q10。一般地，在每個晶體管對中的兩個晶體管為不相同的晶體管，但是為了方便在這些晶體管對中所有晶體管可以都是相同的晶體管。
在附圖1所示的電路中，晶體管對Q5和Q6、Q7和Q8以及Q9和Q10每個都作為對應于在可變增益控制電壓VCONTRL和施加到該差動對管的第二晶體管的參考電壓之間的電壓差值的差動對管運行。在本優(yōu)選實施例中這些參考電壓V1、V2等都由單個參考電壓所驅動的串聯(lián)連接的電阻提供。當增益控制電壓VCONTRL遠低于參考電壓V1時，晶體管Q5、Q7和Q9(和在其間存在的任何相應的晶體管)都切斷，而晶體管Q6、Q8和Q10(在其間存在的任何相應的晶體管)都導通。在這種情況下，電流源I1至IN和電流源IY都相連接以給晶體管Q1和Q2提供尾電流IA。而晶體管Q3和Q4的尾電流IB僅為IX。
當增益控制電壓VCONTRL等于參考電壓V1時，晶體管Q5和Q6相同地導通，來自電流源I1的一半電流流經(jīng)這兩個晶體管中的每個晶體管。因此，IB增加的量等于I1/2，而IA降低了I1/2。當增益控制電壓VCONTRL增加以使電壓等于V2時，晶體管Q5接近導通而晶體管Q6實質切斷，因此所有的電流I1都包括在尾電流IB中。此外，在這種情況下晶體管Q7和Q8都相同地導通以使電流I2的一半作用于晶體管Q1和Q2的尾電流IA，以及電流I2的另一半作用于晶體管Q3和Q4的尾電流IB。最后，當然，如果增益控制電壓VCONTRL極大地超過電壓VN，電流源I1至IN的所有的電流都加到晶體管Q3和Q4的尾電流IB中。下表概述了對于不同的特定值的增益控制電壓VCONTRL的不同的尾電流IA和IB。 前述的附表僅是近似，它取決于在電壓V1和V2等之間的每個參考電壓幅值的大小。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，這些幅值大約為幾十毫伏特，以使當增益控制電壓VCONTRL慢慢地從等于電壓V1的電壓增加到等于V2的電壓時，在晶體管Q5完全地導通和晶體管Q6完全切斷之前晶體管Q7開始導通而晶體管Q8開始切斷。這樣，使隨著增益控制電壓VCONTRL的變化的尾電流IA和IB的變化被平滑在如所希望的固定參考電壓V1和V2等之間。此外，應該注意的是，重要的是尾電流IA和IB的比率而不是絕對值，由于尾電流IA和IB的比率在任何溫度下僅簡單地取決于增益控制電壓VCONTRL與參考電壓V1和V2等的比值，所以各種電流源IX、IY、I1、I2等不需要是與絕對溫度成比例的電流源。當然，通過改變參考電壓V1和V2等的數(shù)量和大小可以調整表示尾電流IA和IB與增益控制電壓VCONTRL的比率的曲線的形狀。
現(xiàn)在考慮如附圖2所連接的三種差動放大器的特性。公知的是，差動晶體管對的跨導與差動對管的尾電流除以絕對溫度成比例。在附圖2中，放大器Aii和Aiii是差動晶體管對，每個都具有它的輸入，放大器Ai的輸出Vi。放大器Aii的輸出等于ein*R2/R1。放大器Ai的輸出等于放大器Aii的輸出除以放大器Aii的增益gii或(ein*R2/R1)*1/gii。放大器Aiii的輸出eout等于放大器Ai的輸出乘以放大器Aiii的增益giii。因此，放大器Aiii的輸出eout為(ein*R2/R1)*giii/gii。三個差動放大器的組合的總的增益為g＝eout/ein＝R2/R1*giii/gii但每個差動放大器的增益與差動對管的尾電流除以絕對溫度成比例，因此增益gii和giii可以表示分別為kii*IB/T和kiii*IA/T?，F(xiàn)在這三個放大器的組合的增益可以表示為g＝R2/R1*Kiii/kii*IA/IB因此，不使用與絕對溫度成比例的電流源，該組合的增益獨立于溫度，而是僅取決于電流比率。放大器Ai形成環(huán)路放大器，并且可取的具有較高的增益以使到放大器Aii的輸入電流幾乎等于流進電阻R1的輸入電流ein/2R1(附圖2)。(直接在放大器Aii的輸入端子上的差動輸入幾乎為零。)當放大器Aii的增益處于它的最低而溫度處于最高時產(chǎn)生了最差的情況。然而，只要放大器Ai的增益在所有的時候都保持足夠高，它的增益就不會隨著溫度變化。因此它的尾電流不需要與絕對溫度成比例?？梢允顾Q于放大器Aii的增益，但是可取的是，大致與其成反比，以保持兩個放大器的增益的乘積大致恒定以便進行環(huán)路增益控制，即比在放大器Ai的增益為恒定時更恒定。
現(xiàn)在參考附圖3，附圖3更詳細描述了可變增益放大器的串聯(lián)連接的簡單的方塊圖。如該附圖所示，該串聯(lián)電路的第一放大器以可變增益放大器VGA1表示，該串聯(lián)電路的第二放大器以可變增益放大器VGA2表示，該串聯(lián)電路的第三放大器以可變增益放大器VGA3表示。然而，如下文所示，在這些可變增益放大器中的每個可變增益放大器實際都包括與附圖2的放大器Ai、Aii和Aiii的放大器連接相關的許多放大器。
現(xiàn)在參考附圖4，可以看到可變增益放大器VGA2的電路圖。在該附圖中，以及在分別示出了可變增益放大器VGA3和VGA1的電路的附圖5和6中，在其中以箭頭表示每個差動對管的尾電流線，為了區(qū)別差動輸入和輸出線以及為了更好地記住這些，以實際上是電流吸收器的電流源給相同的晶體管供電。在這方面，在此一般性地使用術語“電流源”，雖然在大多數(shù)(如果不是所有的)電流源指在本實施例中所公開的電流吸收器。
再次參考附圖4，給晶體管Q11和Q12連同負載電阻R3和R4提供尾電流源G2IBIL，并形成附圖2的放大器Ai的等效放大器。該差動放大器的輸出直接輸出到包括晶體管Q13和Q14和負載電阻R5和R6并通過尾電流IB2驅動的第二差動放大器。帶有負載電阻R5和R6的晶體管Q13和Q14形成附圖2的放大器Aii的等效放大器，同時電阻R7和R8提供了等效于由在附圖2中的電阻R2所提供的反饋的負反饋。最后，給晶體管Q15和Q16和負載電阻R9和電阻R10輸送尾電流IA2并形成附圖2的放大器Aiii的等效放大器。
現(xiàn)在參考附圖5，該附圖示出了可變增益放大器VGA3的電路圖。這個電路包括晶體管Q17-Q22和電阻R11-R18，它是附圖4的可變增益放大器VGA2的電路的復制，但它由不同組的尾電流G3IBIL、IB3和IA3驅動。此外，通過電容器C1和C2將該放大器電容地耦合到第二可變增益放大器VGA2的輸入中(參見附圖3)。
現(xiàn)在參考附圖6，該附圖示出了可變增益放大器VGA1的電路圖。這個放大器包括晶體管Q23-Q30和電阻R19-R27，并應用5個尾電流源IA1、IB1、ID1、G1B1IBIL1和G1B2IBIL2以控制它的特性。將輸入差動電壓INPUT+、INPUT-轉換為差動電流以輸入到由晶體管Q27、Q28、Q31和Q32所形成的橫線性(translinear)電流放大器。這通過應用兩個并聯(lián)的跨導放大器來實現(xiàn)，一個是具有相對較低的跨導增益的固定跨導放大器，另一個是可變跨導放大器，該可變跨導放大器具有固定跨導增益放大器的增益的λ倍的最大跨導增益。在該優(yōu)選設計中，λ值為5，這就在作為增益設定的函數(shù)的畸變和噪聲指數(shù)之間產(chǎn)生了適合的折中。
通過晶體管Q27和Q28和包括晶體管Q23、Q24和Q25的環(huán)線放大器形成跨導放大器，該晶體管Q27和Q28也是橫線性電流放大器的一部分。該環(huán)線放大器本身具有較高的輸入阻抗。結果，在本優(yōu)選實施例中通過外部電阻REXT并聯(lián)兩個串聯(lián)的芯片級電阻R21形成的整個放大器電路的輸入阻抗為500歐姆。假設R27＝R26，R23＝R22，則固定跨導增益為GTRfixed=2(R22+R26)(R22)(R26)]]>由于這種轉換函數(shù)是通過負反饋環(huán)實現(xiàn)的，因此它是線性的，并且足夠處理較大的輸入信號(315mVp)而不會有過大的畸變。然而，由于這種固定放大器的相對較低的增益，對于較高的增益設定噪聲性能并不適合。由于這個原因，第二增益控制的跨導級與固定跨導并聯(lián)。固定跨導增益放大器并不切斷，而是仍然保持一直保持當前的所有的增益設定值。
在優(yōu)選的實施例，輸入放大器VGA1需要30分貝的增益控制范圍。在輸入放大器VGA1的最小的增益下，最大輸入信號電平為315mVp。將輸入放大器的30分貝的范圍分為兩個范圍，即通過控制電流的比率IA1/IB1的14.44分貝的范圍和控制尾電流Id1從零到933μA(在T＝27℃)的15.55分貝的范圍，在λ＝5的尾電流ID1＝933μA時得到最大的增益。這樣，結合在達10mVp的較低的輸入信號電平下足夠的噪聲配比，實現(xiàn)足夠高的信號處理。
現(xiàn)在參考附圖7，該附圖示出了可變增益放大器的一種控制電路。這種控制電路包括晶體管Q33-Q49、電阻R28-R39和電流源I1-I13，它提供許多參考電壓和控制電壓以及電流IA3和IB3，控制可變增益放大器VGA3的增益的比率。到這個電路的輸入包括電源電壓VSUP和增益控制電壓VCONTR，即使電流實際上是以附圖7的電路所確定的方式流進這些連接電路，電流IA3和IB3仍然被認為是輸出。只要內部電源電壓VCINTER和許多參考電壓使用在該電路內和/或將要描述的其它控制電路中，電源VSUP應用到電阻R31-R39的串聯(lián)連接上。增益控制電壓VCONTR通過晶體管Q35和Q36和電阻R29和R30的組合控制晶體管Q37的基極。作為射極跟隨器的晶體管Q37確定了輸出電壓VCONTRVG3BEM以及在晶體管Q42和Q44的基極上的電壓。當控制電壓VCONTR較低時，與流經(jīng)晶體管Q35的電流相比，電流源I3的足夠部分流經(jīng)電阻R30、晶體管Q36和電阻R29，在電阻30的電壓降加上晶體管Q37的VBE將使電壓VCONTRVG3BEM小于在電壓VGAP1之下的晶體管Q47的VBE和小于在電壓VGAP2之下的晶體管Q48的VBE。因此晶體管Q42和Q44切斷，而晶體管Q43和Q45分別通過晶體管Q48和Q47導通。這就使電流源I8和I9對電流IB3有貢獻。
附圖8的電路提供控制附圖7的晶體管Q38和Q40的基極的電壓VCONTRVG2BEM。當VCONTR完全在VSTARTE之下時，與流經(jīng)晶體管Q68的電流相比，電流源I25的足夠部分流經(jīng)電阻R47、晶體管Q69和R45，在電阻47的電壓降加上晶體管Q70的VBE將使電壓VCONTRVG2BEM(附圖7)小于在電壓VGAP1之下的晶體管Q47的VBE和小于在電壓VGAP2之下的晶體管Q48的VBE。因此晶體管Q38和Q40切斷，而晶體管Q39和Q41分別通過晶體管Q48和Q47導通。這就也使電流源I6和I7對電流IB3有貢獻，因此電流源I6、I7、I8和I9的電流都對電流IA3有貢獻。在這方面，電流源I1和I2的電流分別經(jīng)過晶體管Q33和Q34確定了電流IA3和IB3的最小值。
控制電壓VCONTR也施加到作為射極跟隨器的晶體管Q46的基極。由于控制電壓VCONTR較低，電流源I5將晶體管Q46的發(fā)射極的電位拉到較低，因此電壓VCONTREM也較低。因此，總的來說VCONTR較低，IA3/IB3處于最小，將可變增益放大器VGA3(附圖5)的增益設置到它的最小增益設定值。隨著VCONTR增加，VCONTRLVG2BEM和VCONTREM將也增加。最后，由于VCONTRL較高，晶體管Q38、Q40、Q42和Q44導通，而晶體管Q39、Q41、Q43和Q45實質切斷。這就使電流源I6、I7、I8和I9的電流都對電流IB3有貢獻，而使IA3處于最小值。通過適當選擇確定VGAP1和VGAP2的電阻和選擇確定相對VCONTR的VCONTRLVG2BEM和VCONTRLVG3BEM的電阻(分別為電阻R45和R47和電阻R29和R30)，通過適當選擇控制電壓VCONTRL的四個值可以獲得隨控制電壓的增益(IA/IB)的平滑(實質線性)變化(以分貝為單位)，在該控制電壓VCONTRL下差動晶體管對Q38和Q39、Q40和Q41、Q42和Q43以及Q44和Q45(附圖7)中相應的一對在它們的基極具有零差動電壓，如參考附圖1一般性地描述。此外如參考附圖1所指出，建立IA和IB的電流源并不需要與溫度成比例。在這方面，在控制電壓VCONTRL和差動晶體管對Q38和Q39、Q40和Q41、Q42和Q43以及Q44和Q45中一對之間和在相應的參考電壓和相應的晶體管對之間的VBE的數(shù)量相等，因此不會造成這個電源的溫度漂移。
選擇在優(yōu)選實施例中作為控制電壓函數(shù)的每個增益狀態(tài)的控制序列以獲得在總的增益的每種設置下在畸變、信號處理能力和噪聲方面的最佳性能。這就意味著作為降低控制電壓的函數(shù)(或作為從最大增益降低總的VGA增益的函數(shù))，首先控制最后的放大器VGA2以降低增益值，此后控制中間的放大器VGA3以降低增益值，此后控制輸入放大器VGA1以降低增益值，此后再次控制最后的放大器VGA2繼續(xù)降低增益值。
現(xiàn)在參考附圖8，該附圖示出了產(chǎn)生用于可變增益放大器VGA2的尾電流IA2和IB2的與附圖7類似的電路。這種電路包括晶體管Q66-Q81、電流源I24-I33和電阻R44-R47。除了電源電壓VSUP和內部電源電壓VCINTER以外，該電路還應用控制電壓VCONTR和參考電壓VSTARTC和VSTARTE作為輸入。此外它還應用電壓VCONTREM、VGAP1EM、VGAP2EM和VGAP3EM作為輸入，這些電壓來自附圖7的電路。后綴EM表示相應的電壓是在沒有EM的相同的電壓之下的VBE。通過舉例，再次參考附圖7，電壓VCONTREM比控制電壓VCONTR低晶體管Q46的VBE，電壓VGAP1EM比參考電壓VGAP1低晶體管Q47的VBE，等。
從附圖8可以看出，晶體管Q72和Q73從電流源I28和I29提供尾電流IA2和IB2的最小值，通過比較在電壓VCONTR和VSTARTC、VCONTR和VSTARTE以及VCONTEM和VAGP2EM之間的電壓控制晶體管對Q74和Q75、Q76和Q77、Q78和Q79和Q80和Q81以確定將電流源I30-I33的電流多少分流到給定的控制電壓VCONTR的每個IA2和IB2中。最后，該電路還提供控制電壓VCONTVGA2AEM和VCONTVG2BEM作為輸出，隨后將描述該輸出的函數(shù)。
現(xiàn)在參考附圖9，其中示出了產(chǎn)生用于附圖6的可變增益放大器VGA1的尾電流IA1和IB1的電路。在該電路中，晶體管Q64和Q65確定IA1和IB1的最小值作為電流源I23和I22的電流。分別通過差動晶體管對Q60和Q61以及Q62和Q63進行控制，電流源I20和I21對尾電流IA1和IB1作貢獻。通過分別比較通過晶體管Q52和Q53、電阻R41和R43和晶體管Q54從電壓VCONTR和VSTARTD中導出的電壓和電壓VGAP2EM和VGAP1EM依次控制這些晶體管，后面的兩個電壓是從附圖7的電路中得出的。
附圖9的電路還具有輸入電路，該輸入電路包括晶體管Q50至Q53和電阻R40至R43，該電路參考電壓VCONTR和VSTARTB以響應控制電壓CONTRL通過晶體管Q55和Q54控制晶體管Q56和58的基極。在晶體管Q56和58的基極上的電壓通過差動晶體管對Q56和Q57與VGAP2EM比較和通過差動晶體管對Q58和Q59與VGAP1EM比較以確定電流源I18和I19對尾電流ID1的控制或直接從電源控制到地端。在晶體管Q61和63的基極上的電壓通過差動晶體管對Q60和Q61與VGAP2EM比較和通過差動晶體管對Q62和Q63與VGAP1EM比較以確定電流源I20和I21對尾電流IA1或IB1的控制。電流源I22和I23分別通過晶體管Q64和Q65給IB1和IA1提供最小電流。
沒有給尾電流ID1提供最小值的晶體管。從附圖6中可以看出，尾電流ID1為差動晶體管對Q29和Q30的尾電流，形成了在附圖3的整個可變增益放大器系統(tǒng)的較高增益放大器。這種高增益輸入放大器對于小信號輸入很好。然而，對于更低的增益設定值，所允許的不飽和的輸入信號可以更高，附圖6的晶體管Q29和Q30將產(chǎn)生畸變。因此，對于代表更低的增益設定值的更低控制電壓VCONTRL，切斷尾電流ID1以使與其并聯(lián)的反饋放大器提供所需的低增益低畸變的輸入級，通過電流比率IA1/IB1控制該級的增益。
現(xiàn)在參考附圖10，該附圖示出了用于產(chǎn)生附圖4的可變增益放大器VGA2的放大器Ai(附圖2)的尾電流G2IBIL的電路，這個電路包括晶體管Q82-Q90和電流源I34-I38。從附圖4中可以看出，尾電流G2IBIL名義上一半流經(jīng)電阻R3，一半流經(jīng)電阻R4，分別提供電壓G2IBIC1和G2IBIC2。如果尾電流G2IBIL變化以改變附圖2的放大器Ai的等效電路的增益，則電壓G2IBIC1和G2IBIC2將也改變。然而，如果尾電流G2IBIL的任何降低伴有通過從另一個電流源流經(jīng)電阻R3和R4中每個電阻的電流的補償增加并等于該尾電流的降低的一半，則即使放大器的增益已經(jīng)降低了，電壓G2IBIC1和G2IBIC2仍然保持相同。這是附圖10的增益補償電路的功能。具體地說，流經(jīng)晶體管Q82的電流源I34的電流提供用于可變增益放大器VGA2的最小的尾電流G2IBIL。晶體管Q83-Q86將電壓VCONTVG2AEM(來自附圖8的電路)與電壓VGAP1EM(來自附圖7的電路)進行比較。當控制電壓VCONTR較低時，電壓VCONTVG2AEM低于電壓VGAP1EM，因此晶體管Q83和Q84切斷，分別通過線G2IBIC2和G2IBIC1經(jīng)過電阻R3和R4(附圖4)提供電流源I35和I36的電流。然而，隨著控制電壓增加，在該過程中電流IA2增加而電流IB2降低，電壓VCONTVG2AEM(附圖10)增加，電流源I35和I36的電流從直接由附圖4的電阻R3和R4提供移到由尾電流G2IBIL提供。因此，在可變增益放大器VGA2的尾電流IB2降低時，尾電流G2IBIL增加以使附圖2的放大器Aii和放大器Ai的等效增加的乘積大致保持恒定。這樣，通過比較電壓VCONTREM(附圖7)和VGAP2EM(也是來自附圖7)晶體管Q87-Q90提供了尾電流IB2的更多的變化。
附圖11為類似于附圖10的增益補償電路，但它是用于可變增益放大器VGA1。在這個電路中，根據(jù)電壓VCONTRVG1BEM(來自附圖9)與參考電壓VGAP1EM和VGAP2EM(來自附圖7)的相對比較，晶體管Q93-Q100將電流源I41-I44控制在電源端子之間或均等地通過線G1BIBIL1和G1BIBIL2。通過相等的電流源I39和I40通過晶體管Q91和Q92提供電流G1BIBIL1和G1BIBIL2的最小值。
在附圖12中示出了類似于附圖10的增益補償電路的用于可變增益放大器VGA3(附圖5)的增益補償電路。這個電路包括電流源I45-I51和晶體管Q102-Q113，根據(jù)在電壓VCONTRVG3BEM和電壓VGAP1EM和VGAP2EM之間的相對比較和在電壓VCONTRVG2BEM和電壓VGAP1EM(所有的都來自附圖7的電路)之間的相對比較，分別提供對在尾電流G3IBIL和負載電流G3IBIC1和G3IBIC2之間的電流源I46和I47、I48和I49以及I50和I51的控制。
在此已經(jīng)描述了包括多個可變增益級的可變增益放大器，其中在應用連接到電源的多個電阻的串聯(lián)連接所形成的優(yōu)選實施例中，通過將控制電壓與各個參考電壓的比較控制各個級的增益。這些相對比較控制電流比率，該電流比率確定了每個可變增益放大器級的增益。通過錯開電流比率的變化，可以實現(xiàn)隨控制電壓的總的增益變化，這種變化在增益(分貝)控制電壓(伏特)函數(shù)中是平滑的，并且通常不要求使用與絕對溫度成比例的電流源。
雖然參考優(yōu)選實施例已經(jīng)公開并描述了本發(fā)明，但是，在本領域的熟練人員應該理解的是在不脫離本發(fā)明的精神范圍的前提下可以對形式和細節(jié)作出各種變化。
權利要求
1.一種可變增益放大器，包括多個級聯(lián)的放大器級，每個放大器級都具有輸入和輸出，該級聯(lián)的放大器級的第一級的輸入形成了到該可變增益放大器的輸入，該級聯(lián)放大器級的最后一級的輸出形成該可變增益放大器的輸出，每個放大器級具有第一、第二和第三放大器元件，每個放大器元件都具有分別取決于輸送到其中的第一、第二和第三尾電流的增益，該第一和第二放大器元件級聯(lián)并包括從第二放大器元件的輸出到第一放大器元件的輸入的負反饋，第一放大器元件的輸出耦合到第三放大器元件的輸入，第三放大器元件的輸出形成該放大器級的輸出；產(chǎn)生多個參考電壓的參考電壓產(chǎn)生電路；用于每個放大器級的每個放大器元件的尾電流產(chǎn)生電路，每個尾電流產(chǎn)生電路按照響應增益控制電壓和參考電壓的比較的比率給相應的放大器元件產(chǎn)生第二和第三尾電流；以及用于每個放大器級的環(huán)路增益控制電路，每個環(huán)路增益控制電路產(chǎn)生用于相應的放大器元件的第一尾電流以將第一和第二放大器元件的增益的乘積大致地保持恒定。
2.權利要求1所述的可變增益放大器，其中用于每個放大器級的第一、第二和第三放大器元件的尾電流不與絕對溫度成比例。
3.權利要求1所述的可變增益放大器，其中參考電壓產(chǎn)生電路包括由參考電壓供電的電阻的串聯(lián)連接。
4.一種可變增益放大器，包括多個級聯(lián)的放大器級，每個放大器級都具有差動輸入和差動輸出，該級聯(lián)的放大器級的第一級的差動輸入形成了到該可變增益放大器的輸入，該級聯(lián)放大器級的最后一級的輸出形成該可變增益放大器的輸出，每個放大器級具有第一、第二和第三差動放大器元件，每個放大器元件具有差動晶體管對，該差動晶體管對具有分別取決于輸送到其中的第一、第二和第三尾電流的增益，該第一和第二放大器元件級聯(lián)并包括從第二放大器元件的差動輸出到第一放大器元件的差動輸入的負反饋，第一放大器元件的差動輸出耦合到第三放大器元件的差動輸入，第三放大器元件的差動輸出形成該放大器級的差動輸出；產(chǎn)生多個參考電壓的參考電壓產(chǎn)生電路；用于每個放大器級的每個放大器元件的尾電流產(chǎn)生電路，每個尾電流產(chǎn)生電路按照響應增益控制電壓和參考電壓的比率給相應的放大器元件產(chǎn)生第二和第三尾電流；以及用于每個放大器級的環(huán)路增益控制電路，每個環(huán)路增益控制電路產(chǎn)生用于相應的放大器元件的第一尾電流以將第一和第二放大器元件的增益的乘積大致地保持恒定。
5.權利要求4所述的可變增益放大器，其中用于每個放大器級的第一、第二和第三放大器元件的尾電流不與絕對溫度成比例。
6.權利要求4所述的可變增益放大器，其中參考電壓產(chǎn)生電路包括由參考電壓供電的電阻的串聯(lián)連接。
7.權利要求6所述的可變增益放大器，其中用于每個放大器級的第二和第三放大器元件的尾電流產(chǎn)生電路包括多個差動晶體管對，每個晶體管響應來自參考電壓產(chǎn)生電路的參考電壓與響應增益控制電壓的電壓的比較，以控制來自相應的電流源的電流，從而按照響應該比較的比例提供一部分第二和第三尾電流。
8.權利要求7所述的可變增益放大器，其中用于每個放大器級的第一放大器元件的尾電流產(chǎn)生電路包括多個差動晶體管對，每個晶體管響應來自參考電壓產(chǎn)生電路的參考電壓與響應增益控制電壓的電壓的比較，以控制來自相應的電流源的電流的一部分，從而按照響應該比較的分數(shù)提供一部分第一尾電流。
9.權利要求7所述的可變增益放大器，其中晶體管為雙極性晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開了包括多個可變增益級的可變增益放大器，其中在應用將連接到電源電壓的多個電阻串聯(lián)所形成的優(yōu)選實施例中，通過將控制電壓與不同的參考電壓的比較來控制不同級的增益。這些相對的比較控制了確定每個可變增益放大器級的增益的電流比率。通過交錯地改變電流比率，可以實現(xiàn)隨著控制電壓的總的增益的變化，這種變化在增益(分貝)控制電壓(伏特)函數(shù)中是平滑的，并且通常不要求使用與絕對溫度成比例的電流源。選擇在優(yōu)選實施例中作為控制電壓的函數(shù)的每個增益狀態(tài)的控制序列以獲得在總的增益的每種設置下在畸變、信號處理能力和噪聲方面的最佳性能。這意味著作為降低控制電壓的函數(shù)(或作為從最大的增益降低總的VGA增益的函數(shù))，首先控制最后的放大器的VGA2以降低增益值，其后控制中間放大器VGA3以降低增益值，其后控制輸入放大器VGA1以降低增益值，其后再次控制最后的放大器VGA2進一步降低增益值。
文檔編號H03G3/04GK1406411SQ99816390
公開日2003年3月26日 申請日期1999年10月27日 優(yōu)先權日1998年12月29日
發(fā)明者H·C·瑙塔, F·A·A·韋瓦爾 申請人:馬克西姆綜合產(chǎn)品公司