一种低功耗可变增益放大器的制造方法
一种低功耗可变增益放大器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及模拟集成电路领域。一种低功耗可变增益放大器，包括差分共源极放大单元、可变负载电阻阵列Rd1～Rdn-1、数字控制开关阵列A1～An-1、数字控制开关阵列可变电流源阵列I1～In-1、可变源级反馈电阻阵列Rs1～Rsn-1、开关阵列K1～Kn-1、固定电流源I0和ISS、固定电阻Rd0和Rs0，可变负载电阻阵列Rd1～Rdn-1中的有效电阻值由数字控制开关阵列A1～An-1控制，可变电流源阵列I1～In-1中的电流源由数字控制开关阵列控制，该可变源级反馈电阻阵列Rs1～Rsn-1中的有效电阻值由开关阵列K1～Kn-1控制，并使得可变增益放大器输出共模电压满足以下条件式：</maths>通过这种设计方法，在同样实现稳定输出共模的同时，省去了共模反馈电路，从而降低了电路设计复杂性与功耗。
【专利说明】—种低功耗可变增益放大器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及模拟集成电路领域，尤其具体涉及一种应用于短距离无线接收发机中的无共模反馈电路的低功耗可变增益放大器。
【背景技术】
[0002]可变增益放大器(VGA)是自动增益控制系统(AGC)中的关键组成部分，主要应用于无线接收发机系统中，可根据信号强弱来对信号进行放大或衰减，避免信号过强时造成接收机阻塞或信号过弱时信号丢失，有利于提高整个无线接收发机系统的动态范围。在AGC系统中，VGA的设计性能直接影响AGC的选择性和灵敏度。在现代接收机结构中，通常把信号强弱的检测都放在数字域中进行，这使数字控制的VGA得到越来越广泛的应用。常见的数字控制VGA结构有两种:一种是闭环结构，通过负反馈的方法可精确地设定增益，具有较高的线性度，但其带宽小，电路设计比较复杂，功耗较大；另一种开环结构，通过改变开环电路的跨导和负载值(A=gmRL)来实现增益的变化，具有带宽大，电路简单，功耗低的特点。
[0003]基于源极负反馈的全差分共源极结构的VGA由于具有带宽大，线性度较好，功耗低等优点，得到了广泛应用。该类型VGA通过改变源极反馈电阻和负载电阻值阻值可实现增益可变。但是，当通过改变输出负载来改变VGA增益时，其输出共模电压变化较大，所以需要稳定输出共模电压电路来稳定输出共模，传统上采用共模反馈电路来稳定输出共模。
[0004]请参阅图1，该图1示出了使用共模反馈电路来稳定输出共模的可变增益放大器(VGA)电路。该VGA采用带源极负反馈的全差分共源极放大器结构，其电压增益Av’可表示为:
[0005]
【权利要求】
1.一种低功耗可变增益放大器，其特征在于:包括差分共源极放大单元、可变负载电阻阵列Rdl~R4r1、第一数字控制开关阵列A1~Alr1、第二数字控制开关阵列I1 ~ 可变电流源阵列I1~Ilr1、可变源级反馈电阻阵列Rsl~Rslr1、开关阵列K1~Klr1、固定电流源Itl和Iss、固定电阻Rdtl和Rs。， 所述差分共源极放大单元，包括并联的第一差分放大管Ml和第二差分放大管M2，用于接收并放大差分信号， 所述可变负载电阻阵列Rdl~Rdlri和固定电阻Rdtl串联后连接在电源电压Vdd和差分共源极放大单元的漏极之间，可变负载电阻阵列Rdl~Rdlri中的有效接入电阻值由第一数字控制开关阵列A1~Alri所控制， 所述可变电流源阵列I1~Ilri，连接在电源电压Vdd和差分共源极放大单元的漏极之间，该可变电流源阵列I1~Ilri的电流源由第二数字控制开关阵列I1~所控制，第二数字控制开关阵列:I1 ~ 与第一数字控制开关阵列A1~Alri开关状态相反，即若开关A1导通，则开关Z1断开；若开关A1断开，则开关Z1导通， 所述可变源级反馈电阻阵列Rsl~Rslri和固定电阻Rstl并联后连接在第一差分放大管Ml的源极和第二差分放大管M2的源极之间，可变源级反馈电阻阵列Rsl~Rslri中的有效接入电阻值由开关阵列K1~Klri所控制， 所述固定电流源Itl连接在电源电压Vdd和差分共源极放大单元的漏极之间， 所述固定电流源Iss连接在差分共源极放大单元的源极和接地电压之间。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗可变增益放大器，其特征在于:所述可变负载电阻阵列Rdl~Rdlri由η-1个电阻串联，由所述第一数字控制开关阵列A1~Alri来控制使对应的每个电阻Rdl，Rd2......，Rdlri被短路或被接入负载，从而改变负载的电阻值。
3.根据权利要求2所述的一种低功耗可变增益放大器，其特征在于:所述可变源级反馈电阻阵列Rsl~Rslri由η-1个电阻并联，其中每一个电阻的一端连接到所述第一差分放大管Ml的源极，所述每一个电阻的另一端连接到所述第二差分放大管M2的源极，开关阵列K1~Klri中的开关K1与电阻Rsl串联，开关K2与电阻Rs2串联，......，开关Klri与电阻Rslri串联，从而通过开关阵列K1~Klri中的开关K1, K2……，Klri断开和导通，来改变接入源极的电阻值。
4.根据权利要求3所述的一种低功耗可变增益放大器，其特征在于:取n=2，则可变负载电阻阵列Rdl~Rdlri包括电阻Rdl，则负载电阻包括电阻Rdtl和电阻Rdl，所述电阻Rdtl包括对称的两部分，分别为电阻A_Rd(l和电阻B_Rd(l，且电阻Rdtl电阻值=电阻A_Rd(l电阻值=电阻B_Rd0电阻值，所述电阻A_Rd(l为电阻R5，所述电阻B_Rd(l为电阻R6，所述电阻Rdl包括对称的两部分，分别为电阻A_Rdl和电阻B_Rdl，且电阻Rdl电阻值=电阻A_Rdl电阻值=电阻B_Rdi电阻值，所述电阻A_Rdl为电阻R7，所述电阻B_Rdl为电阻R8，所述电阻R7和电阻R5串联，电阻R7的另一端与电源电压Vdd连接，电阻R5的另一端与第一差分放大管Ml的漏极连接，所述电阻R8和电阻R6串联，电阻R8另一端与电源电压Vdd连接，电阻R6另一端与第二差分放大管M2的漏极连接，所述第一数字控制开关阵列A1~Alri包括数字控制开关A1，所述数字控制开关A1由开关管M13和开关管M14组成，所述开关管M13、开关管M14的源极分别与电源电压Vdd连接，所述开关管M13、开关管M14的栅极分别外接数字控制信号Adi，所述开关管M13的漏极接于电阻R5和电阻R7的共同连接端，所述开关管M14的漏极接于电阻R6和电阻R8的共同连接端， 所述第二数字控制开关阵列I1~包括数字控制开关所述数字控制开关;由开关管M12和COMS传输门组成，所述开关管M12的源极与电源电压Vdd连接，所述开关管M12漏极分别与电流源管MlO和电流源管Mll的栅极连接，同时与CMOS传输门一端连接，所述COMS传输门由开关管M19和开关管M20并联构成，所述COMS传输门一端与晶体管M9的栅极连接，另一端与开关管M12的漏极、电流源管MlO和电流源管Mll的栅极连接，所述开关管Ml2、COMS传输门开关管M20的栅极均外接数字控制信号Adi，所述COMS传输门开关管M19的栅极外接数字控制信号Adi N，数字控制信号Adi和数字控制信号Adi N互为逻辑相反信号， 所述可变电流源阵列I1~Ilri包括电流源I1，所述电流源I1包括对称的两部分，分别为电流A_Ii和电流B_Ii，且电流I1电流值=电流A_Ii电流值=电流B_Ii电流值，所述电流A_l!由电流源管MlO与晶体管M7、M8和M9镜像基准电流Ikef构成，所述电流BJ1由电流源管Mll与晶体管M7、M8和M9镜像基准电流Ikef构成，所述电流源管MlO和电流源管Mll的栅极均与所述COMS传输门一端连接，所述电流源管MlO和电流源管Ml I的源极均与电源电压Vdd连接，所述电流源管MlO和电流源管Mll的漏极分别与电流源管M3和电流源管M4的漏极连接， 所述固定电流源Itl包括 对称的两部分分别为电流AJtl和电流BJtl,且电流Itl电流值=电流AJtl电流值=电流BJtl电流值，所述电流AJtl由电流源管M3与晶体管M7、M8和M9镜像基准电流Ikef构成，所述电流BJtl由电流源管M4与晶体管M7、M8和M9镜像基准电流Ikef构成，所述电流源管M3和电流源管M4的源极均与电源电压Vdd连接，所述电流源管M3和电流源管M4的栅极通过所述CMOS传输门与电流源管M9的栅极和漏极连接。
【文档编号】H03G3/30GK203574614SQ201320416345
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】杨骁 , 张俏, 蒋本福, 凌朝东, 黄炜炜, 莫冰 申请人:华侨大学
【专利摘要】本实用新型涉及模拟集成电路领域。一种低功耗可变增益放大器，包括差分共源极放大单元、可变负载电阻阵列Rd1～Rdn-1、数字控制开关阵列A1～An-1、数字控制开关阵列可变电流源阵列I1～In-1、可变源级反馈电阻阵列Rs1～Rsn-1、开关阵列K1～Kn-1、固定电流源I0和ISS、固定电阻Rd0和Rs0，可变负载电阻阵列Rd1～Rdn-1中的有效电阻值由数字控制开关阵列A1～An-1控制，可变电流源阵列I1～In-1中的电流源由数字控制开关阵列控制，该可变源级反馈电阻阵列Rs1～Rsn-1中的有效电阻值由开关阵列K1～Kn-1控制，并使得可变增益放大器输出共模电压满足以下条件式：</maths>通过这种设计方法，在同样实现稳定输出共模的同时，省去了共模反馈电路，从而降低了电路设计复杂性与功耗。
【专利说明】—种低功耗可变增益放大器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及模拟集成电路领域，尤其具体涉及一种应用于短距离无线接收发机中的无共模反馈电路的低功耗可变增益放大器。
【背景技术】
[0002]可变增益放大器(VGA)是自动增益控制系统(AGC)中的关键组成部分，主要应用于无线接收发机系统中，可根据信号强弱来对信号进行放大或衰减，避免信号过强时造成接收机阻塞或信号过弱时信号丢失，有利于提高整个无线接收发机系统的动态范围。在AGC系统中，VGA的设计性能直接影响AGC的选择性和灵敏度。在现代接收机结构中，通常把信号强弱的检测都放在数字域中进行，这使数字控制的VGA得到越来越广泛的应用。常见的数字控制VGA结构有两种:一种是闭环结构，通过负反馈的方法可精确地设定增益，具有较高的线性度，但其带宽小，电路设计比较复杂，功耗较大；另一种开环结构，通过改变开环电路的跨导和负载值(A=gmRL)来实现增益的变化，具有带宽大，电路简单，功耗低的特点。
[0003]基于源极负反馈的全差分共源极结构的VGA由于具有带宽大，线性度较好，功耗低等优点，得到了广泛应用。该类型VGA通过改变源极反馈电阻和负载电阻值阻值可实现增益可变。但是，当通过改变输出负载来改变VGA增益时，其输出共模电压变化较大，所以需要稳定输出共模电压电路来稳定输出共模，传统上采用共模反馈电路来稳定输出共模。
[0004]请参阅图1，该图1示出了使用共模反馈电路来稳定输出共模的可变增益放大器(VGA)电路。该VGA采用带源极负反馈的全差分共源极放大器结构，其电压增益Av’可表示为:
[0005]
【权利要求】
1.一种低功耗可变增益放大器，其特征在于:包括差分共源极放大单元、可变负载电阻阵列Rdl~R4r1、第一数字控制开关阵列A1~Alr1、第二数字控制开关阵列I1 ~ 可变电流源阵列I1~Ilr1、可变源级反馈电阻阵列Rsl~Rslr1、开关阵列K1~Klr1、固定电流源Itl和Iss、固定电阻Rdtl和Rs。， 所述差分共源极放大单元，包括并联的第一差分放大管Ml和第二差分放大管M2，用于接收并放大差分信号， 所述可变负载电阻阵列Rdl~Rdlri和固定电阻Rdtl串联后连接在电源电压Vdd和差分共源极放大单元的漏极之间，可变负载电阻阵列Rdl~Rdlri中的有效接入电阻值由第一数字控制开关阵列A1~Alri所控制， 所述可变电流源阵列I1~Ilri，连接在电源电压Vdd和差分共源极放大单元的漏极之间，该可变电流源阵列I1~Ilri的电流源由第二数字控制开关阵列I1~所控制，第二数字控制开关阵列:I1 ~ 与第一数字控制开关阵列A1~Alri开关状态相反，即若开关A1导通，则开关Z1断开；若开关A1断开，则开关Z1导通， 所述可变源级反馈电阻阵列Rsl~Rslri和固定电阻Rstl并联后连接在第一差分放大管Ml的源极和第二差分放大管M2的源极之间，可变源级反馈电阻阵列Rsl~Rslri中的有效接入电阻值由开关阵列K1~Klri所控制， 所述固定电流源Itl连接在电源电压Vdd和差分共源极放大单元的漏极之间， 所述固定电流源Iss连接在差分共源极放大单元的源极和接地电压之间。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗可变增益放大器，其特征在于:所述可变负载电阻阵列Rdl~Rdlri由η-1个电阻串联，由所述第一数字控制开关阵列A1~Alri来控制使对应的每个电阻Rdl，Rd2......，Rdlri被短路或被接入负载，从而改变负载的电阻值。
3.根据权利要求2所述的一种低功耗可变增益放大器，其特征在于:所述可变源级反馈电阻阵列Rsl~Rslri由η-1个电阻并联，其中每一个电阻的一端连接到所述第一差分放大管Ml的源极，所述每一个电阻的另一端连接到所述第二差分放大管M2的源极，开关阵列K1~Klri中的开关K1与电阻Rsl串联，开关K2与电阻Rs2串联，......，开关Klri与电阻Rslri串联，从而通过开关阵列K1~Klri中的开关K1, K2……，Klri断开和导通，来改变接入源极的电阻值。
4.根据权利要求3所述的一种低功耗可变增益放大器，其特征在于:取n=2，则可变负载电阻阵列Rdl~Rdlri包括电阻Rdl，则负载电阻包括电阻Rdtl和电阻Rdl，所述电阻Rdtl包括对称的两部分，分别为电阻A_Rd(l和电阻B_Rd(l，且电阻Rdtl电阻值=电阻A_Rd(l电阻值=电阻B_Rd0电阻值，所述电阻A_Rd(l为电阻R5，所述电阻B_Rd(l为电阻R6，所述电阻Rdl包括对称的两部分，分别为电阻A_Rdl和电阻B_Rdl，且电阻Rdl电阻值=电阻A_Rdl电阻值=电阻B_Rdi电阻值，所述电阻A_Rdl为电阻R7，所述电阻B_Rdl为电阻R8，所述电阻R7和电阻R5串联，电阻R7的另一端与电源电压Vdd连接，电阻R5的另一端与第一差分放大管Ml的漏极连接，所述电阻R8和电阻R6串联，电阻R8另一端与电源电压Vdd连接，电阻R6另一端与第二差分放大管M2的漏极连接，所述第一数字控制开关阵列A1~Alri包括数字控制开关A1，所述数字控制开关A1由开关管M13和开关管M14组成，所述开关管M13、开关管M14的源极分别与电源电压Vdd连接，所述开关管M13、开关管M14的栅极分别外接数字控制信号Adi，所述开关管M13的漏极接于电阻R5和电阻R7的共同连接端，所述开关管M14的漏极接于电阻R6和电阻R8的共同连接端， 所述第二数字控制开关阵列I1~包括数字控制开关所述数字控制开关;由开关管M12和COMS传输门组成，所述开关管M12的源极与电源电压Vdd连接，所述开关管M12漏极分别与电流源管MlO和电流源管Mll的栅极连接，同时与CMOS传输门一端连接，所述COMS传输门由开关管M19和开关管M20并联构成，所述COMS传输门一端与晶体管M9的栅极连接，另一端与开关管M12的漏极、电流源管MlO和电流源管Mll的栅极连接，所述开关管Ml2、COMS传输门开关管M20的栅极均外接数字控制信号Adi，所述COMS传输门开关管M19的栅极外接数字控制信号Adi N，数字控制信号Adi和数字控制信号Adi N互为逻辑相反信号， 所述可变电流源阵列I1~Ilri包括电流源I1，所述电流源I1包括对称的两部分，分别为电流A_Ii和电流B_Ii，且电流I1电流值=电流A_Ii电流值=电流B_Ii电流值，所述电流A_l!由电流源管MlO与晶体管M7、M8和M9镜像基准电流Ikef构成，所述电流BJ1由电流源管Mll与晶体管M7、M8和M9镜像基准电流Ikef构成，所述电流源管MlO和电流源管Mll的栅极均与所述COMS传输门一端连接，所述电流源管MlO和电流源管Ml I的源极均与电源电压Vdd连接，所述电流源管MlO和电流源管Mll的漏极分别与电流源管M3和电流源管M4的漏极连接， 所述固定电流源Itl包括 对称的两部分分别为电流AJtl和电流BJtl,且电流Itl电流值=电流AJtl电流值=电流BJtl电流值，所述电流AJtl由电流源管M3与晶体管M7、M8和M9镜像基准电流Ikef构成，所述电流BJtl由电流源管M4与晶体管M7、M8和M9镜像基准电流Ikef构成，所述电流源管M3和电流源管M4的源极均与电源电压Vdd连接，所述电流源管M3和电流源管M4的栅极通过所述CMOS传输门与电流源管M9的栅极和漏极连接。
【文档编号】H03G3/30GK203574614SQ201320416345
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】杨骁 , 张俏, 蒋本福, 凌朝东, 黄炜炜, 莫冰 申请人:华侨大学
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