一种可变增益放大器和设备制造技术

本申请提出一种可变增益放大器和设备，包括：第一级放大器、第二级放大器及级间匹配网络，其中，第一级放大器与第二级放大器之间通过级间匹配网络连接；第一级放大器和第二级放大器结构相同，均包括第一晶体管和电流舵晶体管阵列；第一级放大器和第二级放大器根据电流舵晶体管阵列的电压控制字调节放大器的电压增益；级间匹配网络，用于匹配第一级放大器和第二级放大器之间的阻抗。

【技术实现步骤摘要】
一种可变增益放大器和设备
本申请涉及电路设计
，具体涉及一种可变增益放大器和设备。
技术介绍
随着5G通讯、汽车雷达、成像雷达等系统的迅速发展，毫米波领域集成电路设计引起了人们广泛的研究。然而毫米波频段存在的传输损耗，会严重影响通讯或成像质量。因此，在毫米波通信系统通常采用相控阵技术，以获得较高的天线增益。在相控阵毫米波收发机(T/R)中可变增益放大器(VGA)是不可或缺的模块，用于补偿移相器(PhaseShifter)输出所带来的增益及相位的变化，而且还可以补偿由PVT引起的相位及增益偏差。由于在通信过程中增益切换需要保持相位的恒定，但接收(RX)或发射(TX)链路较长，模块较多，很难保证恒定的相位。因此，增益切换中控制可变可变增益放大器中的相位变化显得由为重要。申请内容本申请提供用于一种可变增益放大器和设备。本申请实施例提供一种可变增益放大器，所述可变增益放大器包括：第一级放大器、第二级放大器和级间匹配网络，其中，所述第一级放大器与所述第二级放大器之间通过所述级间匹配网络连接；所述第一级放大器和所述第二级放大器结构相同，均包括第一晶体管和电流舵晶体管阵列；所述第一级放大器和所述第二级放大器，被设置为根据电流舵晶体管阵列的电压控制字调节放大器的电压增益；所述级间匹配网络，用于匹配所述第一级放大器和第二级放大器之间的阻抗。本申请实施例提供一种设备，所述设备包括如本申请实施例提供的任意一项可变增益放大器。实施例和其他方面以及其实现方式，在附图说明、具体实施方式和权利要求中提供更多说明。附图说明图1是本申请实施例提供的一种可变增益放大器的结构示意图；图2是本申请实施例提供的另一种可变增益放大器的结构示意图；图3是本申请实施例提供的又一种可变增益放大器的结构示意图；图4是本申请实施例提供的一种电流舵晶体管阵列的结构示意图；图5是一种带电容补偿的毫米波可变增益放大器的结构示意图；图6是本申请提供的一种小信号模型的结构示意图；图7是本申请实施例提供的一种微带线电感补偿毫米波可变增益放大器的结构示意图；图8是本申请提供的第一级VGA的结构示意图；图9是本申请提供的两级级联可变增益放大器的仿真结果图；图10是本申请提供的两级级联可变增益放大器的仿真结果图；图11是本申请提供的两级级联可变增益放大器的仿真结果图；图12是本申请提供的两级级联可变增益放大器的仿真结果图；图13是本申请提供的两级级联可变增益放大器的仿真结果图。具体实施方式为使本申请的目的.技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。常见的可变增益放大器(VGA)一般会通过切换阻抗Gm或是负载的方法实现可变增益。但是当改变阻抗Gm时，如果栅极电压变化剧烈，会导致场效应管会进入线性区，这样输入阻抗会发生变化。尤其是毫米波频段，输入阻抗变化更剧烈，使输入匹配恶化。同理，如果改变输出负载阻抗，输出匹配也较差。一个性能较好的VGA除了实现较大范围的可变增益，还有几个更为重要的技术指标：相位变化、噪声系数、线性度及端口匹配等。噪声系数及线性度的优化可以参考LNA设计方法，但是对于相位变化量控制就比较困难，尤其是在毫米波VGA中更是如此，相对于模拟或是射频电路来说，毫米波电路在小信号电路分析中几乎所有的寄生电容或是电感都是需要考虑的，电容或是电感值稍微变化一点就会导致较大的相位变化。因此，很难准确得到相位变化的表达式，为了得到较为准确的相位变化量，只能通过大量的EM仿真，尽可能将各种非理想因素考虑进去。图1是本申请提供的一种可变增益放大器的结构示意图，本申请提供的可变增益放大器可适用于增益切换中控制可变增益放大器相位变化的情况。所述可变增益放大器可配置于接收器或发射器中。如图1所示，本申请提供的可变增益放大器主要包括第一级放大器11、第二级放大器12和级间匹配网络13，其中，第一级放大器11与第二级放大器12之间通过级间匹配网络连接13；第一级放大器11和第二级放大器12结构相同，均包括第一晶体管和电流舵晶体管阵列。第一级放大器11和第二级放大器12，被设置为根据电流舵晶体管阵列的电压控制字调节放大器的电压增益；级间匹配网络13，用于匹配第一级放大器和第二级放大器之间的阻抗。其中，所述电流舵晶体管阵列由数字控制开关。在一个示例性的实施方式中，图2是本申请实施例提供的另一种可变增益放大器的结构示意图。如图2所示，所述可变增益放大器还包括输入匹配网络14和输出匹配网络15。其中，输入匹配网络14包括第一电感L1、第二电容C2和第二电感L2，其中，第一电感L1通过第二电容C2连接分别连接第二电感和第一级放大器。其中，输出匹配网络采用L型匹配网络。输入匹配网络14和输出匹配网络15用于输入/输出端的阻抗匹配。进一步的，本申请中的输入匹配网络14和输出匹配网络15均可以采用了T型或π型匹配网络中的任意一种。进一步的，所述输入匹配网络14还可以是包括一个串联电感及隔直电容及退化电感。级间匹配网络通过L-C-L的T型或是π型匹配网络实现。输出匹配网络通过L-C-L或是L型匹配网络实现。需要说明的是，输入匹配网络、输出匹配网络以及级间匹配网络都可以根据电路的设计以及具体使用情况进行合理的选择，本实施例中仅进行说明，不做限定。在一个示例性的实施方式中，图3是本申请实施例提供的又一种可变增益放大器的结构示意图。如图3所示，所述第一级放大器和所述第二级放大器均包括第三晶体管M3，所述第三晶体管M3漏极与所述第二晶体M1管源极连接，所述第三晶体管M3栅极与所述输入匹配网络连接，所述第三晶体管M3漏极接地。进一步的，所述第一级放大器和所述第二级放大器均包括补偿电感L11和补偿电容C12，所述每个晶体管单元中的第二晶体管的源极连接在一起后通过补偿电感和补偿电容的串联电路接地。其中，所述补偿电感是微带线电感。微带线电感及补偿电容的作用是为了补偿在较大增益变化范围时所引起的相位变化。因为共源共栅管及电流舵管的寄生电容Cgs、Cgd及Cds的存在，以及增益切换时晶体管跨导gm的变化，都会导致整体相位发生变化。通过该微带线电感可以有效降低整体相位偏移量。其中，所述级间匹配网络是T型匹配网络，或π型匹配网络。在一个示例性的实施方式中，图4是本申请实施例提供的一种电流舵晶体管阵列的结构示意图。如图4所示，所述电流舵晶体管阵列包括预设数量的晶体管单元，所述晶体管单元包括：第二晶体管Q1、第一电阻R1和第一电容C1，其中，所述第二晶体管Q1栅极通过第一电阻R1与所述数字控制开关(图中未示出)连接，所述第二晶体管Q1的栅极通过第一电容接地；所述每个晶体管单元中的第二晶体管的漏极连接在一起后与电源连接，所述每个晶体管单元中的第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变增益放大器，其特征在于，包括：第一级放大器、第二级放大器和级间匹配网络，其中，所述第一级放大器与所述第二级放大器之间通过所述级间匹配网络连接；所述第一级放大器和所述第二级放大器结构相同，均包括第一晶体管和电流舵晶体管阵列；/n所述第一级放大器和所述第二级放大器，被设置为根据电流舵晶体管阵列的电压控制字调节放大器的电压增益；/n所述级间匹配网络，用于匹配所述第一级放大器和第二级放大器之间的阻抗。/n

【技术特征摘要】
1.一种可变增益放大器，其特征在于，包括：第一级放大器、第二级放大器和级间匹配网络，其中，所述第一级放大器与所述第二级放大器之间通过所述级间匹配网络连接；所述第一级放大器和所述第二级放大器结构相同，均包括第一晶体管和电流舵晶体管阵列；
所述第一级放大器和所述第二级放大器，被设置为根据电流舵晶体管阵列的电压控制字调节放大器的电压增益；
所述级间匹配网络，用于匹配所述第一级放大器和第二级放大器之间的阻抗。


2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述电流舵晶体管阵列由数字控制开关。


3.根据权利要求2所述的放大器，其特征在于，所述电流舵晶体管阵列包括预设数量的晶体管单元，所述晶体管单元包括：第二晶体管、第一电阻和第一电容，其中，所述第二晶体管栅极通过第一电阻与所述数字控制开关连接，所述第二晶体管的栅极通过第一电容接地；
每个晶体管单元中的第二晶体管的漏极连接在一起后与电源连接，所述每个晶体管单元中的第二晶体管的源极连接在一起后与第一晶体管源极连接。


4.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述可变增益放大器还包括：输入匹配网络，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁立凯，
申请(专利权)人：深圳市中兴微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44