可变增益放大器制造技术

一种用于放大输入电压并提供放大后的输出电压的可变增益放大器，包括输入级，所述输入级包括两个差分晶体管对，所述输入级耦合到所述放大器的输入端。所述可变增益放大器还包括输出级，所述输出级包括晶体管四芯组和附加的晶体管对，所述输出级耦合到所述放大器的输出端，所述晶体管四芯组包括用于接收增益控制的端子。所述可变增益放大器还包括将所述输入级的所述两个差分晶体管对的输出端耦合到所述输出级的所述晶体管四芯组和附加晶体管对的输入端，以便分别提供可变增益路径和固定增益路径。可变增益放大器表现出改进的增益可变性的动态范围、更低的复杂性和更好的噪声性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可变增益放大器


[0001]本专利技术大体上涉及放大器领域；更具体地，涉及用于增强用于信号数据处理的射频(radio frequncy，RF)或模拟集成电路(integrated circuit，IC)的性能的可变增益放大器。

技术介绍

[0002]通常，可变增益放大器(variable gain amplifier，VGA)被定义为具有可调增益的放大器。可变增益放大器的增益通过控制电压或控制电流调节。当信号放大链需要增益控制机制时，使用可变增益放大器。
[0003]目前，已经为可变增益放大器提出了一些拓扑，例如传统的四象限乘法器可变增益放大器(variable gain amplifier，VGA)、传统的双级可变增益放大器和传统的多输入可变增益放大器。可变增益放大器的每种拓扑都有自己的特点和局限性。传统的四象限乘法器VGA包括输入级和四芯组级(也称为吉尔伯特单元)。增益可变性由四芯组级提供，四芯组级包括一组四个晶体管器件(也表示为Q
a
、Q
b
、Q'
a
、Q'
b
)。输入级使用差分输入电压信号和输入晶体管对(也表示为Q
in+
和Q
in
‑
)的跨导增益，并生成差分电流信号，该差分电流信号进一步由四芯组级控制。这样，四芯组级在当前域中提供增益可变性。但是，传统的四象限乘法器可变增益放大器表现出有限的增益范围和影响增益范围精度、控制电压和噪声性能的各种设计问题。在最小增益配置的示例中，传统的四象限乘法器可变增益放大器的增益范围受到四芯组对(即Q
a
和Q
b
)之间的偏移和不匹配的影响。原因是，四芯组对的每此损伤都会导致差分输入分流比的有限精度，从而导致传统四象限乘法器可变增益放大器的增益范围的有限精度。为了在传统的四象限乘法器可变增益放大器的增益范围内获得高精度，稳定和受控电压的生成也是另一个限制。在最大增益配置的另一个示例中，由于流入晶体管(即Q
b
)的电流而产生的增益降低大幅降低了传统四象限乘法器可变增益放大器的噪声性能。为了克服传统的四象限乘法器可变增益放大器的局限性，提出了传统的双级可变增益放大器和传统的多输入可变增益放大器。传统的双级可变增益放大器(variable gain amplifier，VGA)包括两个不同的输入级，例如高增益输入级和低增益输入级。高增益输入级包括Q1p/n个晶体管和Re_hg作为退化电阻，以提供高增益。低增益输入级包括Q2p/n个晶体管和Re_lg作为退化电阻，并提供比高增益输入级相对较低的增益。多个(Q3p/n个)晶体管形成模拟乘法器，该模拟乘法器与高增益和低增益输入级一起工作。多个(Q3p/n个)晶体管由差分增益控制信号(也表示为Vgcp_h
‑
Vgcn_h、Vgcp_l
‑
Vgcn_l)驱动。根据差分增益控制信号值，由两个输入级生成的信号电流以不同的比例混合，并提供给负载电阻(例如RL)，因此，增益可变性在传统的双级可变增益放大器中实现。类似地，传统的多输入可变增益放大器包括具有固定增益的n个加权输入级，这些输入级与四芯组级组合，并由从Vcontrol推导的n个电压控制。传统的多输入可变增益放大器仍然表现出与增益范围精度、控制电压和噪声性能相关的一些限制。在传统的多输入可变增益放大器中，由于多输入级，总增益范围通过使用适当的控制电压混合每个单个增益范围来获得，这较复杂并且增益精度较低。此
外，需要一个复杂的电路来生成多个控制电压。从噪声的角度来看，四芯组级(或增益可变级)中的晶体管为有源元件的各种噪声源(如散粒噪声、基极电阻等)创建到输出端的多个路径，并导致增益降低。因此，增益降低会降低传统多输入可变增益放大器的噪声性能。因此，存在低效可变增益放大器的技术问题，该放大器表现出有限的增益范围、高复杂性和不良噪声性能。
[0004]因此，根据上述讨论，需要克服与传统天线设备相关的上述缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术寻求提供一种改进的可变增益放大器，该放大器表现出改进的增益可变性的动态范围、较低的复杂性和改进的噪声性能。本专利技术寻求提供一种解决低效可变增益放大器的现有问题的方案，该放大器表现出有限的增益范围、复杂性和不良噪声性能。本专利技术的目的是提供一种至少部分克服现有技术中遇到的问题的方案，并提供一种改进的可变增益放大器，其表现出改进的增益可变性的动态范围、较低的复杂性和改进的噪声性能。
[0006]本专利技术的目的是通过所附独立权利要求中提供的方案实现的。本专利技术的有利实现方式在从属权利要求中进一步定义。
[0007]在一个方面中，本专利技术提供了一种用于放大输入电压并提供放大后的输出电压的可变增益放大器，包括：
[0008]输入级，包括两个差分晶体管对，输入级耦合到放大器的输入端；
[0009]输出级，包括晶体管四芯组和附加的晶体管对，输出级耦合到放大器的输出端，晶体管四芯组包括用于接收增益控制的端子；
[0010]输入级的差分晶体管对中的第一对的输出端耦合到输出级四芯组的输入端，以在放大器输入端与放大器输出端之间提供可由增益控制信号控制的可变增益路径；
[0011]输入级的差分晶体管对中的第二对的输出端耦合到附加晶体管对的输入端，以在放大器输入端与放大器输出端之间提供固定增益路径，固定增益路径具有与增益控制信号的增益无关。
[0012]本专利技术的可变增益放大器通过应用两个差分晶体管对的跨导增益的加法或减法来提供精确的增益范围。所公开的可变增益放大器对四芯组晶体管的任何失配或损伤具有弹性。由所公开的可变增益放大器提供的精确增益范围与增益控制信号(或控制电压)的绝对值无关。此外，在可变增益放大器的最大或最小增益配置的情况下，电流引导晶体管对(即晶体管四芯组)完全不平衡，两个器件中的一个关断。因此，在这些配置中，晶体管四芯组不会影响输出噪声，并使可变增益放大器的噪声性能更好。与传统的四象限乘法器可变增益放大器相比，更好的噪声性能实质上有助于扩展所公开的可变增益放大器的增益可变性的动态范围。由于改进的增益可变性的动态范围，所公开的可变增益放大器适合用于有线或光通信系统的接收器或发送器。所公开的可变增益放大器还在用于无线(例如毫米波)通信的收发器或具有增益可变特征的模拟设备中进行实际应用。
[0013]在一种实现方式中，放大器输入端耦合到输入级的差分晶体管对中的第二对中的每个晶体管的控制端子。
[0014]通过将放大器输入端耦合到输入级的差分晶体管对中的第二对中的每个晶体管的控制端子，在放大器输入端获得放大。
[0015]在另一种实现方式中，输入级的差分晶体管对中的第一对中的晶体管之一的控制端子耦合到输入级的差分晶体管对中的第二对中的晶体管之一的控制端子，输入级的差分晶体管对中的第一对中的另一个晶体管的控制端子耦合到输入级的差分晶体管对中的第二对中的另一个晶体管的控制端子。
[0016]通过将输入级本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于放大输入电压(118、318)并提供放大后的输出电压(136、336)的可变增益放大器(100A、300)，其特征在于，包括：输入级(102、302)，包括两个差分晶体管对(106、306、108、308)，所述输入级(102、302)耦合到所述放大器(100A、300)的输入端(118、318)；输出级(104、304)，包括晶体管四芯组(120、320)和附加晶体管对(122、322)，所述输出级(104、304)耦合到所述放大器(100A、300)的输出端(180、380)，所述晶体管四芯组(120、320)包括用于接收增益控制信号(138、338)的端子；所述输入级(102、302)的所述差分晶体管对中的第一对(106、306)的输出端耦合到所述输出级四芯组(120、320)的输入端，以在所述放大器输入端(118、318)与所述放大器输出端(136、336)之间提供可由所述增益控制信号(138、338)控制的可变增益路径(142)；所述输入级(102、302)的所述差分晶体管对中的第二对(108、308)的输出端耦合到所述附加晶体管对(122、322)的输入端，以在所述放大器输入端(118、318)与所述放大器输出端(180、380)之间提供固定增益路径(140)，所述固定增益路径(140)具有与所述增益控制信号(138、338)的增益无关。2.根据权利要求1所述的可变增益放大器(100A、300)，其特征在于，所述放大器输入端(118、318)耦合到所述输入级(102、302)的所述差分晶体管对中的所述第二对(108、308)中的每个晶体管的控制端子。3.根据权利要求2所述的可变增益放大器(100A、300)，其特征在于，所述输入级(102、302)的所述差分晶体管对中的所述第一对(106、306)中的晶体管之一的控制端子耦合到所述输入级(102、302)的所述差分晶体管对中的所述第二对(108、308)中的晶体管之一的控制端子，所述输入级(102、302)的所述差分晶体管对中的所述第一对中的另一个晶体管的控制端子耦合到所述输入级(102、302)的所述差分晶体管对中的所述第二对中的另一个晶体管的控制端子。4.根据上述权利要求中任一项所述的可变增益放大器(100A、300)，其特征在于，所述输入级(102、302)的所述差分晶体管对中的所述第一对(106、306)中的晶体管之一的第一电流端子通过第一对电阻元件(144)耦合到所述输入级(102、302)的所述差分晶体管对中的所述第一对中的另一个晶体管的第一电流端子。5.根据上述权利要求中任一项所述的可变增益放大器(100A、300)，其特征在于，所述输入级(102、302)的所述差分晶体管对中的所述第二对中的晶体管之一的第一电流端子通过第二对电阻元件(146)耦合到所述输入级(102、302)的所述差分晶体管对中的所述第二对中的另一个晶体管的第一电流端子。6.根据权利要求4或5所述的可变增益放大器(100A、300)，其特征在于，电流源(148、340)连接在每对电阻元件之...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳迪奥，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：