[发明专利]一种dB线性超宽带可变增益放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种可变增益放大器，具体涉及一种工作带宽大的dB线性可变增益放大器。

背景技术

可变增益放大器是射频收发机前端的核心组件之一。尽管发射极和接收机间通道内的信号强度随时间变化，但是无线收发机中自动增益控制系统依旧能够为基带中的模数转换器提供稳定强度的信号。自动增益控制系统中的可变增益放大器能够实现改变其增益的功能，进而为基带部分提供所需的输入信号强度。通过负反馈原理，自动增益控制系统能够保持其输出信号强度至一个预定的水平。在无线收发机中，可变增益放大器需要能达到稳定的增益控制，保持稳定的信号功率强度提供给基带，同时其直流功耗、带宽、稳定性和输入输出回波损耗均不改变。

60GHz附近的开放波段为短距无线系统提供了发展的新机遇，在IEEE.802.11ad标准中，无线通信系统需要有880MHz的基带信号带宽，因而可变增益放大器需要1GHz以上带宽。

电压增益dB线性控制特性是自动增益控制(AGC)具有稳定的建立时间的必要条件。由于MOS器件无论是处于饱和区还是线性区都没有指数函数型的I-V特性，因而CMOS工艺下的可变增益放大器的增益dB线性控制特性往往需要借助于CMOS工艺下寄生的双极性晶体管或工作在亚阈值区的MOS管，或者构造出伪指数函数来实现。采用寄生晶体管的方案需要额外的辅助电路来保证寄生晶体管的工作，功耗高、可靠性差。而采用工作在亚阈值区的MOS管实现的可变增益放大器，会因为栅极控制电压的变化范围有限，输出电流较小。

天津大学的中国专利申请“一种dB线性可变增益放大器”(CN103036517A)中通过电流平方率关系构建的伪指数函数控制关系，增加了额外的电路，消耗了更多的芯片面积。

三星电机株式会社的中国专利申请“具有宽增益变化和宽带宽的可变增益放大器”(CN 101394157A)中构造了伪指数函数获得了较大的dB线性控制增益范围，电路更加复杂，消耗过大的芯片面积和功耗。

与MOS晶体管相比，双极性晶体管因其I-V指数关系而固有dB线性控制特性，因而无需复杂的电路就可以获得dB线性。GaAs工艺和SiGeBiCOMS工艺均可以实现高性能双极性晶体管。但相较之下，SiGeBiCMOS工艺具有成本较低且与成熟的CMOS工艺相兼容利于集成的优点。

北京工业大学的中国专利申请“超宽带可变增益放大器”中尽管使用了异质结晶体管却没有实现dB线性，并且采用较多的无源器件使得芯片面积较大。

因此，当下亟需解决的一个技术问题就是：如何能够创造性地设计一种具有dB线性控制超宽带且电路简单低功耗的可变增益放大器。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种dB线性控制的超宽带可变增益放大器，电路结构简明、功耗低，带宽特性好。

本发明的解决方案如下：

一种dB线性超宽带可变增益放大器，主要由差分共射极可变跨导放大器单元、差分可变负载阻抗单元和增益控制单元组成；其中差分共射极可变跨导放大器单元将差分输入信号转换为差分电流信号，所述差分电流信号经由差分可变负载阻抗单元转换成差分电压信号输出；

所述的差分共射极可变跨导放大器主要由npn晶体管Q1、Q2和起偏置作用的第一尾电流源组成，其中npn晶体管Q1、Q2完全匹配构成信号放大管对，发射极共接所述第一尾电流源，差分输入信号通过相等数值的隔直电容连接在所述信号放大管对的基极上，基极还分别经由数值相等的电阻偏置于固定电压Vbias2上，集电极作为该dB线性超宽带可变增益放大器的输出端，通过隔直电容输出差分电压信号；

所述的差分可变负载阻抗单元主要由两对采用二极管连接的npn晶体管和起偏置作用的第二尾电流源组成；第一对二极管连接的npn晶体管Q3、Q4的基极和集电极连接在供电电源VDD上，发射极连接在所述信号放大管对相应的集电极上；第二对二极管连接的npn晶体管Q5、Q6的基极和集电极也连接在所述信号放大管对相应的集电极上，发射极接所述第二尾电流源；

所述二极管连接是指晶体管的基极与集电极相连接；