[发明专利]一种高线性度可变增益放大器

摘要

本发明公开了一种高线性度可变增益放大器，包括用以对信号进行放大或衰减的可变增益放大器，可变增益放大器采用闭环负反馈结构，同时还采用产生增益控制电压的指数增益控制电路，从而实现可变增益放大器的增益呈dB线性连续变化；可变增益放大器由全差分运算放大器和两个输入PMOS管和两个反馈PMOS管构成，全差分运算放大器采用两级结构，加入了偏置电路和共模反馈电路，采用了共源共栅补偿技术，以获得足够的相位裕度，保证反馈环路的稳定性。本发明在提高线性度的同时，实现了增益以指数形式连续可调。

主权项

1.一种高线性度可变增益放大器，包括用以对信号进行放大或衰减的可变增益放大器，其特征在于：所述可变增益放大器采用闭环负反馈结构，同时还采用产生增益控制电压的指数增益控制电路，从而实现可变增益放大器的增益呈dB线性连续变化；所述可变增益放大器由全差分运算放大器A和第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M3和第四PMOS管M4构成，所述第一PMOS管M1和第三PMOS管M3为输入PMOS管，所述第二PMOS管M2和第四PMOS管M4为反馈PMOS管；所述第一PMOS管M1的源端连接至第一输入信号VIP，所述第一PMOS管M1的漏端与所述全差分运算放大器A的正输入端相连；所述第二PMOS管M2的源端连接至第二输入信号VIN，所述第二PMOS管M2的漏端与所述全差分运算放大器A的负输入端相连；所述第三PMOS管M3的漏端与全差分运算放大器A的正输入端相连，所述第三PMOS管M3的源端与全差分运算放大器A的负输出端VON相连；所述第四PMOS M4的漏端与全差分运算放大器A的负输入端相连，所述第四PMOS管M4的源端与全差分运算放大器A的正输出端VOP相连；所述第一PMOS管M1和所述第三PMOS管M3的栅极均与第一增益控制电压VC1相连，第二PMOS管M2和第四PMOS管M4的栅极均与第二增益控制电压VC2相连；所述全差分运算放大器A包括第一级和第二级两级结构及偏置电路和共模反馈电路，其中，第一级为套筒式共源共栅结构，第二级为共源级；所述可变增益放大器中的第一PMOS管M1、第三PMOS管M3、第二PMOS管M2、第四PMOS管M4均工作在线性区，其中，第一PMOS管M1和第二PMOS管M2的等效电阻为Rin：式(1)中，μ_P为PMOS的空穴迁移率，单位为cm²/V‑s；C_ox为单位面积的栅氧化层电容，单位为F/cm²；为PMOS的宽长比；V_THP为PMOS的阈值电压，单位为V；第三PMOS管M3和第四PMOS管M4的等效电阻为Rf：式(2)中，μ_P为PMOS的空穴迁移率，单位为cm²/V‑s；C_ox为单位面积的栅氧化层电容，单位为F/cm²；为PMOS的宽长比；V_THP为PMOS的阈值电压，单位为V；所述可变增益放大器的增益为A：所述指数增益控制电路用于产生两个所述的第一增益控制电压VC1和第二增益控制电压VC2，所述指数增益控制电路的输入为外部控制信号VC，其中，第一PMOS管M1、第三PMOS管M3的栅极与第一增益控制电压VC1相连，第二PMOS管M2、第四PMOS管M4的栅极与第二增益控制电压VC2相连；所述指数增益控制电路的外部基准电流为I0；所述指数增益控制电路包括17个MOS管和两个电阻，17个MOS管分别记作MOS管M5、MOS管M6、MOS管M7、MOS管M8、MOS管M9、MOS管M10、MOS管M11、MOS管M12、MOS管M13、MOS管M14、MOS管M15、MOS管M16、MOS管M17、MOS管M18、MOS管M19、MOS管M20和MOS管M21，两个电阻为电阻R1和电阻R2；外部控制信号VC与所述MOS管M5和所述MOS管M6的栅极相连；通过电流镜形式，所述MOS管M14和MOS管M15将外部基准电流I0镜像给所述MOS管M11和MOS管M12，则流过所述MOS管M8的电流为所述MOS管M5和MOS管M12的电流之和，然后，通过所述MOS管M10的漏电流镜像给所述MOS管M9，然后，镜像给MOS管M21；同时，所述MOS管M9镜像得到外部基准电流I0与所述MOS管M6的电流之和流过所述MOS管M7，然后，镜像给所述MOS管M20；电阻R1的一端与所述MOS管M20的漏端相连，电阻R1的另一端接地Vss；电阻R2的一端与M21的漏端相连，电阻R2的另一端接地Vss，从而，流经电阻R1的电流IC1和流经电阻R2的电流IC2分别为：式(4)中，μ_N为NMOS的空穴迁移率，单位为cm²/V‑s；为NMOS的宽长比；V_THN为NMOS的阈值电压，单位V；式(5)中，第一增益控制电压V_C1和第二增益控制电压V_C2分别为：VC1＝IC1·R1    (6)VC2＝IC2·R2    (7)令：电阻R1和电阻R2的阻值相等，设KN＝KP＝K，VTHN＝|VTHP|＝VTH，VDD＝‑VSS，则第一增益控制电压VC1和第二增益控制电压VC2的比值为：