一种基于指数函数近似的dB线性可变增益放大器

摘要

本发明公开了一种基于指数函数近似的dB线性可变增益放大器，采用电流互补的思想，采用开关控制实现增益变化，实现函数(1+X)/(1‑X)的近似，得到在该函数指数线性范围内的增益控制。本发明的可变增益放大器的基本结构是基于跨导结构的放大器，其增益为等效的输入跨导与等效的负载跨导的比值。本发明从通过电路构建近似的指数函数的角度，通过开关选择不同的输入等效跨导和负载等效跨导的比值，实现了具有dB线性的可变增益放大器。其中由于电路结构的对称性，输入与负载可以互换，从而扩大了电路的增益变化范围。该可变增益放大器结构简单，具有较精确的增益值。

主权项

一种基于指数函数近似的dB线性可变增益放大器，其特征在于：通过控制信号S0、控制信号S1和控制信号S2控制输入管与负载管不同支路的工作与断开，以得到不同的等效输入跨导和等效负载跨导，实现不同的增益控制；通过控制信号S3进行输入晶体管与负载晶体管的转换，扩大增益的变化范围；具体结构如下：第一NMOS管M1、第三NMOS管M3、第五NMOS管M5、第七NMOS管M7与第八NMOS管M8、第十NMOS管M10、第十二NMOS管M12、第十四NMOS管M14构成差分输入，宽长比分别对应相等；第十五NMOS管M15、第二NMOS管M2、第四NMOS管M4、第六NMOS管M6与第十六NMOS管M16、第九NMOS管M9、第十一NMOS管M11、第十三NMOS管M13构成差分输入，宽长比分别对应相等；第一NMOS管M1、第三NMOS管M3、第五NMOS管M5、第七NMOS管M7的栅极连接到一起，并连接到第二十PMOS管M20的漏极；第二十PMOS管M20作为控制开关，其源极为差分的一个输入Vin，栅极信号为控制信号S3经过第一反相器Inv1反相后的信号；第十五NMOS管M15、第二NMOS管M2、第四NMOS管M4、第六NMOS管M6的栅极连接到一起，并连接到第十八PMOS管M18的漏极；第十八PMOS管M18作为控制开关，其源极为差分的一个输入Vin，栅极信号为控制信号S3；第一NMOS管M1、第三NMOS管M3、第五NMOS管M5、第七NMOS管M7、第十五NMOS管M15、第二NMOS管M2、第四NMOS管M4、第六NMOS管M6的漏极连接到一起，并连接到第九电流源I9的一端和第二十五PMOS管M25的漏极；第二十五PMOS管M25的源极接电源电压，栅极为共模反馈的控制电压Vcmfb；第十七PMOS管M17作为控制开关，其栅极信号为控制信号S3经过第一反相器Inv1反相后的信号，源极连接到第十五NMOS管M15的栅极，漏极连接到第十五NMOS管M15的漏极；第十九PMOS管M19作为控制开关，其栅极信号为控制信号S3，源极连接到第一NMOS管M1的栅极，漏极连接到第一NMOS管M1的漏极；第八NMOS管M8、第十NMOS管M10、第十二NMOS管M12、第十四NMOS管M14的栅极连接到一起，并连接到第二十四PMOS管M24的漏极；第二十四PMOS管M24作为控制开关，其源极为差分的另一个输入Vip，栅极信号为控制信号S3经过第二反相器Inv2反相后的信号；第十六NMOS管M16、第九NMOS管M9、第十一NMOS管M11、第十三NMOS管M13的栅极连接到一起，并连接到第二十二PMOS管M22的漏极；第二十二PMOS管M22作为控制开关，其源极为差分的另一个输入Vip，栅极信号为控制信号S3；第八NMOS管M8、第十NMOS管M10、第十二NMOS管M12、第十四NMOS管M14、第十六NMOS管M16、第九NMOS管M9、第十一NMOS管M11、第十三NMOS管M13的漏极连接到一起，连接到第十电流源I10的一端和第二十六PMOS管M26的漏极；第二十六PMOS管M26的源极接电源电压，栅极为共模反馈的控制电压Vcmfb；第二十一PMOS管M21作为控制开关，其栅极信号为控制信号S3经过第二反相器Inv2后的信号，源极连接到第十六NMOS管M16的栅极，漏极连接到第十六NMOS管M16的漏极；第二十三PMOS管M23作为控制开关，其栅极信号为控制信号S3，源极连接到第八NMOS管M8的栅极，漏极连接到第八NMOS管M8的漏极；第七NMOS管M7与第十四NMOS管M14的漏极连接在一起，并连接到第三十PMOS管M30的源极；第三十PMOS管M30作为控制开关，其漏极连接到第二电流源I2的一端，栅极信号为控制信号S0经过第三反相器Inv3后的信号；第六NMOS管M6与第十三NMOS管M13的漏极连接在一起，并连接到第二十九PMOS管M29的源极；第二十九PMOS管M29作为控制开关，其漏极连接到第一电流源I1的一端，栅极信号为控制信号S0；第五NMOS管M5与第十二NMOS管M12的漏极连接在一起，并连接到第三十二PMOS管M32的源极；第三十二PMOS管M32作为控制开关，其漏极连接到第三电流源I3的一端，栅极信号为控制信号S1经过第四反相器Inv4后的信号；第四NMOS管M4与第十一NMOS管M11的漏极连接在一起，并连接到第三十一PMOS管M31的源极；第三十一PMOS管M31作为控制开关，其漏极连接到第四电流源I4的一端，栅极信号为控制信号S1；第三NMOS管M3与第十NMOS管M10的漏极连接在一起，并连接到第二十八PMOS管M28的源极；第二十八PMOS管M28作为控制开关，其漏极连接到第六电流源I6的一端，栅极信号为控制信号S2经过第五反相器Inv5后的信号；第二NMOS管M2与第九NMOS管M9的漏极连接在一起并连接到第二十七PMOS管M27的源极；第二十七PMOS管M27作为控制开关，其漏极连接到第五电流源I5的一端，栅极信号为控制信号S2；第一NMOS管M1与第八NMOS管M8的漏极连接在一起，并连接到第八电流源I8的一端；第十五NMOS管M15与第十六NMOS管M16的漏极连接在一起，并连接到第七电流源I7的一端；在该可变增益放大器中：第七NMOS管M7、第十四NMOS管M14、第六NMOS管M6、第十三NMOS管M13的宽长比相等，值为W/L，对应的第一电流源I1和第二电流源I2的电流值为I0；第五NMOS管M5、第十二NMOS管M12、第四NMOS管M4、第十一NMOS管M11的宽长比相等，值为2×(W/L)，对应的第三电流源I3和第四电流源I4的电流值为2×I0；第三NMOS管M3、第十NMOS管M10、第二NMOS管M2、第九NMOS管M9的宽长比相等，值为4×(W/L)，对应的第五电流源I5和第六电流源I6的电流值为4×I0；第一NMOS管M1、第八NMOS管M8的宽长比相等，值为k×(W/L)，对应的第八电流源I8的电流值为k×I0；第十五NMOS管M15、第十六NMOS管M16的宽长比相等，值为(2³‑1+k)×(W/L)，对应的第七电流源I7的电流值为(2³‑1+k)×I0；k为给定的任意大于0的系数；通过控制信号S0、控制信号S1和控制信号S2控制选择，得到不同的增益值，且增益是线性变化的；通过控制信号S3控制作为开关的第十八PMOS管M18、第二十PMOS管M20、第十七PMOS管M17、第十九PMOS管M19和第二十二PMOS管M22、第二十四PMOS管M24、第二十一PMOS管M21和第二十三PMOS管M23，来切换输入管和负载管，扩大增益的变化范围。