一种可变增益放大器

摘要

一种可变增益放大器，属于模拟信号处理和通信技术领域。该可变增益放大器由折叠式共源共栅结构，增益调节单元，电流镜，负载电阻，电流源以及控制电压转换电路组成。电路中由采用MOS晶体管，电流镜以及少量的电阻R元器件构成。控制电压转换电路在同一个输入控制电压(VCTR)的作用下能产生不同旳增益调节单元中的控制电压(Vctr)，以实现连续型的dB线性可变增益，电路结构适合CMOS工艺，集成度高，因采用MOS晶体管多组并联，连续型的dB线性度好。

主权项

一种可变增益放大器，由折叠式共源共栅结构、增益调节单元、电流镜、负载电阻、电流源以及控制电压转换电路组成，以实现连续型的dB线型可变增益并提高了其可集成度，其特征在于：当控制电压转换电路转换出的增益调节单元中的控制电压为三条时：所述的折叠式共源共栅结构管由第一NMOS晶体管(M1)，第二NMOS晶体管(M2)，第三NMOS晶体管(M3)和第四NMOS晶体管(M4)组成，其中第一NMOS晶体管(M1)和第二NMOS晶体管(M2)构成折叠式共源共栅的共源输入对管，第三NMOS晶体管(M3)和第四NMOS晶体管(M4)构成折叠式共源共栅结构的共栅对管，将输入差分电压信号转换成差分电流信号，其中：共源共栅的共源输入对管电路连接如下：第一NMOS晶体管(M1)的源和第二NMOS晶体管(M2)的源都接于地电压，第一NMOS晶体管(M1)的漏接于第1节点，第二NMOS晶体管(M2)的漏接于第2节点，第一NMOS晶体管(M1)栅端为信号Vinp输入端，第二NMOS晶体管(M2)栅端为信号Vinn输入端；共源共栅结构的共栅对管电路连接如下：第三NMOS晶体管(M3)的源接于第3节点，漏接于第1节点，第四NMOS晶体管(M4)的源接于第4节点，漏接于第2节点，第三NMOS晶体管(M3)和第四NMOS晶体管(M4)的栅端都接于第一偏置电压(Vbias1)；所述的增益调节单元，由第五NMOS晶体管(M5)、第六NMOS晶体管(M6)和第七NMOS晶体管(M7)组成，作为电流开关，其电路连接如下：第五NMOS晶体管(M5)源、第六NMOS晶体管(M6)源、第七NMOS晶体管(M7)源都接于第3节点，第五NMOS晶体管(M5)漏、第六NMOS晶体管(M6)漏、第七NMOS晶体管(M7)漏都接于第4节点，第五NMOS晶体管(M5)栅端接于由控制电压转换电路产生的第一控制电压(Vctr1)，第六NMOS晶体管(M6)栅端接于由控制电压转换电路产生的第二控制电压(Vctr2)，第七NMOS晶体管(M7)栅端接于由控制电压转换电路产生的第三控制电压(Vctr3)；所述的电流镜，由第八NMOS晶体管(M8)、第九NMOS晶体管(M9)、第十NMOS晶体管(M10)、第十一NMOS晶体管(M11)、第十二NMOS晶体管(M12)、第十三NMOS晶体管(M13)构成，实现电流镜像,其电路连接如下；第八NMOS晶体管(M8)栅漏短接接于第3节点，第九NMOS晶体管(M9)栅漏短接接于第4节点，第八NMOS晶体管(M8)的源和第九NMOS晶体管(M9)的源都接于地电压；第十NMOS晶体管(M10)源和第十一NMOS晶体管(M11)源都接于地电压，第十NMOS晶体管(M10)漏接于第5节点，第十一NMOS晶体管(M11)漏接于第6节点，第十NMOS晶体管(M10)栅端接于第八NMOS晶体管(M8)的栅端(VA)，并镜像第八NMOS晶体管(M8)的漏源电流，第十一NMOS晶体管(M11)栅端接于第九NMOS晶体管(M9)的栅端(VB)，并镜像第九NMOS晶体管(M9)的漏源电流，第十二NMOS晶体管(M12)源接于第5节点，漏接于第7节点，第十三NMOS晶体管(M13)源接于第6节点，漏接于第8节点，第十二NMOS晶体管(M12)的栅端和第十三NMOS晶体管(M13)的栅端都接于第二偏置电压(Vbias2)；所述的负载电阻，包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，在第一电阻(R1)的两端上产生差分输出电压(Voutn、Voutp)，第一电阻(R1)接于第7节点与第8节点之间；所述的电流源，由第一电流源(I1)、第二电流源(I2)、第三电流源(I3)和电流源(I4)组成，给折叠式共源共栅结构和电流镜提供静态工作电流，第一电流源(I1)接于电源电压(VDD)与第1节点之间，第二电流源(I2)接于电源电压(VDD)与第2节点之间，第三电流源(I3)接于电源电压(VDD)与第7节点之间，第四电流源(I4)接于电源电压(VDD)与第8节点之间，以提供各支路静态工作电流；所述的控制电压转换电路(VCTR)产生三条不同的增益调节单元中的控制电压，其结构分别如下：第十四PMOS晶体管(M14)漏接于第9节点，源接于电源电压(VDD)，第十五PMOS晶体管(M15)漏接于第10节点，源接于电源电压(VDD)，第十六PMOS晶体管(M16)漏接于第11节点，源接于电源电压(VDD)，第十四PMOS晶体管(M14)栅端、第十五PMOS晶体管(M15)栅端、第十六PMOS晶体管(M16)的栅端都接于第三偏置电压(Vbias3)；第十七PMOS晶体管(M17)源接于第9节点，漏接于第12节点，第十八PMOS晶体管(M18)源接于第10节点，漏接于第14节点，第十九PMOS晶体管(M19)源接于第11节点，漏接于第16节点，第十七PMOS晶体管(M17)栅端、第十八PMOS晶体管(M18)栅端、第十九PMOS晶体管(M19)栅端都接于输入控制电压(VCTR)；第二十PMOS晶体管(M20)源接于接于第9节点，漏接于第13节点，栅端接于第四偏置电压(Vref1)，第二十一PMOS晶体管(M21)源接于第10节点，漏接于第15节点，栅端接于第五偏置电压(Vref2)，第二十二PMOS晶体管((M22)源接于第11节点，漏接于第17节点，栅端耦接于第六偏置电压(Vref3)，第二十三NMOS晶体管(M23)栅漏短接接于第12节点，第二十四NMOS晶体管(M24)栅漏短接接于第14节点，第二十五NMOS晶体管(M25)栅漏短接接于第16节点，第二十三NMOS晶体管(M23)源端、第二十四NMOS晶体管(M24)源端、第二十五NMOS晶体管(M25)源端都接于地电压(GND)；第二电阻(R2)接于第13节点与地电压(GND)之间，第三电阻(R3)接于第15节点与地电压(GND)之间，第四电阻(R4)接于第17节点与地电压(GND)之间；上述第13节点产生增益调节单元中第五NMOS管(M5)的栅端控制电压Vctr1，第15节点产生增益调节单元中第六NMOS管(M6)的栅端控制电压Vctr2，第17节点产生增益调节单元中第七NMOS管(M7)的栅端控制电压Vctr3，即控制电压(VCTR)产生三条不同的增益调节单元中的控制电压Vctr1，Vctr2，Vctr3，分别决定三个电流开关管的开启程度，实现为连续型的dB线性可变增益；本可变增益放大器电路之间的关系是：输入信号(vinp、vinn)经过折叠式共源共栅结构转变成电流信号，由控制电压(VCTR)控制的增益调节单元调节上述电流信号，实现电流信号的改变，再由电流镜镜像输出给第一负载电阻(R1)，转换成输出电压信号(Voutn、Voutp)，实现可变增益放大。