专利名称：增益控制电路及相关的增益放大器的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种控制电路，特别有关一种增益控制电路及相关的增益控制器。
背景技术：
如图1中所示，为一传统的可变增益放大器(variable gainamplifier)50，其中增益控制电压VCTRL用以控制由晶体管T9、T10所构成的差动对(differential pair)的电流比，进而调整流经负载LD的电流IL大小。此外，电流IL可由下列方程式一所求得，其中gm为可变增益放大器50的增益大小，VRF为一输入电压，VT为一参数。
Irf＝gm×VRFIL=Irf(1+tanhVCTRLVT)]]>式一图2、图3表示放大器50中，一线性的增益控制电压VCTRL与增益之间的关系。如图2中所示，在0dB-20dB这个范围内，增益控制电压VCTRL与增益之间的关系曲线RC并不是线性的。为了得到此关系曲线RC，需要一个增益控制电路，用以根据一外部控制电压产生一对应的增益控制电压VCTRL，并且此外部控制电压与放大器50的增益间为一对数线性关系(log-linearrelationship)。
另外，根据方程式一中所示，电流IL与参数VT有关，而VT=kTq,]]>其中k为波滋曼常数，T为绝对温度，q为电荷电量。因此，当温度改变时，电流切换特性就会改变。
发明内容
有鉴于此，本发明的首要目的，在于致使可变增益放大器的外部控制电压与增益呈现一对数线性关系(log-linear relationship)。
本发明的另一目的，用以校正可变增益放大器的增益控制受到温度影响的改变。
为达成所述目的，本发明提供一种增益控制电路，包括一电平调整单元，具有一固定电流源，根据一控制电压产生一第一电压；至少一第一温度补偿单元，具有一第一温度控制(Proportional To Absolute Temperature；PTAT)电流源，用以根据目前的工作温度，产生一第二电压；以及一电压转换单元，用以将第一、第二电压，产生一增益控制电压。
根据所述目的，本发明更提供一增益放大器，包括一个如前所述的增益控制电路，用以根据一控制电压，产生一增益控制电压，以及一可变增益放大单元，连接增益控制电路以及一输入电压，根据增益控制电压，调整输出至负载的输出信号。
为了让本发明的所述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下
图1显示一传统的可变增益放大器图2、图3显示图1的放大器中线性增益控制电压与增益之间的关系。
图4为本发明的可变增益放大器的示意图。
图5显示本发明中，控制电压与增益控制电压间的关系曲线，以及控制电压与其增益间的关系曲线。
图6为本发明增益控制电路的第一实施例图7为本发明增益控制电路的第二实施例。
图8为本发明增益控制电路的第三实施例。
符号说明50可变增益放大器； VCTRL增益控制电压；R0电阻； LD负载；T9-T11晶体管； VRF输入电压；IL、Iac电流。
100、100a、100b、100c增益控制电路；200可变增益放大单元； 300可变增益放大器；10电平调整单元； 12分压电路；20温度补偿单元； 30电压转换单元；VAGC控制电压； VCTRL增益控制电压；
VRF输入电压； LD负载；T1-T11晶体管； Itc固定电流源；Ie1、Ie7电流源； V0分压电压；Re1、Re2电阻性元件； Vdd电源电压；V1第一电压； V2第二电压；V3第三电压； V4第四电压；N1-N6节点； Gm1-Gm3跨导器；R0-R7、Rtc、Rptat电阻；IL、Ire1、Ire2、I1-I6电流；Iptat、Iptat1、Iptat2、Iptat3温度控制电流源具体实施方式
图4为本发明的可变增益放大器的示意图。如图4中所示，本发明的可变增益放大器300包括一增益控制电路100以及一可变增益放大单元200。增益控制电路100，根据一控制电压VAGC，产生一增益控制电压VCTRL。可变增益放大单元200，连接增益控制电路100以及一输入电压VRF，根据增益控制电压VCTRL，调整输出至负载的输出信号，如流经负载LD的电流IL。举例来说，增益控制电压VCTRL用以控制由晶体管T9、T10所构成的差动对(differentialpair)的电流比，进而调整流经负载LD的电流IL大小，即调整可变放大单元200的增益大小。
图5用以表示本发明的可变增益放大器300中，控制电压VAGC与增益控制电压VCTRL间的关系曲线RC1，以及控制电压VAGC与放大单元200的增益(gain)间的关系曲线RC2。于本发明中，输入至增益控制电路100的控制电压VAGC与增益放大单元200的增益(gain)之间会呈现一对数线性关系(log-linearrelationship)，使得增益控制电压VCTRL与增益放大单元200的增益(gain)的关系，会如同图2中的曲线RC所示。
另外，为了要维持增益控制特性不变，在温度改变时，增益控制电压VCTRL也要随温度调整。因此，在本发明中使用两种不同的电流源，一种是固定电流源，不会随温度改变，另一种是温度控制(PTAT)电流源，会随温度而改变。因此，当温度上升时，增益控制电压VCTRL也随的变大，用以补偿VT参数造成的影响，以维持增益控制特性不变。
第一实施例图6为本发明增益控制电路100的第一实施例。如图6中所示，增益控制电路100a包括一电平调整单元10，具有一固定电流源Itc，根据控制电压VAGC产生一第一电压V1；一温度补偿单元20，具有一温度控制电流源Iptat，用以根据目前的工作温度，产生一第二电压V2；以及一电压转换单元30，用以根据第一、第二电压V1、V2，产生增益控制电压VCTRL。
电平调整单元10包括一分压电路12、一晶体管T1以及固定电流源Itc。分压电路12由电阻R1、R2所构成，用以根据控制电压VAGC，产生一分压电压V0。晶体管T1具有一控制端连接分压电压V0，一第一端连接到接地电压(GND)，以及一第二端经由电阻Rtc连接到第一节点N1。固定电流源Itc连接于电源电源Vdd与第一节点N1之间，其中固定电流源Itc的电流不会随温度改变。由控制电压VAGC分压而成的第一电压V1，会控制晶体管T1的导通，调整流经电阻Rtc上的电流，进而调整第一节点N1上的电位，即第一电压V1。
温度补偿单元20包括一晶体管T2以及温度控制电流源Iptat。晶体管T2具有一第一端经由电阻Rptat连接到第二节点N2，一控制端以及一第二端连接到接地电压GND。温度控制电流源Iptat连接于电源电压Vdd与第二节点N2之间，其中温度控制电流源Iptat的电流会随温度改变。当温度变化时，温度控制电流源产生的电流会改变，以调整流经电阻Rptat上的电流，进而调整第二节点N2上的电位，即第二电压V2。
电压转换单元30包括一跨导器(transconductor)Gm1，以及两电阻性元件Re1、Re2跨导器Gm1用以将来自电平调整单元10的第一电压V1及来自温度补偿单元20的第二电压V2，转换成一第一、第二电流Ire1、Ire2。电阻性元件Re1、Re2会根据第一、第二电流Ire1、Ire2，产生电压降，于本实施例中电阻性元件Re1、Re2分别为一电阻，但不用以限定本发明。节点N3与节点N4间的电压差作为增益控制电压VCTRL，输出至可变增益放大单元200。跨导器Gm1包括一个由晶体管T3、T4所成构的差动对(differential pair)、电阻R3以及两电流源Ie1、Ie2。晶体管T3、T4的控制端分别连接第一、第二电压V1、V2，并且差动对的电流比会根据第一、第二电压V1、V2而改变，以调整流经电阻性元件Re1、Re2的电流Ire1、Ire2，藉以调整增益控制电压VCTRL。
因此，当温度上升时，温度控制电流源Ipata会改变第二电压V2的大小，以提高增益控制电压VCTRL，用以补偿VT参数造成的影响，藉以维持增益控制特性不变。
第二实施例图7为本发明增益控制电路100的第二实施例。如图7中所示，增益控制电路100b包括一电平调整单元10，具有一固定电流源Itc，根据控制电压VAGC产生一第一电压V1；一温度补偿单元20，具有一温度控制电流源Iptat，用以根据目前的工作温度，产生一第二电压V2；以及一电压转换单元30，用以根据第一、第二电压V1、V2，产生增益控制电压VCTRL。于本实施例中，电平调整单元10与温度补偿单元20于第一实施例中相同，在此不再累述。
于本实施例中，电压转换单元30包括三跨导器Gm1、Gm2及Gm3，以及两电阻性元件Re1、Re2，其中三跨导器Gm1、Gm2及Gm3具有不同的阈值电压。跨导器Gm1-Gm3用以将来自电平调整单元10的第一电压V1及来自温度补偿单元20的第二电压V2，转换成一第一至第六电流I1-I6。电阻性元件Re1、Re2会根据第一至第二电流I1-I6，产生电压降，节点N3与节点N4间的电压差，作为增益控制电压VCTRL，输出至可变增益放大单元200。
跨导器Gm1包括一个由晶体管T3、T4所成构的差动对(differentialpair)、电阻R3、R6以及两电流源Ie1、Ie2。晶体管T3、T4的控制端分别连接第一、第二电压V1、V2，差动对的电流比会根据第一、第二电压V1、V2而改变，以调整流至电阻性元件Re1、Re2的电流I1、I2。跨导器Gm2包括一个由晶体管T5、T6所成构的差动对(differential pair)、电阻R4、R7以及两电流源Ie3、Ie4。晶体管T5、T6的控制端分别连接第一、第二电压V1、V2，并且差动对的电流比会根据第一、第二电压V1、V2而改变，以调整流至电阻性元件Re1、Re2的电流I3、I4。跨导器Gm3包括一个由晶体管T7、T8所成构的差动对(differentialpair)、电阻R5、R8以及两电流源Ie5、Ie6。晶体管T7、T8的控制端分别连接第一、第二电压V1、V2，并且差动对的电流比会根据第一、第二电压V1、V2而改变，以调整流至电阻性元件Re1、Re2的电流I5、I6。
于本实施例中，由于电阻R6、R7的不同，跨导器Gm1、Gm2及Gm3会别具有一第一、第二、第三阈值电压。举例来说，当第一、第二电压V1、V2的电压差超过一第一预定电平时，只有跨导器Gm1会根据第一、第二电压V1、V2，产生第一、第二电流I1、I2，而跨导器Gm2、Gm3并不起作用，此时电流Ire1会等于第一电流I1，而此时电流Ire2会等于第二电流I2。
若第一、第二电压V1、V2的电压差超过一第二预定电平时，只有跨导器Gm1、Gm2会起作用，以根据第一、第二电压V1、V2，产生第一、第二、第三、第四电流I1、I2、I3及I4，而跨导器Gm3并不起作用，此时电流Ire1会等于第一电流I1与第三电流I3的总和，而此时电流Ire2会等于第二电流I2与第四电流I4的总和。
若第一、第二电压V1、V2的电压差超过一第三预定电平时，跨导器Gm1、Gm2、Gm3全都会起作用，以根据第一、第二电压V1、V2，产生第一、第二、第三、第四、第五、第六电流I1、I2、I3、I4、I5及I6，此时电流Ire1会等于第一电流I1、第三电流I3与第五电流I5的总和，而此时电流Ire2会等于第二电流I2、第四电流I4与第六电流I6的总和。
如图3所示，在低增益区间变化时，例如0-5dB，所对应的增益控制电压VCTRL需要较大的变化斜率，而在高增益区间变化时，例如10-20dB，所对应的增益控制电压VCTRL需要较小的变化斜率。因此，本发明使用具有不同阈值电压的多个跨导器，于增益改变时逐渐地启动，使得控制电压VAGC与对应的增益控制电压VCTRL间的斜率变陡，以保持控制电压VAGC与增益间对数—线性(log-linear)的关系。
此外，当温度上升时，温度控制电流源Ipata会改变第二电压V2的大小，以提高增益控制电压VCTRL，用以补偿VT参数造成的影响，以维持增益控制特性不变。
因此，在本发明的可变增益放大器中，增益控制电压VCTRL与增益放大单元的增益(gain)的关系，将可获得如图2中的曲线RC的关系，并且增益控制特性将不受温度影响。
第三实施例图8为本发明增益控制电路100的第三实施例。如图7中所示，增益控制电路100c包括一电平调整单元10、三个温度补偿单元20-1-20-3以及一电压转换单元30。
电平调整单元10，具有一固定电流源Itc，根据控制电压VAGC产生一第一电压V1。温度补偿单元20-1-20-3，分别具有一温度控制电流源Iptat1-Iptat3，用以根据目前的工作温度，分别产生第二、第三、第四电压V2、V3、V4。于本实施例中，每一温度补偿单元20-1-20-3于第一实施例中相同，在此不再累述。电压转换单元30，用以根据第一、第二、第三、第四电压V1、V2、V3、V4，产生增益控制电压VCTRL。
于本实施例中，电压转换单元30包括三跨导器Gm1、Gm2及Gm3，以及两电阻性元件Re1、Re2，其中三跨导器Gm1、Gm2及Gm3具有不同的阈值电压，其中跨导器Gm1-Gm3的电路结构与图7中相同。
跨导器Gm1用以将来自电平调整单元10的第一电压V1及来自温度补偿单元20-1的第二电压V2，转换成一第一至第二电流I1、I2。跨导器Gm2用以将来自电平调整单元10的第一电压V1及来自温度补偿单元20-2的第三电压V3，转换成一第三至第四电流I3、I4。跨导器Gm3用以将来自电平调整单元10的第一电压V1以及来自温度补偿单元20-3的第四电压V4，转换成一第五至第六电流I5、I6。换句话说，跨导器Gm1会根据第一、第二电压V1、V2调整流至电阻性元件Re1、Re2的电流I1、I2。跨导器Gm2会根据第一、第三电压V1、V3调整流至电阻性元件Re1、Re2的电流I3、I4。跨导器Gm3会根据第一、第四电压V1、V4调整流至电阻性元件Re1、Re2的电流I5、I6。
举例来说，跨导器Gm1、Gm2、Gm3用根据第一至第四电压，于对应的阈值电压下，产生第一、第二、第三、第四、第五、第六电流I1、I2、I3、I4、I5及I6。电流Ire1会等于第一电流I1、第三电流I3与第五电流I5的总和，而电流Ire2会等于第二电流I2、第四电流I4与第六电流I6的总和。电阻性元件Re1、Re2会根据电流Ire1、Ire2，产生电压降，节点N5与节点N6间的电压差，作为增益控制电压VCTRL，输出至可变增益放大单元200。
如图3所示，在低增益区间变化时，例如0-5dB，所对应的增益控制电压VCTRL需要较大的变化斜率，而在高增益区间变化时，例如10-20dB，所对应的增益控制电压VCTRL需要较小的变化斜率。因此，本发明使用具有不同阈值电压的多个跨导器，于增益改变时逐渐地启动，使得控制电压VAGC与对应的增益控制电压VCTRL间的斜率变陡，以保持控制电压VAGC与增益间对数—线性(log-linear)的关系。
此外，当温度上升时，温度控制电流源Ipata1、Ipata2、Ipata3会分别改变第二、第三、第四电压V2、V3、V4的大小，以提高增益控制电压VCTRL，用以补偿VT参数造成的影响，藉以维持增益控制特性不变。
因此，在本发明的可变增益放大器中，增益控制电压VCTRL与增益放大单元的增益(gain)的关系，将可获得如图2中的曲线RC的关系，并且增益控制特性将不受温度影响。
综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种更动与修改，因此本发明的保护范围当视所提出的权利要求限定的范围为准。
权利要求
1.一种增益控制电路，包括一电平调整单元，具有一固定电流源，根据一控制电压产生一第一电压；至少一第一温度补偿单元，具有一第一温度控制电流源，用以根据目前的工作温度，产生一第二电压；以及一电压转换单元，用以根据所述第一、第二电压，产生一增益控制电压。
2.如权利要求1所述的增益控制电路，其中所述电压转换单元包括一跨导器，用以将所述第一、第二电压，转换成一第一、第二电流；以及一第一、第二电阻性元件，用以将所述第一、第二电流，转换成所述增益控制电压。
3.如权利要求2所述的增益控制电路，其中所述电平调整单元还包括一分压电路，连接所述控制电压，用以产生一第一分压；以及一第一晶体管，具有一控制端连接所述第一分压，一第一端连接一接地电压，以及一第二端经由一第一电阻连接一第一节点，其中所述固定电流源连接于一电源电压与所述第一节点之间。
4.如权利要求3所述的增益控制电路，其中所述温度补偿单元还包括一第二晶体管，具有一第一端经由一第二电阻连接到一第二节点，以及一第二端与一控制端连接到所述接地电压，其中所述第一温度控制电流源连接于所述电源电压与所述第二节点之间。
5.如权利要求4所述的增益控制电路，其中所述跨导器包括一差动对，具有差动输入端，分别连接到所述第一、第二节点，其中所述第一、第二节点上的电压作为所述第一、第二电压。
6.如权利要求1所述的增益控制电路，其中所述电压转换单元包括一第一跨导器，具有一第一阈值电压，于所述第一、第二电压的电压差大于所述第一阈值电压时，产生一第一、第二电流；一第二跨导器，具有一第二阈值电压，于所述第一、第二电压的电压差大于所述第二阈值电压时，产生一第三、第四电流；以及一第一、第二电阻性元件，用以根据所述第一、第二跨导器所产生的电流，产生所述增益控制电压。
7.如权利要求1所述的增益控制电路，还包括一第二温度补偿单元，具有一第二温度控制电流源，用以根据所述目前的工作温度，产生一第三电压，其中所述电压转换单元根据所述第一、第二、第三电压，产生所述增益控制电压。
8.如权利要求7所述的增益控制电路，其中所述电压转换单元包括一第一跨导器，连接所述第一温度补偿单元，具有一第一阈值电压，于所述第一、第二电压的电压差大于所述第一阈值电压时，产生一第一、第二电流；一第二跨导器，连接所述第二温度补偿单元，具有一第二阈值电压，于所述第一、第三电压的电压差大于所述第二阈值电压时，产生一第三、第四电流；以及一第一、第二电阻性元件，连接所述第一、第二跨导器，用以根据所述第一、第二跨导器所产生的电流，产生所述增益控制电压。
9.一种增益放大器，包括一增益控制电路，用以根据一控制电压，产生一增益控制电压，包括一电平调整单元，具有一固定电流源，根据所述控制电压产生一第一电压；至少一第一温度补偿单元，具有一第一温度控制电流源，用以根据目前的工作温度，产生一第二电压；以及一电压转换单元，用以根据所述第一、第二电压，产生所述增益控制电压；以及一可变增益放大单元，连接所述增益控制电路以及一输入电压，根据所述增益控制电压，调整输出至负载的输出信号。
10.如权利要求9所述的增益放大器，其中所述电压转换单元包括一跨导器，用以将所述第一、第二电压，转换成一第一、第二电流；以及一第一、第二电阻性元件，用以将所述第一、第二电流，转换成所述增益控制电压。
11.如权利要求10所述的增益放大器，其中所述电平调整单元还包括一分压电路，连接所述控制电压，用以产生一第一分压；以及一第一晶体管，具有一控制端连接所述第一分压，一第二端经由一第一电阻连接一第一节点，以及一第一端连接一接地电压，其中所述固定电流源连接于一电源电压与所述第一节点之间。
12.如权利要求11所述的增益放大器，其中所述温度补偿单元还包括一第二晶体管，具有一第一端经由一第二电阻连接到一第二节点，以及一第二端与一控制端连接到所述接地电压，其中所述第一温度控制电流源连接于所述电源电压与所述第二节点之间。
13.如权利要求12所述的增益放大器，其中所述跨导器包括一差动对，具有差动输入端，分别连接到所述第一、第二节点，其中所述第一、第二节点上的电压作为所述第一、第二电压。
14.如权利要求9所述的增益放大器，其中所述电压转换单元包括一第一跨导器，具有一第一阈值电压，于所述第一、第二电压的电压差大于所述第一阈值电压时，产生一第一、第二电流；一第二跨导器，具有一第二阈值电压，于所述第一、第二电压的电压差大于所述第二阈值电压时，产生一第三、第四电流；以及一第一、第二电阻性元件，用以根据所述第一、第二跨导器所产生的所述第一、第二、第三、第四电流，产生所述增益控制电压。
15.如权利要求9所述的增益放大器，还包括一第二温度补偿单元，具有一第二温度控制电流源，用以根据所述目前的工作温度，产生一第三电压，其中所述电压转换单元根据所述第一、第二、第三电压，产生所述增益控制电压。
16.如权利要求15所述的增益放大器，其中所述电压转换单元包括一第一跨导器，连接所述第一温度补偿单元，具有一第一阈值电压，于所述第一、第二电压的电压差大于所述第一阈值电压时，产生一第一、第二电流；一第二跨导器，连接所述第二温度补偿单元，具有一第二阈值电压，于所述第一、第三电压的电压差大于所述第二阈值电压时，产生一第三、第四电流；以及一第一、第二电阻性元件，连接所述第一、第二跨导器，用以根据所述第一、第二跨导器所产生的所述第一、第二、第三、第四电流，产生所述增益控制电压。
全文摘要
一种增益放大器，包括一增益控制电路，用以根据一控制电压，产生一增益控制电压，以及一可变增益放大单元，连接增益控制电路以及一输入电压，根据增益控制电压，调整输出至负载的输出信号。其中增益控制电路包括一电平调整单元，具有一固定电流源，根据控制电压产生一第一电压；至少一第一温度补偿单元，具有一第一温度控制(PTAT)电流源，用以根据目前的工作温度，产生一第二电压；以及一电压转换单元，用以根据第一、第二电压，产生所述增益控制电压。
文档编号H03G3/30GK1661910SQ20041000660
公开日2005年8月31日 申请日期2004年2月24日 优先权日2004年2月24日
发明者杨展升, 刘宇华 申请人:络达科技股份有限公司