专利名称：具备低电力消耗的接收器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通信系统的接收器，特别是一种具备低电力消耗的接收 器，是根据自动增益控制器控制可变增益放大器的增益，通过电流调节部使增
益频带宽最佳化，以调节提供至所述可变增益放大器(Programmable Gain Amplifier, PGA)的运算放大器(Operational Amplifier)的电流，使电力消耗达到 最小化。
背景技术：
请参阅图l，现有技术中具备可变增益放大器105的接收器100的方框图。 接收器IOO包括天线101、低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA)102、频率 变换器103、频道选择滤波器(Channel Selection Filter, CSF) 104、以及可变增益 放大器(PGA)105。
现有的接收器IOO通过天线101接收超高频信号，并将接收的高频信号通 过低噪声放大器(LNA)102进行放大之后，在频率变换器103降低信号的频率。 并且在频道选择滤波器(CSF)104中将不需要的妨碍信号进行滤波之后，在可变 增益放大器(PGA)105中进行放大，并以一定大小输出到输出端106。
另外，所述接收器100还包括射频自动增益控制器(Radio Frequency Automatic Gain Control, RF AGC)107以及中频自动增益控制器(Intermediate Frequency Automatic Gain Control, IF AGC)108。射频自动增益控制器(RFAGC)107用于自动调节所述低噪声放大器(LNA)102和频率变换器103中的增 益，以维持通过频道选择滤波器(CSF)104以前的超高频信号于一定大小；中频 自动增益控制器(IF AGC)108用于自动调节所述频道选择滤波器(CSF)104和可 变增益放大器(PGA)105中的增益，以维持通过频道选择滤波器(CSF)104以后
的输出端的信号于一定大小。
这时，所述可变增益放大器(PGA)105根据来自中频自动增益控制器108 所施加的控制信号，当输入至可变增益放大器(PGA)105中的信号过小时，调 节成较大的增益(gain)，当输入至可变增益放大器(PGA)105中的信号过大时， 调节成较小的增益，以维持输出于一定的大小。
请参阅图2，现有技术中利用运算放大器的可变增益放大器105的方框图。 所述可变增益放大器105包括第一运算放大器(Operational Amplifier)201、第二 运算放大器202、以及若干电阻R201、 R202、 R203、 R204，且所述可变增益 放大器105的传达函数可以如公式1表示。
公式1
V R R
V R R
Yi "^201八203
其中Vo=V0p-Vom, Vi=Vip-Vim，可变增益放大器(PGA)105对通信系统中与输 入信号成反比的增益进行映射(mapping)，亦即，在可变增益放大器(PGA)105 中较大的输入讯号对应于较小的增益，较小的输入讯号对应于较大的增益，因 而不管输入信号的大小，使输出信号维持于一定大小，并且能得到频带宽幅 (Bandwidth, BW)、噪声特性、1 dB的输出增益压縮点(l dB Output Gain Compression Point)、三阶输出截止点(3rd Output Intercept Point, 0IP3)等通信系 统所期待的性能。在一般情况下，若可变增益放大器(PGA)105需运作在高增益(highgain)的 情况下，则需要利用具有高增益频带宽(Gain Bandwidth Product)的运算放大器 来实现才能充分满足一定的频带宽幅(BW)要求，但若需运作在低增益(low gain) 的情况下，具有低增益频带宽的运算放大器就能充分满足一定的频带宽幅(BW) 要求。请参阅图5，现有技术中可变增益放大器(PGA)105的增益和频带宽幅之 间关系示意图。可变增益放大器(PGA)105的增益和频带宽幅之间关系的图示， 增益(Gain)和频带宽幅(BW)的变化关系如公式2，以反比例关系表现。
公式2<formula>formula see original document page 6</formula>如上所述，对于使用同一运算放大器而言，可变增益放大器(PGA)105的 增益越大，频带宽幅(BW)越小。现有的可变增益放大器(PGA)105为了满足通 信系统的性能，尤其是为了满足频带宽幅而如下设计。假设在最坏的(worst)条 件下，并以可变增益放大器(PGA)105为高增益(highgain)的情况作为基准，再 决定运算放大器的增益频带宽。
为了得到高增益频带宽，将可变增益放大器(PGA)105为高增益的情况作 为基准，提供较大电流至运算放大器，从而在可变增益放大器(PGA)105需要 低增益的情况下，或者在输出信号以维持一定大小的情况下，也都统一提供较 大电流至运算放大器，从而存在消耗不必要电力的问题。
另外，尽管因输入信号非常微弱而需要可变增益放大器(PGA)105以高增 益来工作的情况不多，但仍为了高增益频带宽而必须提供较大的电流。而且可 变增益放大器的增益范围还需要预留一定边限(margin)的设计，从而提供给运 算放大器的电流比实际工作领域中所需电流还更多，因此存在消耗不必要电力的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备低电力消耗的接收器，是根据自动增益控 制器控制可变增益放大器的增益，通过电流调节部使增益频带宽最佳化，并据 以调节施加于两级放大器中第一级的基准电流，从而根据不同的增益而实施充 分的增益频带宽，也能显着减少因不必要的电流引起的电力消耗。
为了达到上述目的，本发明的具备低电力消耗的接收器包括低噪声放大 器、频率变换器、频道选择滤波器、可变增益放大器、以及中频自动增益控制 器，所述低噪声放大器用于放大由天线接收的一超高频信号，所述频率变换器 用于降低所述超高频信号的频率，所述频道选择滤波器用于滤除所述低频率信 号的一妨碍信号，所述可变增益放大器将被滤波后的信号进行放大后以一定大 小输出，所述中频自动增益控制器根据输入信号产生一中频自动增益控制器信 息来调节所述可变增益放大器的增益，其特征在于所述接收器还包括电流调 节部，分别连接于所述中频自动增益控制器和所述可变增益放大器，用于接收 所述中频自动增益控制器信息后，根据所述中频自动增益控制器信息，以决定 所述可变增益放大器的一最佳化增益频带宽，并根据所述最佳化增益频带宽， 调节提供于所述可变增益放大器的电流，其中所述最佳化增益频带宽包括一第 一增益频带宽以及一第二增益频带宽，所述第一增益频带宽是大于所述第二增 益频带宽。
另外，本发明的特征在于，所述电流调节部包括中频自动增益控制器信息 接收部、增益频带宽映像部以及基准电流控制部。所述中频自动增益控制器信息接收部连接于所述中频自动增益控制器(IFAGC)，用于接收所述中频自动増 益控制器信息，其中所述中频自动增益控制器信息是一增益控制信号，是根据 所述可变增益放大器(PGA)的输入信号来调节所述增益控制信号。
所述增益频带宽映射部根据接收的中频自动增益控制器信息，决定所述最 佳化增益频带宽；基准电流控制部用于形成相对应于所述最佳化增益频带宽的 基准电流，以提供至所述可变增益放大器(PGA)。
另外，本发明的特征在于，根据所述中频自动增益控制器信息，所述可变 增益放大器(PGA)具有高增益的情况下，所述增益频带宽映射部映射出所述第 一增益频带宽，且所述基准电流控制部依据所述第一增益频带宽提供较大的电 流作为所述基准电流至所述可变增益放大器(PGA)。本发明的特征还在于，根 据所述中频自动增益控制器信息，所述可变增益放大器(PGA)具有低增益的情 况下，所述增益频带宽映射部映射出所述第二增益频带宽，且所述基准电流控 制部依据所述第二增益频带宽提供较小的电流作为所述基准电流至所述可变 增益放大器(PGA)。
另外，本发明的特征在于，将所述基准电流提供至构成所述可变增益放大 器的两级放大器中的第一级放大器。
本发明的优点在于根据输入至可变增益放大器(PGA)的输入信号，自动控 制所述可变增益放大器(PGA)的增益，以决定最佳的增益频带宽，并为了实现 所决定的增益频带宽，调节施加于两级放大器中第一级的基准电流，从而根据 不同的增益而实施出充分的增益频带宽，也能显着减少因不必要的电流引起的 电力消耗。
以下结合附图与实施例对本发明做进一步的说明。
图1是现有技术中具备可变增益放大器的接收器的方框图2是现有技术中利用运算放大器的可变增益放大器的方框图3是根据本发明实施例中构成可变增益放大器的两级运算放大器的方框
图4是根据本发明实施例中两级运算放大器的电路图； 图5是现有技术中可变增益放大器的增益和频带宽幅之间关系示意图； 图6是根据本发明实施例中具备电流调节部的接收器的方框图；以及 图7是根据本发明实施例中电流调节部的结构图。
具体实施例方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现就结合
如下。以下实施例 的说明是参考附加的图示，用于例示本发明可用于实施的特定实施例。
请参阅图6，根据本发明实施例中具备增益频带宽的最佳化来降低电力消 耗的电流调节部的接收器600。所述接收器600包括天线601、低噪声放大器 (LNA)602、频率变换器603、频道选择滤波器(CSF)604、可变增益放大器 (PGA)605、高频自动增益控制器(RFAGC)607、以及中频自动增益控制器608， 所述低噪声放大器(LNA)602用于放大由天线601接收的超高频信号，所述频 率变换器603用于降低所述超高频信号的频率，所述频道选择滤波器(CSF)604 用于滤除所述低频率信,的妨碍信号(干扰信号)，所述可变增益放大器 (PGA)605将被滤波后的信号进行放大后以一定大小输出至输出端606，所述中频自动增益控制器608根据输入信号产生一中频自动增益控制器信息来调节所 述可变增益放大器(PGA)605的增益。所述接收器600还包括电流调节部700， 所述电流调节部700分别连接于所述中频自动增益控制器(IF AGC)608和可变 增益放大器(PGA)605，用于接收所述中频自动增益控制器信息后，根据所述中 频自动增益控制器信息，以决定所述可变增益放大器(PGA)605的一最佳化增 益频带宽，并根据所述增益频带宽，调节提供于所述可变增益放大器(PGA)605 的电流，其中所述最佳化增益频带宽包括第一增益频带宽以及第二增益频带 宽，所述第一增益频带宽大于所述第二增益频带宽。
请参阅图7，根据本发明实施例中电流调节部700的结构图。所述电流调 节部700包括中频自动增益控制器信息接收部710、增益频带宽映像部720以 及基准电流控制部730。所述中频自动增益控制器信息接收部710连接于所述 中频自动增益控制器(IF AGC)608，用于接收所述中频自动增益控制器信息， 其中所述中频自动增益控制器信息是一增益控制信号，是根据所述可变增益放 大器(PGA)605的输入信号来调节所述增益控制信号；所述增益频带宽映射部 720根据接收的中频自动增益控制器信息，决定实现所述可变增益放大器 (PGA)605的运算放大器的增益频带宽的大小；基准电流控制部730用于形成 相对应于所述最佳化增益频带宽的基准电流，以提供所述基准电流至所述可变 增益放大器(PGA)605。
随后，请参阅图3，根据本发明实施例中实现可变增益放大器605的两级 运算放大器的示意图，并且图3参照图2作为本发明的一实施例。可变增益放 大器(PGA)605包括第一运算放大器201及第二运算放大器202，由两级放大器 (2 Stage Operational Amplifier, 2 Stage OP AMP)构成。所述两级放大器包括输入信号(Vip、 Vim)、以及由电容(C301)和电阻(R301)构成的回馈电路，所述输 入信号(Vip、Vim)直接输入于第一级(lststage)电路；由电容(C301)和电阻(R301) 构成的回馈电路从第二级(2nd stage)电路形成输出信号(Vop、 Vom)。另外，在 所述第一级电路施加第一基准电流(irefl)，并于第二级电路施加第二基准电流 (iref2)。
请参阅图4，根据本发明实施例中两级运算放大器的电路图，并且图4参 照图3作为本发明的电路的一实施例。在所述两级放大器中，第一三级管至第 五三级管M1、 M2、 M3、 M4、 M5构成电流镜(current mirror)，所述两级放大 器还包括第六三级管M6以及第七三级管M7。所述第一三级管Ml和第二三 级管M2的共同端子连接第五三级管M5的一个端子，其中所述第五三级管 M5的栅极受到偏置电压(Vbias)控制。另外，第二三级管M2的另一端子连接 于第六三级管M6的栅极，所述第六三级管M6的栅极和第六三级管M6的一 个端子之间设置一电容(Cc)，亦即所述电容(Cc)的一端与第六三级管M6的一 端连接，所述偏置电压(Vbias)施加于第七三级管M7的栅极。
从下述的公式3所知，如上所述的两级放大器(2 Stage OP AMP)的增益频 带宽与第一三级管M1的跨导(transconductance)gm成正比，从下述的公式4所 知，所述跨导gm与通过第五三级管M5的电流I以开平方根的倍数成正比。公式3
GBW = ^
公式4
gm=V2k'x(W/L)xI
接着，根据公式3以及公式4，减少两级放大器的增益频带宽能减少通过运算放大器的不必要电流(I)，也能减少接收器所消耗的电力。
虽然减少所述两级放大器的第一级(lst stage)的增益频带宽时，放大器的整 体增益变小，'但从上述公式1可以知道，可变增益放大器(PGA)的传达函数是 由多个电阻的比例式来表示，故与运算放大器的增益无关，因此在不影响所述 可变增益放大器(PGA)的整体性能，还能减少电力的消耗。
继续参阅图6以及图7，在所述电流调节部700中，可变增益放大器 (PGA)605利用中频自动增益控制器信息所控制的增益，以决定达到最佳增益 频带宽的基准电流，并且所述基准电流控制部730提供所述基准电流至实现所 述可变增益放大器(PGA)605的两级放大器的第一级放大器。
这时，所述中频自动增益控制器信息接收部710接收包括中频自动增益控 制器信息，所述中频自动增益控制器信息代表可变增益放大器(PGA)605的增 益(gain)值。根据可变增益放大器(PGA)605的输入信号大小，中频自动增益控 制器(IF AGC)608控制所述可变增益放大器(PGA)605的增益(gain)值。g卩，在 输入信号具有较小值的情况下，使得可变增益放大器(PGA)605具有较大的增 益；在输入信号具有较大值的情况下，使得可变增益放大器(PGA)605具有较 小的增益；在输入信号及输出信号维持一定大小的情况下，由于所述中频自动 增益控制器(IF AGC)608不工作，因此可变增益放大器(PGA)605在一定的增益 下继续工作。这样，根据输出信号及输入信号的变化，接收高增益(highgain)、 低增益(lowgain)、或者维持一定增益的中频自动增益控制器信息。
所述增益频带宽映射部720，根据可变增益放大器(PGA)605所要实现的增 益来映射(mapping)，以决定出最佳的增益频带宽。根据所述中频自动增益控制 器信息，在所述可变增益放大器(PGA)605具有高增益的情况下，所述增益频带宽映射部720映射出所述第一增益频带宽；在所述可变增益放大器(PGA)605 具有低增益的情况下，，所述增益频带宽映射部720映射出所述第二增益频带 宽，由于仅以较小的增益频带宽就己足够就能充分满足一定的频带宽幅(BW) 要求。因此适当地进行增益与增益频带宽的映射。
进一步来说，所述基准电流控制部730用于控制提供至所述两级放大器的 第一级的基准电流，当在所述增益频带宽映像部720映像出需要较大的第一增 益频带宽的情况下，所述基准电流控制部730将较大的电流作为基准电流而提 供至两级放大器的第一级放大器，其中所述较大的电流是根据增益和频带宽幅 运算出来，亦即所述基准电流能够满足增益频带宽。当在所述增益频带宽映像 部720映像出需要较小的第二增益频带宽的情况下，将较小值的电流作为基准 电流而提供至两级放大器的第一级放大器。
如上所述，根据输入至可变增益放大器(PGA)605的输入信号，自动控制 所述可变增益放大器(PGA)605的增益，以决定最佳的增益频带宽，并为了实 现所决定的增益频带宽，调节施加于两级放大器中第一级的基准电流，从而根 据不同的增益而实施出充分的增益频带宽，也能显着减少因不必要的电流引起 的电力消耗。
虽然已结合附图对本发明的技术思想叙述如上，但这是对本发明的较佳实 施例进行的说明，并非用以限定本发明。只要是具有常规知识的技术人员，谁 都有可能在不脱离本发明之技术思想的范围内，都可以做出各种变动与模仿。
1权利要求
1、一种具备低电力消耗的接收器，所述接收器包括一低噪声放大器、一频率变换器、一频道选择滤波器、一可变增益放大器、以及一中频自动增益控制器，所述低噪声放大器用于放大由天线接收的一超高频信号，所述频率变换器用于降低所述超高频信号的频率，所述频道选择滤波器用于滤除所述低频率信号的一妨碍信号，所述可变增益放大器将被滤波后的信号进行放大后以一定大小输出，所述中频自动增益控制器根据输入信号产生一中频自动增益控制器信息来调节所述可变增益放大器的增益，其特征在于所述接收器还包括一电流调节部，分别连接于所述中频自动增益控制器和所述可变增益放大器，用于接收所述中频自动增益控制器信息后，根据所述中频自动增益控制器信息，以决定所述可变增益放大器的一最佳化增益频带宽，并根据所述最佳化增益频带宽，调节提供于所述可变增益放大器的电流，其中所述最佳化增益频带宽包括一第一增益频带宽以及一第二增益频带宽，所述第一增益频带宽大于所述第二增益频带宽。
2、 如权利要求1所述具备低电力消耗的接收器，其特征在于所述电流 调节部还包括一中频自动增益控制器信息接收部，连接于所述中频自动增益控制器，用 于接收所述中频自动增益控制器信息，其中所述中频自动增益控制器信息是一 增益控制信号，是根据所述可变增益放大器的一输入信号来调节所述增益控制 信号；一增益频带宽映射部，根据所述中频自动增益控制器信息，决定所述最佳化增益频带宽；以及一基准电流控制部，用于形成相对应于所述最佳化增益频带宽的一基准电 流，以提供至所述可变增益放大器。
3、 如权利要求2所述具备低电力消耗的接收器，其特征在于根据所述 中频自动增益控制器信息，所述可变增益放大器具有高增益的情况下，所述增 益频带宽映射部映射出所述第一增益频带宽，且所述基准电流控制部依据所述 第一增益频带宽提供较大的电流作为所述基准电流至所述可变增益放大器。
4、 如权利要求2所述具备低电力消耗的接收器，其特征在于根据所述中频自动增益控制器信息，所述可变增益放大器具有低增益的情况下，所述增 益频带宽映射部映射出所述第二增益频带宽，且所述基准电流控制部依据所述 第二增益频带宽提供较小的电流作为所述基准电流至所述可变增益放大器。
5、 如权利要求2至4中任意一个权利要求所述具备低电力消耗的接收器， 其特征在于将所述基准电流提供至构成所述可变增益放大器的两级放大器中的第一级放大器。
全文摘要
本发明涉及一种具备低电力消耗的接收器，是根据自动增益控制器控制可变增益放大器的增益，使通过电流调节部使增益频带宽最佳化，以调节提供至所述可变增益放大器(PGA)的运算放大器(Operational Amplifier)的电流，亦即，使所述可变增益放大器的运算放大器的增益频带宽(Gain-Bandwidth Product)达到最佳化，且使电力消耗达到最小化。
文档编号H03G3/20GK101510786SQ20081018847
公开日2009年8月19日 申请日期2008年12月16日 优先权日2008年2月14日
发明者白承昊, 郑圣宪, 黄明运 申请人:慧国(上海)软件科技有限公司;慧荣科技股份有限公司